JP2718091B2 - 超音波非破壊検査方法及びその装置 - Google Patents
超音波非破壊検査方法及びその装置Info
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- JP2718091B2 JP2718091B2 JP63242600A JP24260088A JP2718091B2 JP 2718091 B2 JP2718091 B2 JP 2718091B2 JP 63242600 A JP63242600 A JP 63242600A JP 24260088 A JP24260088 A JP 24260088A JP 2718091 B2 JP2718091 B2 JP 2718091B2
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- ultrasonic waves
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- light
- ultrasonic
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、水中超音波による光の回折現象に着目し、
物質を透過した超音波によってレーザ光を回折させるこ
とにより物質内部の弾性的性質の分布状態を検出する非
破壊検査方法に関する。
物質を透過した超音波によってレーザ光を回折させるこ
とにより物質内部の弾性的性質の分布状態を検出する非
破壊検査方法に関する。
（従来の技術） 超音波の使用により、光学的に不透明な物質でも物質
内部の欠陥や弾性的分布状態を観察することが可能であ
る。物質内部の状態を反映した超音波信号を処理するこ
とによって撮像化する技術には、超音波顕微鏡、超音波
診断装置、非破壊検査などがあり、多方面から関心を集
め、基礎、応用の観点から精力的に検討されている。一
般には、非検査体の表面あるいは内部での反射あるいは
透過超音波信号を遅延電気信号の形で検出した後に、信
号処理によって撮像化を試みている。測定方法の一つと
して、超音波と光の相互作用を利用するものである。そ
の代表例として、レーザ走査型超音波顕微鏡（以下、SL
AMと略す）が挙げられる。このSLAMは斜め下方から液体
を介して試料に超音波を照射し、試料に密着したカバー
プレート表面に透過波が作る微細なリップル部分にレー
ザ光を照射し、反射光によって超音波像を得るものであ
るが、MHz帯の超音波を用いて高分解能を持つ実時間的
撮像を実現している。
内部の欠陥や弾性的分布状態を観察することが可能であ
る。物質内部の状態を反映した超音波信号を処理するこ
とによって撮像化する技術には、超音波顕微鏡、超音波
診断装置、非破壊検査などがあり、多方面から関心を集
め、基礎、応用の観点から精力的に検討されている。一
般には、非検査体の表面あるいは内部での反射あるいは
透過超音波信号を遅延電気信号の形で検出した後に、信
号処理によって撮像化を試みている。測定方法の一つと
して、超音波と光の相互作用を利用するものである。そ
の代表例として、レーザ走査型超音波顕微鏡（以下、SL
AMと略す）が挙げられる。このSLAMは斜め下方から液体
を介して試料に超音波を照射し、試料に密着したカバー
プレート表面に透過波が作る微細なリップル部分にレー
ザ光を照射し、反射光によって超音波像を得るものであ
るが、MHz帯の超音波を用いて高分解能を持つ実時間的
撮像を実現している。
（発明が解決しようとする課題） そこで、本発明では水中超音波による光の回折現象に
着目し、物質を透過した超音波によってレーザ光を回折
させることによって物質内部の弾性的性質の分布状態を
検出する非破壊検査方法を提供することを目的とする。
着目し、物質を透過した超音波によってレーザ光を回折
させることによって物質内部の弾性的性質の分布状態を
検出する非破壊検査方法を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明はこの目的を達成するために、液体中に存在す
る被検査体に超音波を照射し、該被検査体を通過した液
中超音波の進行方向に垂直に光を入射させ、該液中超音
波によって回折現象を生じた該光の光強度を測定し、該
被検査体を通過した該液中超音波の振幅の変化を、測定
した該光強度の変化として検出することにより、被検査
体の弾性的分布を得ることができる方法を提案する。ま
た、該方法を実現するための非破壊検査装置は、一方の
面に接する液体中に超音波を線状に集束させる音響レン
ズと、該音響レンズの他方の面に接着され且つ縦波の超
音波を発生する圧電基板とからなる変換部と、液体中の
被検査体を通過した後の液中超音波の進行方向に垂直に
レーザ光を入射させるレーザ光源と、超音波によって回
折した後のレーザ光の光強度を測定する光強度測定部
と、該光強度からレーザ光の通過する領域での超音波の
平均振幅を求め、該振幅に基づいて被検査体の弾性的分
布を検出する弾性的分布検出部とを具備するものであ
る。
る被検査体に超音波を照射し、該被検査体を通過した液
中超音波の進行方向に垂直に光を入射させ、該液中超音
波によって回折現象を生じた該光の光強度を測定し、該
被検査体を通過した該液中超音波の振幅の変化を、測定
した該光強度の変化として検出することにより、被検査
体の弾性的分布を得ることができる方法を提案する。ま
た、該方法を実現するための非破壊検査装置は、一方の
面に接する液体中に超音波を線状に集束させる音響レン
ズと、該音響レンズの他方の面に接着され且つ縦波の超
音波を発生する圧電基板とからなる変換部と、液体中の
被検査体を通過した後の液中超音波の進行方向に垂直に
レーザ光を入射させるレーザ光源と、超音波によって回
折した後のレーザ光の光強度を測定する光強度測定部
と、該光強度からレーザ光の通過する領域での超音波の
平均振幅を求め、該振幅に基づいて被検査体の弾性的分
布を検出する弾性的分布検出部とを具備するものであ
る。
（作用） 以上のような構成を有する本発明によれば、変換部に
より被検査体に超音波を照射し、レーザ光源によって被
検査体を通過した超音波の進行方向に垂直にレーザ光を
入射させる。このレーザ光は超音波によって回折現象を
生じ、この回折光の光強度を光強度測定部によって測定
する。弾性的分布検出部は被検査体を通過した超音波の
振幅は被検査体の弾性的分布に対応して変化するので該
変化を前記測定した回折光の光強度の変化として検出す
ることにより被検査体の弾性的分布を得る。
より被検査体に超音波を照射し、レーザ光源によって被
検査体を通過した超音波の進行方向に垂直にレーザ光を
入射させる。このレーザ光は超音波によって回折現象を
生じ、この回折光の光強度を光強度測定部によって測定
する。弾性的分布検出部は被検査体を通過した超音波の
振幅は被検査体の弾性的分布に対応して変化するので該
変化を前記測定した回折光の光強度の変化として検出す
ることにより被検査体の弾性的分布を得る。
したがって、本発明は前記目的を達成でき、物質を透
過した超音波によってレーザ光を回折させることによっ
て物質内部の弾性的性質の分布状態を検出する非破壊検
査方法及びその装置を提供できる。
過した超音波によってレーザ光を回折させることによっ
て物質内部の弾性的性質の分布状態を検出する非破壊検
査方法及びその装置を提供できる。
（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
はじめに、本発明の動作原理について説明する。液体
中の超音波は疎密液であることから光学的には屈折率の
変動が進行していることになる。音場に入射する光の幅
が音波長よりも十分に大きくなると、超音波による液体
の屈折率の周期的変化が光に対して回折格子として作用
する。この場合、超音波の進行方向に垂直に光を入射さ
せると、MHz帯の超音波ではラマン−ナス回折が起き
る。ｍ次の回折光強度Imは入射光強度を１とすると、 Im＝Jm 2（ν），ν＝（２πL/λ）δｎ となる。ここで、Jmはｍ次のベッセル関数、νは位相格
子パラメータ、δｎは屈折率変化の振幅、Ｌは超音波の
幅である。Imは適当なνの範囲で超音波の振幅δｎにほ
ぼ比例し、回折光強度を測定すれば、光の通過する領域
での超音波の平均振幅を求めることができる。物質を透
過した超音波は弾性的分布に対応する形で振幅が変化す
るので、この変化を回折光強度の変化として検出するこ
とによって、物質内部の弾性的情報を得ることができ
る。
中の超音波は疎密液であることから光学的には屈折率の
変動が進行していることになる。音場に入射する光の幅
が音波長よりも十分に大きくなると、超音波による液体
の屈折率の周期的変化が光に対して回折格子として作用
する。この場合、超音波の進行方向に垂直に光を入射さ
せると、MHz帯の超音波ではラマン−ナス回折が起き
る。ｍ次の回折光強度Imは入射光強度を１とすると、 Im＝Jm 2（ν），ν＝（２πL/λ）δｎ となる。ここで、Jmはｍ次のベッセル関数、νは位相格
子パラメータ、δｎは屈折率変化の振幅、Ｌは超音波の
幅である。Imは適当なνの範囲で超音波の振幅δｎにほ
ぼ比例し、回折光強度を測定すれば、光の通過する領域
での超音波の平均振幅を求めることができる。物質を透
過した超音波は弾性的分布に対応する形で振幅が変化す
るので、この変化を回折光強度の変化として検出するこ
とによって、物質内部の弾性的情報を得ることができ
る。
次に、本発明の一実施例のデバイス構造について説明
する。
する。
第２図は本発明の一実施例を示す概略構造図である。
同図において、分解能と回折効率の向上のため、アクリ
ル製プラノ・シリンドリカル型音響レンズで超音波を線
状に集束させている。レンズの曲率半径は3mm、焦点距
離は約7mmである。矩形板状の圧電セラミック板（TDK製
91A材、10×10×0.2mm）をレンズにエポキシ系接着剤で
接着している。厚み振動モードで動作させることによっ
て放射された縦波（9.6MHz）はレンズ部を伝搬後、水と
の境界面でスネルの法則を満足する角度で屈折し、水中
で集束される。
同図において、分解能と回折効率の向上のため、アクリ
ル製プラノ・シリンドリカル型音響レンズで超音波を線
状に集束させている。レンズの曲率半径は3mm、焦点距
離は約7mmである。矩形板状の圧電セラミック板（TDK製
91A材、10×10×0.2mm）をレンズにエポキシ系接着剤で
接着している。厚み振動モードで動作させることによっ
て放射された縦波（9.6MHz）はレンズ部を伝搬後、水と
の境界面でスネルの法則を満足する角度で屈折し、水中
で集束される。
第１図は本実施例の構成を示す図である。同図におい
て、超音波の焦点付近に試料が設置された状態で、その
直下を線状集束超音波に沿ってレーザ光（He−Ne レー
ザ、λ＝0.63μｍ、光の幅約0.3mm）を通過させてい
る。透過超音波による回折光の強度はフォトダイオード
で検出されてAMPで増幅された後、Ｘ−ＹレコーダのＹ
軸に入力される。ここでは、試料を機械的にＸ方向に走
査して移動距離を電圧変化として取り出し、Ｘ−Ｙレコ
ーダのＸ軸に入力することによって１次元の超音波像を
得ている。
て、超音波の焦点付近に試料が設置された状態で、その
直下を線状集束超音波に沿ってレーザ光（He−Ne レー
ザ、λ＝0.63μｍ、光の幅約0.3mm）を通過させてい
る。透過超音波による回折光の強度はフォトダイオード
で検出されてAMPで増幅された後、Ｘ−ＹレコーダのＹ
軸に入力される。ここでは、試料を機械的にＸ方向に走
査して移動距離を電圧変化として取り出し、Ｘ−Ｙレコ
ーダのＸ軸に入力することによって１次元の超音波像を
得ている。
第３図は本実施例におけるレーザ光の回折光写真の一
例を示す図である。同図からわかるように、レーザ光を
Ｘ方向に走査することによって移動距離と回折光強度の
関係を測定すると、焦点付近の音場分布が得られる。
例を示す図である。同図からわかるように、レーザ光を
Ｘ方向に走査することによって移動距離と回折光強度の
関係を測定すると、焦点付近の音場分布が得られる。
第４図は第３図の回折光からの音場分布特性図であ
る。同図からわかるように、集束された超音波の3dB幅
は、１次回折光では260μｍ（約1.7波長）、２次回折光
では170μｍ（約1.1波長）である。２次回折光の方が信
号レベルは低下するものの細く絞られており、分解能の
向上が期待できる。
る。同図からわかるように、集束された超音波の3dB幅
は、１次回折光では260μｍ（約1.7波長）、２次回折光
では170μｍ（約1.1波長）である。２次回折光の方が信
号レベルは低下するものの細く絞られており、分解能の
向上が期待できる。
ここで、例えば第５図に示すような厚さが約20μｍの
銅薄を厚さが約200μｍの２枚のアクリル板で挟んだ試
料に対して、２次回折光による撮像結果が第６図であ
る。エッチ幅は300μｍ、されていない部分の幅は100μ
ｍ及び700μｍであるが、エッチ部は超音波の透過率が
高く、出力の山の部分に対応している。
銅薄を厚さが約200μｍの２枚のアクリル板で挟んだ試
料に対して、２次回折光による撮像結果が第６図であ
る。エッチ幅は300μｍ、されていない部分の幅は100μ
ｍ及び700μｍであるが、エッチ部は超音波の透過率が
高く、出力の山の部分に対応している。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、液中超音波に
よって光を回折させることにより、光の回折効率が優れ
且つ光損傷にも強い回折現象を生じることが可能とな
り、被検査体の形態又は内部の状態を含めて１次元の弾
性的分布を検出し、より精細な音響像を得ることができ
る。本発明では試料を機械的に動かしたがレーザ走査方
式の導入により撮像時間の短縮と２次元への拡張が可能
であり、非破壊検査等への応用が期待できる。
よって光を回折させることにより、光の回折効率が優れ
且つ光損傷にも強い回折現象を生じることが可能とな
り、被検査体の形態又は内部の状態を含めて１次元の弾
性的分布を検出し、より精細な音響像を得ることができ
る。本発明では試料を機械的に動かしたがレーザ走査方
式の導入により撮像時間の短縮と２次元への拡張が可能
であり、非破壊検査等への応用が期待できる。
第１図は本実施例の構成を示す図、第２図は本発明の一
実施例を示す概略構造図、第３図は本実施例におけるレ
ーザ光の回折光写真の一例を示す図、第４図は第３図の
回折光からの音場分布特性図、第５図は試料の形状を示
す図、第６図は第５図の試料からの撮像結果を示す図で
ある。
実施例を示す概略構造図、第３図は本実施例におけるレ
ーザ光の回折光写真の一例を示す図、第４図は第３図の
回折光からの音場分布特性図、第５図は試料の形状を示
す図、第６図は第５図の試料からの撮像結果を示す図で
ある。
Claims (2)
- 【請求項１】液体中に存在する被検査体に超音波を照射
し、該被検査体を通過した液中超音波の進行方向に垂直
に光を入射させ、該液中超音波によって回折現象を生じ
た該光の光強度を測定し、該被検査体を通過した該液中
超音波の振幅の変化を、測定した該光強度の変化として
検出することにより、被検査体の弾性的分布を得ること
を特徴とする超音波非破壊検査方法。 - 【請求項２】一方の面に接する液体中に超音波を線状に
集束させる音響レンズと、該音響レンズの他方の面に接
着され且つ縦波の超音波を発生する圧電基板とからなる
変換部と、 液体中の被検査体を通過した後の液中超音波の進行方向
に垂直にレーザ光を入射させるレーザ光源と、 超音波によって回折した後のレーザ光の光強度を測定す
る光強度測定部と、 該光強度からレーザ光の通過する領域での超音波の平均
振幅を求め、該振幅に基づいて被検査体の弾性的分布を
検出する弾性的分布検出部とを具備することを特徴とす
る非破壊検査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63242600A JP2718091B2 (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | 超音波非破壊検査方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63242600A JP2718091B2 (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | 超音波非破壊検査方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0291561A JPH0291561A (ja) | 1990-03-30 |
| JP2718091B2 true JP2718091B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=17091457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63242600A Expired - Fee Related JP2718091B2 (ja) | 1988-09-29 | 1988-09-29 | 超音波非破壊検査方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2718091B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012242359A (ja) * | 2011-05-24 | 2012-12-10 | Kobe Steel Ltd | 超音波顕微鏡 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62170837A (ja) * | 1986-01-24 | 1987-07-27 | Hitachi Ltd | 光音響装置 |
-
1988
- 1988-09-29 JP JP63242600A patent/JP2718091B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0291561A (ja) | 1990-03-30 |
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