JP2001208730A - Non-contact ultrasonic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー超音波送
信法と電磁超音波受信法を組み合わせて、被検査体に非
接触で超音波計測や超音波探傷を行なう装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for performing ultrasonic measurement and ultrasonic inspection without contacting an object to be inspected by combining a laser ultrasonic transmission method and an electromagnetic ultrasonic reception method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、鋼材等の内部欠陥を検出する方
法として超音波探傷法が広く採用されている。しかし、
従来の超音波探傷法では超音波を送受信する探触子が圧
電素子等で構成させているため、被検査体と探触子の間
を音響的に結合する必要があり、そのために、水・油等
の接触媒質を用いている。2. Description of the Related Art Generally, an ultrasonic flaw detection method is widely used as a method for detecting an internal defect such as a steel material. But,
In the conventional ultrasonic flaw detection method, since the probe for transmitting and receiving ultrasonic waves is constituted by a piezoelectric element or the like, it is necessary to acoustically couple the object to be inspected and the probe. A couplant such as oil is used.
【０００３】ところで、近年になって、鉄鋼製品の製造
単価を下げる目的から早期に欠陥を検出する要求が高ま
っている。即ち、内部欠陥のほとんどが、製品の製造工
程中の、上工程で発生することから、製品の出荷前の検
査で欠陥を検出するのではなく、スラブ、ビレット等の
素材段階で検出し、不良素材へ無駄な加工を省くことが
要求されている。スラブ、ビレットの素材段階では、被
検査体が高温であることから、圧電素子で構成された探
触子と被検査体を音響的に結合することが難しくなり、
光学的手法や電磁的手法を利用して、直接非検査体に超
音波振動を起こさせたり、被検査体の振動を検出するこ
とにより超音波探傷を行う方法（レーザー超音波探傷
法、電磁超音波探傷法）が開発された。[0003] In recent years, there has been an increasing demand for early detection of defects for the purpose of reducing the unit production cost of steel products. In other words, most of the internal defects occur in the upper process during the manufacturing process of the product, so instead of detecting the defect by inspection before shipping the product, it is detected at the material stage such as slab, billet, etc. There is a need to eliminate unnecessary processing on materials. At the material stage of slab and billet, the temperature of the test object is high, so it is difficult to acoustically couple the probe composed of the piezoelectric element and the test object,
Ultrasonic flaw detection by using an optical method or an electromagnetic method to directly generate ultrasonic vibration on a non-inspection object or detecting vibration of the inspection object (laser ultrasonic inspection method, Ultrasonic testing) was developed.
【０００４】これらの開発の中に、特開昭５７−１９８
８６３号公報に開示された発明がある。この発明は、パ
ルスレーザー光の被検査体への照射によって、被検査体
表面に超音波振動を発生させ、受信をパルスレーザーの
光軸上においた電磁超音波探触子によって行なうもので
あり、パルスレーザーの光軸上にある電磁超音波探触子
にはレーザービームを貫通させるための孔を穿っている
ことを特徴としている。Among these developments, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-198
There is an invention disclosed in US Pat. According to the present invention, by irradiating the object to be inspected with pulsed laser light, ultrasonic vibration is generated on the surface of the object to be inspected, and reception is performed by an electromagnetic ultrasonic probe placed on the optical axis of the pulsed laser. The electromagnetic ultrasonic probe on the optical axis of the pulse laser is characterized in that it has a hole for penetrating the laser beam.
【０００５】レーザー超音波探傷法、電磁超音波探傷法
は、それぞれ単独では非常に感度が低く実用性に乏しい
ところがあるが、送信にパルスレーザー光、受信に電磁
超音波探触子を使うことで、条件によっては、接触式と
同等の感度で超音波の送受信を実現できる。しかし、こ
のような形態で超音波の送受信を行なおうとすると、送
信手段・受信手段が異なるために、反射法での探傷が非
常に困難になる。[0005] The laser ultrasonic flaw detection method and the electromagnetic ultrasonic flaw detection method each have extremely low sensitivity and are of little practical use, but use of a pulse laser beam for transmission and an electromagnetic ultrasonic probe for reception. Depending on conditions, transmission and reception of ultrasonic waves can be realized with the same sensitivity as that of the contact type. However, if an attempt is made to transmit and receive an ultrasonic wave in such a form, flaw detection by the reflection method becomes very difficult because the transmitting means and the receiving means are different.
【０００６】そこで、前記の特開昭５７−１９８８６３
号公報に開示されているような発明がされたわけである
が、開示された実施例によれば、図８に示すように、レ
ーザー発生装置２１よりレーザー光を回転ミラー２２に
向かって放ち、回転ミラー２２は被検査体２３全面に配
置された電磁超音波探触子Ｐ1〜Ｐ5の孔Ｈ1〜Ｈ5に向か
って、レーザー光を配光するようなシステムになってい
る。そのため、レーザー発生装置２１と電磁超音波探触
子Ｐ1〜Ｐ5がどのような位置関係にあっても、回転ミラ
ー２２の方向を調整することで超音波の送受信が可能に
なる。Accordingly, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-198863 is disclosed.
However, according to the disclosed embodiment, as shown in FIG. 8, a laser beam is emitted from a laser generator 21 toward a rotating mirror 22 to rotate the same. mirror 22 is in the system, such as toward the holes H 1 to H 5 of probe P 1 to P 5 probe electromagnetic ultrasonic disposed inspection object 23 entirely, to the light distribution of the laser beam. Therefore, regardless of the positional relationship between the laser generator 21 and the electromagnetic ultrasonic probes P 1 to P 5, it is possible to transmit and receive ultrasonic waves by adjusting the direction of the rotating mirror 22.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５７−１９８８６３号公報に開示されている方法では、
被検査体２３にサイズ変動や振動がある場合には、その
サイズ変動や振動に追従できるように電磁超音波探触子
Ｐ1〜Ｐ5を追従させ、さらには、レーザー光を電磁超音
波探触子Ｐ1〜Ｐ5の所定の位置に配光するための回転ミ
ラー２２の方位を追従させる必要がある。However, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-198863,
When the object to be inspected 23 is size variations and vibrations, to follow the probe P 1 to P 5 probe electromagnetic ultrasonic waves can follow the size variations and vibrations, and further, the electromagnetic ultrasonic laser beam it is necessary to follow the orientation of the rotating mirror 22 for light distribution at a predetermined position of the probe P 1 to P 5.
【０００８】これは、原理的には不可能でないが、非常
に複雑な制御が必要になり、装置コストが高くなってし
まう難点がある。一般に、この種の非接触超音波探傷装
置を使用する製鉄所の上工程では、被検査体２３のサイ
ズ変動も大きく、振動の大きいラインがほとんどであ
る。よって、従来の方法は、探傷専用の環境の整ったラ
インを設ければ話は別であるが、既設ラインの搬送中で
超音波探傷を行なおうとすると、非常に使い勝手が悪い
ものとなってしまう。Although this is not impossible in principle, very complicated control is required, and there is a problem that the apparatus cost is increased. Generally, in an upper process of a steel mill using this kind of non-contact ultrasonic flaw detector, the size of the inspection object 23 greatly varies, and most of the lines have large vibrations. Therefore, the conventional method is a different story if a line with a dedicated environment for flaw detection is provided, but it is very inconvenient to perform ultrasonic flaw detection while transporting the existing line. I will.
【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、パルスレーザー光により超音波を発生させ電磁
超音波センサーで超音波を受信する装置を、複雑な機構
を設けることなく、被検査体の振動やサイズ変動に対し
ても適用できるようにする技術を提供することを課題と
する。The present invention has been made in view of such circumstances, and an apparatus for generating an ultrasonic wave by a pulsed laser beam and receiving the ultrasonic wave with an electromagnetic ultrasonic sensor can be inspected without providing a complicated mechanism. An object of the present invention is to provide a technique that can be applied to body vibration and size fluctuation.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、まず、請求項１に示す発明は、超音波
の発生にレーザー光を用い、超音波の受信には前記レー
ザー光を通す貫通穴を具備した電磁超音波センサーを用
いて、超音波による計測や探傷を行なう装置であって、
電磁超音波センサーとレーザー光源を一体として被検査
体の位置変動に追従させる機構を具備したことを特徴と
する非接触超音波装置（請求項１）である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method according to the first aspect, wherein a laser beam is used for generating ultrasonic waves, and the laser beam is used for receiving ultrasonic waves. A device that performs measurement and flaw detection by ultrasonic waves using an electromagnetic ultrasonic sensor having a through hole through which light passes,
A non-contact ultrasonic apparatus (claim 1), comprising a mechanism for integrally tracking an electromagnetic ultrasonic sensor and a laser light source to change the position of an object to be inspected.
【００１１】本手段においては、電磁超音波センサーと
レーザー光源が一体となって被検査体（本明細書におい
ては被探傷体のみならず、厚さ測定を行うような物体を
もこのように称する）の位置変動に追従するようにする
ことで、両者の相対位置関係が変動しないので、回転ミ
ラーによる配光等の複雑なエンジニアリング要素をなく
すことができ、レーザー光を電磁超音波センサーの所定
の位置に常に安定して通過させることができるようにな
る。電磁超音波センサーとレーザー光源が一体となって
被検査体の位置変動に追従するようにすることは、両者
を共通の追従機構上に設けること等により実現でき、こ
れにより、被検査体のサイズ変動や振動に対応すること
ができる。In the present means, the object to be inspected (in this specification, not only the object to be inspected but also an object whose thickness is to be measured) is formed by integrating the electromagnetic ultrasonic sensor and the laser light source. ), The relative positional relationship between the two does not fluctuate, so that complicated engineering elements such as light distribution by the rotating mirror can be eliminated, and the laser light is transmitted to the electromagnetic ultrasonic sensor at a predetermined position. It is possible to always stably pass through the position. It is possible to realize that the electromagnetic ultrasonic sensor and the laser light source integrally follow the position change of the object to be inspected, for example, by providing them on a common follow-up mechanism. It can respond to fluctuations and vibrations.
【００１２】電磁超音波センサーとレーザー光源の相対
位置関係を固定することで、一つのレーザー光源当たり
の探傷面積が減ってしまうが、レーザー光源が以前に比
べ安価になっていることを考慮すれば、複雑な機構を用
いてレーザー光源の数を一つとするよりも、複数台のレ
ーザー光源を用いて探傷するようにする方が設備全体の
コストが安価となる。また、上工程における探傷が、品
質保証用でないことから必ずしも全面探傷を行なう必要
性もないので、欠陥の出やすい位置のみの探傷で十分に
効果があることを考慮すれば、探傷面積の低下というデ
メリットは、確実で安定な探傷を確保できるメリットに
より十分にカバーされるものである。By fixing the relative positional relationship between the electromagnetic ultrasonic sensor and the laser light source, the flaw detection area per laser light source is reduced. However, considering that the laser light source is less expensive than before, Instead of using a complicated mechanism to reduce the number of laser light sources to one, flaw detection using a plurality of laser light sources reduces the cost of the entire equipment. In addition, since the flaw detection in the upper process is not required for quality assurance, it is not always necessary to perform a full-surface flaw detection. The disadvantages are sufficiently covered by the advantages of ensuring reliable and stable flaw detection.
【００１３】なお、以上の説明において探傷という言葉
を使用しているが、厚さ測定等の場合にも同じことが言
えることは言うまでも無く、単に探傷を例として説明し
ているに過ぎない。よって、探傷という言葉を使用して
いることをもって、本発明の範囲が探傷に限定されるも
のではなく、このことは、全ての請求項について同様で
ある。Although the term "flaw detection" is used in the above description, it goes without saying that the same can be said for the case of thickness measurement and the like, and the flaw detection is merely described as an example. . Thus, the use of the term flaw detection does not limit the scope of the invention to flaw detection, and this is true for all claims.
【００１４】前記課題を解決するための第２の手段は、
超音波の発生にレーザー光を用い、超音波の受信には前
記レーザー光を通す貫通穴を具備した電磁超音波センサ
ーを用いて、超音波による計測や探傷を行なう装置であ
って、電磁超音波センサーを、被検査体の位置変動に追
従してレーザー光の光軸方向のみに移動させる機構を具
備したことを特徴とする非接触超音波装置（請求項２）
である。[0014] A second means for solving the above-mentioned problems is as follows.
A device that performs measurement and flaw detection by ultrasonic waves using a laser beam for generating ultrasonic waves and using an electromagnetic ultrasonic sensor having a through hole through which the laser beams pass for receiving the ultrasonic waves, A non-contact ultrasonic device comprising a mechanism for moving a sensor only in the optical axis direction of a laser beam following a change in the position of an object to be inspected.
It is.
【００１５】電磁超音波センサーをレーザー光の光軸方
向のみに移動する機構を設けることによって、レーザー
光は安定して電磁超音波センサーの所定の穴を通過し、
常に被検査体に超音波を発生することが可能になる。電
磁超音波センサーのみの可動化により、被検査体のサイ
ズ変動や振動にも追従できるようになる。By providing a mechanism for moving the electromagnetic ultrasonic sensor only in the optical axis direction of the laser light, the laser light stably passes through a predetermined hole of the electromagnetic ultrasonic sensor,
Ultrasonic waves can always be generated on the test object. By activating only the electromagnetic ultrasonic sensor, it becomes possible to follow the size fluctuation and vibration of the inspection object.
【００１６】近年、レーザー光源自身の小型化も進み、
前記第１の手段に示すように電磁超音波センサーとレー
ザー光源を一体化した装置を構成することが可能になっ
たが、強力な超音波の発生が必要なときや非常に繰返し
の早い超音波が必要なときなど、ときには、巨大なレー
ザー装置を必要とすることもある。レーザーが巨大化し
ても、電磁超音波センサーと一体として被検査体の位置
変動に追従させることは可能であるが、追従装置自身が
巨大化すると質量も増え、慣性のため被検査体の細かい
振動に対しては追従が困難になってしまう。本手段にお
いては、電磁超音波センサーのみを追従して動かしてい
るので、追従機構を小型化し、追従応答速度を上げるこ
とができる。In recent years, the size of the laser light source itself has been reduced,
As shown in the first means, it is possible to configure an apparatus in which an electromagnetic ultrasonic sensor and a laser light source are integrated, but it is necessary to generate a powerful ultrasonic Sometimes you need a huge laser device, such as when you need. Even if the laser becomes large, it is possible to follow the position fluctuation of the test object integrally with the electromagnetic ultrasonic sensor.However, if the tracking device itself becomes large, the mass will increase and the fine vibration of the test object due to inertia will occur. Follow-up becomes difficult. In this means, since only the electromagnetic ultrasonic sensor follows and moves, the following mechanism can be downsized and the following response speed can be increased.
【００１７】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第２の手段であって、電磁超音波センサーとレーザ
ー光の集光レンズの相対位置関係を固定したことを特徴
とするもの（請求項３）である。A third means for solving the above-mentioned problem is as follows.
The second means is characterized in that the relative positional relationship between the electromagnetic ultrasonic sensor and the laser light focusing lens is fixed (claim 3).
【００１８】装置を小型化する目的や安全性を高める目
的または安価なレーザー光源で探傷を行なう目的で、超
音波を発生させるには不十分の出力のレーザー光源を使
用する場合がある。そのようなレーザー光源を用いて安
定な超音波送信を行なうためには、集光レンズによりレ
ーザー光線の集束を行なう必要がある。集光レンズによ
り集束したレーザー光は単位面積当たりの光パワーが増
すので、より強力な超音波を発生することができる。ま
た、集光レンズは焦点距離の近いものの方が、集光率が
高くなるので、超音波を発生するには有利である。For the purpose of reducing the size of the apparatus, improving the safety, or performing flaw detection with an inexpensive laser light source, a laser light source having an insufficient output to generate ultrasonic waves may be used. In order to perform stable ultrasonic transmission using such a laser light source, it is necessary to focus a laser beam using a condenser lens. Since the laser light focused by the condenser lens has an increased optical power per unit area, more powerful ultrasonic waves can be generated. Further, a condenser lens having a shorter focal length has a higher light-collecting efficiency, which is advantageous for generating ultrasonic waves.
【００１９】このような理由により、短い焦点距離の集
光レンズを用いる場合に、集光レンズを電磁超音波セン
サーに固着する等により、電磁超音波センサーとレーザ
ー光の集光レンズの相対位置関係を固定しておき、か
つ、電磁超音波センサーを被検査体の位置変動に追従さ
せれば、レーザー光源と電磁超音波センサー（及び被検
査体表面）の位置関係が変化してもレーザーの集光位置
を常に被検査体表面に維持することができ、安定した超
音波の送受信ができる。For this reason, when a condensing lens having a short focal length is used, the relative positional relationship between the electromagnetic ultrasonic sensor and the laser light condensing lens is fixed by fixing the condensing lens to the electromagnetic ultrasonic sensor. If the position of the laser is fixed and the electromagnetic ultrasonic sensor follows the positional change of the object to be inspected, the laser collection is possible even if the positional relationship between the laser light source and the electromagnetic ultrasonic sensor (and the surface of the object to be inspected) changes. The light position can always be maintained on the surface of the inspection object, and stable transmission and reception of ultrasonic waves can be performed.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第
１の例を示すものであり、被検査体である鋼管を、レー
ザー光源と電磁超音波センサーが一体化した装置で探傷
している例である。１はレーザー光源、２は電磁超音波
センサー、３は被検査体である鋼管、４は搬送ロール、
５は２軸ステージ（紙面の上下方向、左右方向にステー
ジの移動が可能）、６は光学定盤である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first example of an embodiment of the present invention, in which a steel pipe as an object to be inspected is flaw-detected by an apparatus in which a laser light source and an electromagnetic ultrasonic sensor are integrated. 1 is a laser light source, 2 is an electromagnetic ultrasonic sensor, 3 is a steel pipe to be inspected, 4 is a transport roll,
Reference numeral 5 denotes a two-axis stage (the stage can be moved in the vertical and horizontal directions on the paper), and 6 denotes an optical surface plate.
【００２１】電磁超音波センサー２は、２軸ステージ５
の上に設置されている光学定盤６に固定されており、２
軸ステージ５の動きにより、鋼管３に超音波受信面が接
触するか任意のリフトオフで接近することができるよう
になっている。また、レーザー光源１は、出射したレー
ザー光が電磁超音波センサー２の貫通穴を通過するよう
に、光学定盤６上に固定されている。The electromagnetic ultrasonic sensor 2 includes a two-axis stage 5
Is fixed to an optical surface plate 6 set on
The movement of the shaft stage 5 allows the ultrasonic receiving surface to come into contact with the steel pipe 3 or to approach by an arbitrary lift-off. The laser light source 1 is fixed on the optical base 6 so that the emitted laser light passes through the through hole of the electromagnetic ultrasonic sensor 2.
【００２２】このように構成された装置でレーザー光源
１からレーザー光を鋼管３に向かって放つと、鋼管３の
表面で超音波が発生し、鋼管３内の表裏面を伝播する超
音波が、電磁超音波センサー２の受信面に到達するたび
に、当該センサー２で超音波受信信号が得られる。この
超音波受信波形を図２に示す。図２は、従来の接触式超
音波探傷装置による探傷波形（Ａ−スコープ）と何ら変
わりないが、接触式の圧電素子の場合と一つ異なる点が
ある。When a laser beam is emitted from the laser light source 1 toward the steel pipe 3 in the apparatus configured as described above, an ultrasonic wave is generated on the surface of the steel pipe 3, and the ultrasonic wave propagating on the front and back surfaces in the steel pipe 3 is generated. Each time the electromagnetic wave reaches the receiving surface of the electromagnetic ultrasonic sensor 2, an ultrasonic reception signal is obtained by the sensor 2. FIG. 2 shows this ultrasonic reception waveform. FIG. 2 is not different from the flaw detection waveform (A-scope) by the conventional contact type ultrasonic flaw detector, but has one difference from the case of the contact type piezoelectric element.
【００２３】それは、圧電素子の場合は第１回目の底面
反射エコーが最も大きく、２回目、３回目…とエコーが
小さくなっていくが、本装置による場合は、１回目、２
回目、３回目とエコーが大きくなり、４回目以降小さく
なっていく。これは、電磁超音波センサー２の超音波受
信部が、超音波発生位置であるレーザー光照射位置と異
なるためであり、注意を払う必要がある。In the case of a piezoelectric element, the first-time bottom-surface reflected echo is the largest, and the echoes become smaller as the second time, the third time, and so on.
The echo becomes large at the third and third times, and becomes smaller after the fourth time. This is because the ultrasonic receiving section of the electromagnetic ultrasonic sensor 2 is different from the laser beam irradiation position, which is the ultrasonic wave generating position, and therefore, it is necessary to pay attention.
【００２４】例えば、厚さ計に適用する場合は、超音波
の伝播経路を考えればわかるように、エコーの大きい３
〜４回目の伝播時間を測定した方が、０〜１回目の伝播
時間を測定より正確になる。また、０〜１回目のエコー
間に、超音波発生時の衝撃波による低周波ノイズが発生
しやすいので、場合によってはハイパスフィルターを用
いる必要がある。それ以外は、従来の超音波波形と同じ
扱いができる。For example, when the present invention is applied to a thickness gauge, as can be understood by considering the propagation path of the ultrasonic wave, 3
Measuring the propagation times of the fourth to fourth times is more accurate than measuring the propagation times of the first to fourth times. In addition, a low-frequency noise due to a shock wave at the time of generation of an ultrasonic wave is easily generated between the 0th and 1st echoes. Therefore, a high-pass filter may be required in some cases. Otherwise, the same treatment as the conventional ultrasonic waveform can be performed.
【００２５】このようにして得られる受信超音波波形の
最大値を、レーザー光源１の出力の関数として示したの
が図３である。図３における縦軸はＢエコー検出高さで
単位はmVである。本実施の形態では、レーザー光源１に
波長532nm、パルス幅5nsのＱ−SwitchパルスYAGレーザ
ーを用いているが、図３の関係は、その他の可視レーザ
ー光源でもほぼ等しくなると考えられる。即ち、レーザ
ー光源１は、光出力の尖塔値が光密度で1.0×106Ｗ／cm
2以上あるものであればよく、勿論、集光レンズを用い
てこの条件が達成できるものでもよい。また、ここで
は、レーザー光源１のレーザー光が、直接電磁超音波セ
ンサ−２の貫通穴を通過するように設置してあるが、レ
ーザー光はミラーやレンズを介して貫通穴を通過しても
良いことは勿論である。FIG. 3 shows the maximum value of the received ultrasonic waveform thus obtained as a function of the output of the laser light source 1. The vertical axis in FIG. 3 is the B echo detection height and the unit is mV. In the present embodiment, a Q-Switch pulse YAG laser having a wavelength of 532 nm and a pulse width of 5 ns is used as the laser light source 1, but the relationship in FIG. 3 is considered to be almost the same for other visible laser light sources. That is, the laser light source 1 has a spire value of light output of 1.0 × 10 6 W / cm in light density.
As long as there are two or more, it is needless to say that the condition can be achieved using a condenser lens. Also, here, the laser light of the laser light source 1 is installed so as to pass directly through the through-hole of the electromagnetic ultrasonic sensor 2, but even if the laser light passes through the through-hole via a mirror or a lens. The good thing is, of course.
【００２６】一方、レーザー光源１から出射される光の
密度を3.0×109Ｗ／cm2として、電磁超音波センサー２
と被検査体３の距離、即ちリフトオフを変えて、超音波
の受信強度を比較する図４のようになる。図４の縦軸は
Ｂエコー高さで単位はmVである。大きな欠陥について
は、Ｂエコーと同じ程度の大きさを有すると考えられる
ので、このような欠陥はＢエコーがノイズレベルと同じ
レベルとなるまで探傷が可能と考えられ、図４より、本
実施の形態の装置構成では、リフトオフ０〜10mmで非接
触の超音波探傷ができるものであることがわかる。On the other hand, when the density of light emitted from the laser light source 1 is set to 3.0 × 10 9 W / cm 2 ,
FIG. 4 shows a comparison of the reception intensity of the ultrasonic wave by changing the distance between the object and the inspection object 3, that is, the lift-off. The vertical axis in FIG. 4 is the height of the B echo in units of mV. Since a large defect is considered to have the same size as the B echo, it is considered that such a defect can be inspected until the B echo reaches the same level as the noise level. It can be seen that in the device configuration of the embodiment, non-contact ultrasonic testing can be performed with a lift-off of 0 to 10 mm.
【００２７】また、本実施の形態で用いた電磁超音波セ
ンサー２は、磁石に約0.3テスラの永久磁石と約20ター
ンの検出コイルを組み合わせたものであるが、磁石の種
類やコイルのターン数は、超音波を受信できるものであ
ればなんでもよく、受信感度をあげる必要がある場合に
は、強い磁場を与える電磁石の使用も有り得るし、高周
波の超音波を受信する場合には、少ないターン数のコイ
ルの使用も有り得る。The electromagnetic ultrasonic sensor 2 used in the present embodiment is a combination of a magnet and a permanent magnet of about 0.3 Tesla and a detection coil of about 20 turns. Anything that can receive ultrasonic waves can be used.If it is necessary to increase the receiving sensitivity, an electromagnet that gives a strong magnetic field can be used, and when receiving high-frequency ultrasonic waves, a small number of turns can be used. May be used.
【００２８】この装置が、複雑な制御を必要とする回転
ミラーを必要としないことから、製造ラインにおいて、
所定の位置で安定に超音波の送受信ができることは明白
である。また、本実施の形態においては、電磁超音波セ
ンサー２とレーザー光源１を一体化しているので、特開
昭５７−１９８８６３号公報に記載されるような回転ミ
ラーによる探傷部位への追従はできなくなっているが、
探傷部位への追従は２軸ステージ５によりよって行うこ
とが可能となる。また、鋼管３のサイズが変化した場合
にも、装置全体を２軸ステージ５によって動かし、鋼管
３の探傷部位に追従することができる。Since this device does not require a rotating mirror that requires complicated control,
It is clear that ultrasonic waves can be transmitted and received stably at a predetermined position. Further, in the present embodiment, since the electromagnetic ultrasonic sensor 2 and the laser light source 1 are integrated, it is impossible to follow a flaw detection site by a rotating mirror as described in JP-A-57-198863. But
Following the flaw detection site can be performed by the two-axis stage 5. Further, even when the size of the steel pipe 3 changes, the entire apparatus can be moved by the biaxial stage 5 and can follow the flaw detection portion of the steel pipe 3.
【００２９】図５に、本発明の実施の形態の第２の例を
示す。なお、以下の図においては、発明の実施の形態の
欄以後における前出の図中に記載されたものと同じ構成
要素には同じ符号を付してその説明を省略することがあ
る。図５において、７は１軸ステージ、８はエアーシリ
ンダー、９はダンパー内蔵のスプリング、１０は保護ロ
ーラー、１１は電磁超音波センサー取付け板である。FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. In the following drawings, the same components as those described in the preceding drawings after the column of the embodiment of the invention are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted. In FIG. 5, reference numeral 7 denotes a one-axis stage, 8 denotes an air cylinder, 9 denotes a spring with a built-in damper, 10 denotes a protective roller, and 11 denotes an electromagnetic ultrasonic sensor mounting plate.
【００３０】電磁超音波センサー２は、電磁超音波セン
サー取付け板１１に固定されており、電磁超音波センサ
ー取付け板１１は、エアシリンダー８とダンパー内蔵ス
プリング９を介して、光学定盤６に取り付けてある。ま
た、電磁超音波センサー取付け板１１には、保護ローラ
１０が取り付けてあり、保護ローラー１０がスプリング
９による押し付けによって鋼管３に接触することによ
り、鋼管３と電磁超音波センサー２が一定のリフトオフ
を保つことができるようになっている。さらに、エアー
シリンダー８の動き及びダンパー内蔵スプリング９の動
きにより鋼管３の光軸方向の振動やサイズ変動に追従で
きるようになっている。The electromagnetic ultrasonic sensor 2 is fixed to an electromagnetic ultrasonic sensor mounting plate 11. The electromagnetic ultrasonic sensor mounting plate 11 is mounted on the optical base 6 via an air cylinder 8 and a damper built-in spring 9. It is. Further, a protection roller 10 is mounted on the electromagnetic ultrasonic sensor mounting plate 11, and the protection roller 10 comes into contact with the steel pipe 3 by being pressed by a spring 9, so that the steel pipe 3 and the electromagnetic ultrasonic sensor 2 perform a certain lift-off. You can keep it. Further, the movement of the air cylinder 8 and the movement of the damper built-in spring 9 can follow the vibration and the size fluctuation of the steel pipe 3 in the optical axis direction.
【００３１】エアーシリンダー８の可動方向及びダンパ
ー内蔵スプリング９の可動方向は、光軸方向のみとされ
ており、電磁超音波センサー２の光軸方向の移動でレー
ザー光の貫通穴の通過が遮られることがないようになっ
ている。その他の構造は、図１に示した実施の形態と同
じである。The movable direction of the air cylinder 8 and the movable direction of the damper built-in spring 9 are only in the optical axis direction, and the movement of the electromagnetic ultrasonic sensor 2 in the optical axis direction blocks the passage of the laser light through the through hole. I have never been. Other structures are the same as those of the embodiment shown in FIG.
【００３２】なお、図１に示した実施の形態において
も、保護ローラ１０をつけ、かつ２軸ステージ５の図の
左右方向の動きを、スプリング等により鋼管３側に付勢
することにより、電磁超音波センサー２とレーザー光源
１を一体として被検査体の位置変動に追従させるように
してもよく、このような構成を採用するための具体的な
構成については、図１、図２を参照すれば、当業者にと
って自明なことであろう。In the embodiment shown in FIG. 1 as well, the protection roller 10 is attached, and the left-right movement of the biaxial stage 5 in the figure is urged toward the steel pipe 3 by a spring or the like, so that the electromagnetic force is reduced. The ultrasonic sensor 2 and the laser light source 1 may be integrated so as to follow the position fluctuation of the object to be inspected. For a specific configuration for adopting such a configuration, see FIGS. It would be obvious to one skilled in the art.
【００３３】図６は、図５のセンサー部付近を拡大し上
方向から見た図であり、１２はジンバル機構である。電
磁超音波センサ−取付け板１１は、ジンバル機構１２に
よって電磁超音波センサー２および保護ローラー１０の
首振りを可能にしており、鋼管３の長手方向の傾きに対
して保護ローラ−１０の前輪または後輪が浮かないよう
になっている。ただし、ジンバル機構１２による電磁超
音波センサー２の傾きは、レーザー光が電磁超音波セン
サー２の貫通穴を遮らない範囲になっている。FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of the sensor section of FIG. 5 viewed from above, and 12 is a gimbal mechanism. The electromagnetic ultrasonic sensor-mounting plate 11 enables the electromagnetic ultrasonic sensor 2 and the protection roller 10 to swing by a gimbal mechanism 12, and the front wheel or the rear of the protection roller 10 with respect to the longitudinal inclination of the steel pipe 3. The ring does not float. However, the inclination of the electromagnetic ultrasonic sensor 2 by the gimbal mechanism 12 is in a range where the laser light does not block the through hole of the electromagnetic ultrasonic sensor 2.
【００３４】図５において、電磁超音波センサー２の紙
面横方向の動きをエアシリンダー８で負担するようにし
ているので、光学定盤６を支えるのは１軸のステージ７
になっているが、図１の場合のように２軸ステージでも
問題無い。In FIG. 5, the movement of the electromagnetic ultrasonic sensor 2 in the lateral direction of the drawing is supported by the air cylinder 8, so that the optical surface plate 6 is supported by the one-axis stage 7.
However, there is no problem with a two-axis stage as in the case of FIG.
【００３５】図１と図５の原理的な違いは、電磁超音波
センサー２がレーザー光源１との相対位置を変えられる
かどうかであり、エアシリンダー８やダンパー内蔵スプ
リング９以外のものでも、同様の役割を果たす代替品が
あれば、いかなる構造で電磁超音波センサー２が光学定
盤５に取付けられていてもよい。The principle difference between FIG. 1 and FIG. 5 is whether the electromagnetic ultrasonic sensor 2 can change the relative position with respect to the laser light source 1, and the same applies to other than the air cylinder 8 and the spring 9 with a built-in damper. The electromagnetic ultrasonic sensor 2 may be attached to the optical base 5 with any structure as long as there is a substitute that fulfills the function of (1).
【００３６】図７は、本発明の実施の形態の第３の例を
示す図である。図７において、１３はレンズ、１４はレ
ンズホルダーである。この図では、電磁超音波センサー
２と光学定盤６の固定治具は省略されているが、基本的
には図５と同様のものがあると考えてよい。FIG. 7 is a diagram showing a third example of the embodiment of the present invention. In FIG. 7, 13 is a lens, and 14 is a lens holder. In this figure, a jig for fixing the electromagnetic ultrasonic sensor 2 and the optical surface plate 6 is omitted, but it can be considered that there is basically the same one as in FIG.
【００３７】図６において(a)と(b)は、電磁超音波セン
サー２とレーザー光源１の相対位置を変えたものである
が、レンズ１０が電磁超音波センサー２に固定されてい
ることにより、リフトオフが一定に保たれている場合、
レーザー光の集光位置が常に電磁超音波センサー２の超
音波受信面、即ち被検査体表面にくることがわかる。こ
れにより、電磁超音波センサー２が光軸上のどの位置に
あっても、常に安定した光密度で超音波を発生すること
ができる。In FIGS. 6A and 6B, the relative positions of the electromagnetic ultrasonic sensor 2 and the laser light source 1 are changed, but the lens 10 is fixed to the electromagnetic ultrasonic sensor 2. , If the lift-off is kept constant,
It can be seen that the focused position of the laser light always comes to the ultrasonic receiving surface of the electromagnetic ultrasonic sensor 2, that is, the surface of the inspection object. Thereby, it is possible to always generate an ultrasonic wave with a stable light density regardless of the position of the electromagnetic ultrasonic sensor 2 on the optical axis.
【００３８】図１のような装置構成では、レンズを使用
する場合でも、電磁超音波センサー２が光学定盤６に固
定されているから、レンズの位置はどこに固定されて
も、集光位置は所望の位置にできるが、図５のような装
置構成では、電磁超音波センサー２が光学定盤６から動
くことになるので、安定して超音波を発生させるために
はレンズと被検査体表面との距離を一定に保つことが必
要となる。In the apparatus configuration shown in FIG. 1, even when a lens is used, since the electromagnetic ultrasonic sensor 2 is fixed to the optical base plate 6, the focusing position can be set regardless of the position of the lens. Although it can be located at a desired position, in the apparatus configuration as shown in FIG. 5, since the electromagnetic ultrasonic sensor 2 moves from the optical platen 6, the lens and the surface of the inspection object are required to generate ultrasonic waves stably. Must be kept constant.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、電磁超音波センサーとレー
ザー光源の相対位置関係が変動しないので、回転ミラー
による配光等の複雑なエンジニアリング要素をなくすこ
とができ、レーザー光を電磁超音波センサーの所定の位
置に常に安定して通過させることができるようになる。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the relative positional relationship between the electromagnetic ultrasonic sensor and the laser light source does not change, complicated engineering such as light distribution by a rotating mirror is performed. Elements can be eliminated, and the laser beam can always be stably transmitted to a predetermined position of the electromagnetic ultrasonic sensor.
【００４０】請求項２に係る発明においては、電磁超音
波センサーのみを被検査体に追従して動かしているの
で、追従機構を小型化し、追従応答速度を上げることが
できる。According to the second aspect of the present invention, since only the electromagnetic ultrasonic sensor is moved following the object to be inspected, the following mechanism can be downsized and the following response speed can be increased.
【００４１】請求項３に係る発明においては、レーザー
光源と電磁超音波センサー（及び被検査体表面）の位置
関係が変化してもレーザーの集光位置を常に被検査体表
面に維持することができ、安定した超音波の送受信がで
きる。According to the third aspect of the present invention, even if the positional relationship between the laser light source and the electromagnetic ultrasonic sensor (and the surface of the object to be inspected) changes, the focused position of the laser can always be maintained on the surface of the object to be inspected. And stable transmission and reception of ultrasonic waves.
【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a first example of an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す実施の形態における装置で得られる
受信波形の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a reception waveform obtained by the device in the embodiment shown in FIG.
【図３】図１に示す実施の形態における装置で得られる
受信超音波波形の最大値を、レーザー光源１の出力の関
数として示した例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example in which the maximum value of the received ultrasonic waveform obtained by the device in the embodiment shown in FIG. 1 is shown as a function of the output of the laser light source 1;
【図４】図１に示す実施の形態における装置で得られる
受信強度とリフトオフの管径を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing reception strength and a lift-off pipe diameter obtained by the apparatus in the embodiment shown in FIG. 1;
【図５】本発明の実施の形態の第２の例を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a second example of the embodiment of the present invention.
【図６】図５に示した実施の形態のセンサー部付近を拡
大し上方向から見た図である。FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of a sensor unit of the embodiment shown in FIG. 5, viewed from above.
【図７】本発明の実施の形態の第３の例を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a third example of the embodiment of the present invention.
【図８】従来のレーザー励振−電磁超音波受信方式の超
音波探傷装置の１例の概要を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an outline of an example of a conventional laser flaw detection / electromagnetic ultrasonic reception type ultrasonic testing apparatus.
１ レーザー光源 ２ 電磁超音波センサー ３ 被検査体（鋼管） ４ 搬送ロール ５ ２軸ステージ ６ 光学定盤 ７ １軸ステージ ８ エアシリンダー ９ ダンパー内蔵スプリング １０ 保護ローラー １１ 電磁超音波センサー取付け板 １２ ジンバル機構 １３ レンズ １４ レンズホルダー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Electromagnetic ultrasonic sensor 3 Inspection object (steel pipe) 4 Transport roll 5 2-axis stage 6 Optical surface plate 7 1-axis stage 8 Air cylinder 9 Damper built-in spring 10 Protective roller 11 Electromagnetic ultrasonic sensor mounting plate 12 Gimbal mechanism 13 lens 14 lens holder
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F068 AA28 AA48 BB09 BB23 DD02 FF12 FF14 FF16 GG04 GG07 JJ22 KK14 2G047 AA07 AB01 BC09 BC18 CA04 DA01 DB03 DB12 DB16 EA12 EA14 EA15 EA16 EA19 GA06 GA07 GG17 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F068 AA28 AA48 BB09 BB23 DD02 FF12 FF14 FF16 GG04 GG07 JJ22 KK14 2G047 AA07 AB01 BC09 BC18 CA04 DA01 DB03 DB12 DB16 EA12 EA14 EA15 EA16 EA19 GA06 GA07 GG17
Claims (3)
波の受信には前記レーザー光を通す貫通穴を具備した電
磁超音波センサーを用いて、超音波による計測や探傷を
行なう装置であって、電磁超音波センサーとレーザー光
源を一体として被検査体の位置変動に追従させる機構を
具備したことを特徴とする非接触超音波装置。An apparatus for performing ultrasonic measurement and flaw detection by using a laser beam for generating an ultrasonic wave and receiving an ultrasonic wave by using an electromagnetic ultrasonic sensor having a through hole through which the laser beam passes. A non-contact ultrasonic apparatus, comprising: a mechanism for integrally integrating an electromagnetic ultrasonic sensor and a laser light source so as to follow a position change of an object to be inspected.
波の受信には前記レーザー光を通す貫通穴を具備した電
磁超音波センサーを用いて、超音波による計測や探傷を
行なう装置であって、電磁超音波センサーを、被検査体
の位置変動に追従してレーザー光の光軸方向のみに移動
させる機構を具備したことを特徴とする非接触超音波装
置。2. An apparatus for performing measurement and flaw detection using ultrasonic waves by using a laser beam for generating ultrasonic waves and using an electromagnetic ultrasonic sensor having a through hole through which the laser beams pass for receiving the ultrasonic waves. And a mechanism for moving the electromagnetic ultrasonic sensor only in the direction of the optical axis of the laser light following the positional change of the object to be inspected.
って、電磁超音波センサーとレーザー光の集光レンズの
相対位置関係を固定したことを特徴とする非接触超音波
装置。3. The non-contact ultrasonic device according to claim 2, wherein the relative positional relationship between the electromagnetic ultrasonic sensor and the laser light focusing lens is fixed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000019615A JP2001208730A (en) | 2000-01-28 | 2000-01-28 | Non-contact ultrasonic apparatus |
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| JP (1) | JP2001208730A (en) |
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- 2000-01-28 JP JP2000019615A patent/JP2001208730A/en active Pending
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