JP3318609B2 - 共焦点超音波探傷装置 - Google Patents
共焦点超音波探傷装置Info
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- JP3318609B2 JP3318609B2 JP2000177056A JP2000177056A JP3318609B2 JP 3318609 B2 JP3318609 B2 JP 3318609B2 JP 2000177056 A JP2000177056 A JP 2000177056A JP 2000177056 A JP2000177056 A JP 2000177056A JP 3318609 B2 JP3318609 B2 JP 3318609B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- lens
- confocal
- flaw detector
- objective lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、部材の欠陥を非破壊
で、高精度に、簡易に検査する装置に関するものであ
る。
で、高精度に、簡易に検査する装置に関するものであ
る。
【０００２】この発明の共焦点超音波探傷装置は、原子
力設備、化学プラント、航空機等においてはそれを構成
する部材の内部に亀裂や空洞のような欠陥を非破壊で、
高精度に、比較的簡易に検査する場合に使用することが
できる。
力設備、化学プラント、航空機等においてはそれを構成
する部材の内部に亀裂や空洞のような欠陥を非破壊で、
高精度に、比較的簡易に検査する場合に使用することが
できる。
【０００３】
【従来の技術】原子力設備、化学プラント、航空機等に
おいてはそれを構成する部材の内部に亀裂や空洞のよう
な欠陥があると、それが成長して重大事故につながる恐
れがある。
おいてはそれを構成する部材の内部に亀裂や空洞のよう
な欠陥があると、それが成長して重大事故につながる恐
れがある。
【０００４】しかるに、原子力設備、化学プラント、航
空機等においてはそれを構成する部材の内部に存在する
亀裂や空洞のような欠陥の形状や深さ位置を高精度に、
非破壊で、簡易に検査する方法や装置については現在ま
でのところ決定的な方法や装置が無く問題となってい
る。部材の欠陥を非破壊で検査する技術の一つとして、
超音波顕微鏡を使用した検査技術が知られている。超音
波顕微鏡は、光を透過させない物質の内部でも超音波が
進入できるため、このような不透明物質の内部欠陥の有
無や、深さ位置も知ることができる。
空機等においてはそれを構成する部材の内部に存在する
亀裂や空洞のような欠陥の形状や深さ位置を高精度に、
非破壊で、簡易に検査する方法や装置については現在ま
でのところ決定的な方法や装置が無く問題となってい
る。部材の欠陥を非破壊で検査する技術の一つとして、
超音波顕微鏡を使用した検査技術が知られている。超音
波顕微鏡は、光を透過させない物質の内部でも超音波が
進入できるため、このような不透明物質の内部欠陥の有
無や、深さ位置も知ることができる。
【０００５】
【解決すべき課題】しかし、従来のものは共焦点系を採
用していないため、ノイズが多く欠陥の三次元形状を高
精度に計測することはできなかった。一方、共焦点顕微
鏡は、光（特にレーザー光）を用いたものは既に実用化
されており、生物の細胞組織など光を透過する物体に対
して立体像が観測される顕微鏡として市販されている。
しかし、超音波顕微鏡の技術を共焦点顕微鏡に適用する
技術が開発されていない。
用していないため、ノイズが多く欠陥の三次元形状を高
精度に計測することはできなかった。一方、共焦点顕微
鏡は、光（特にレーザー光）を用いたものは既に実用化
されており、生物の細胞組織など光を透過する物体に対
して立体像が観測される顕微鏡として市販されている。
しかし、超音波顕微鏡の技術を共焦点顕微鏡に適用する
技術が開発されていない。
【０００６】また、不透明物体内の内部欠陥の三次元形
状を高い精度で計測できる別の方法として、Ｘ線ＣＴが
ある。ところがＸ線ＣＴは、Ｘ線自体が被爆の問題もあ
って扱いずらく、また装置も大型で高価である。
状を高い精度で計測できる別の方法として、Ｘ線ＣＴが
ある。ところがＸ線ＣＴは、Ｘ線自体が被爆の問題もあ
って扱いずらく、また装置も大型で高価である。
【０００７】この発明は上記の如き事情に鑑みてなされ
たものであって、光共焦点顕微鏡の原理を超音波顕微鏡
に応用して、不透明物体の内部欠陥の立体形状を高い精
度で計測できる、新しい顕微鏡を提案し、また、部材の
内部に存在する亀裂や空洞のような欠陥の形状や深さ位
置を高精度に、非破壊で、簡易に検査する方法および装
置を提供することを目的とする。
たものであって、光共焦点顕微鏡の原理を超音波顕微鏡
に応用して、不透明物体の内部欠陥の立体形状を高い精
度で計測できる、新しい顕微鏡を提案し、また、部材の
内部に存在する亀裂や空洞のような欠陥の形状や深さ位
置を高精度に、非破壊で、簡易に検査する方法および装
置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の共焦点超音波探傷装置は、一方の面に焦点距離
ｆ1の第１の凹面部をもつ受発信側超音波レンズと両方
の面に焦点距離ｆ2の第２の凹面部と焦点距離ｆ3の第３
の凹面部をもつ超音波対物レンズと及び開口部材とを光
軸上に配置して有する超音波レンズ集合体を備え、受発
信側超音波レンズと超音波対物レンズは第１の凹面部の
焦点位置と第２の凹面部の焦点位置とを共通にする一致
点を間にして向かい合ってかつ前記超音波対物レンズの
第３の凹面部が被検査物に向き合うように配置され、前
記開口部材は前記一致点に配置され、前記受発信側超音
波レンズの他方の面を超音波発信素子及び超音波受信素
子に接続してなることを特徴としている。
の発明の共焦点超音波探傷装置は、一方の面に焦点距離
ｆ1の第１の凹面部をもつ受発信側超音波レンズと両方
の面に焦点距離ｆ2の第２の凹面部と焦点距離ｆ3の第３
の凹面部をもつ超音波対物レンズと及び開口部材とを光
軸上に配置して有する超音波レンズ集合体を備え、受発
信側超音波レンズと超音波対物レンズは第１の凹面部の
焦点位置と第２の凹面部の焦点位置とを共通にする一致
点を間にして向かい合ってかつ前記超音波対物レンズの
第３の凹面部が被検査物に向き合うように配置され、前
記開口部材は前記一致点に配置され、前記受発信側超音
波レンズの他方の面を超音波発信素子及び超音波受信素
子に接続してなることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を一実施例
を示す図面によって説明する。図１ａにおいて、１は共
焦点超音波探傷装置である。共焦点超音波探傷装置１は
超音波レンズ集合体１１を備えている。超音波レンズ集
合体１１は受発信側超音波レンズ２と開口部材３と超音
波対物レンズ４とを光軸上に配置している。
を示す図面によって説明する。図１ａにおいて、１は共
焦点超音波探傷装置である。共焦点超音波探傷装置１は
超音波レンズ集合体１１を備えている。超音波レンズ集
合体１１は受発信側超音波レンズ２と開口部材３と超音
波対物レンズ４とを光軸上に配置している。
【００１０】受発信側超音波レンズ２は一方の面に焦点
距離ｆ1の第１の凹面部５を備えている。受発信側超音
波レンズ２の他方の面には超音波発信素子及び超音波受
信素子として機能するトランスデューサー６が接続して
いる。トランスデューサー６は超音波振動子で、電圧の
変化を受けて超音波を発生して受発信側超音波レンズ２
に入力し、また、受発信側超音波レンズ２の振動を受け
て電圧変化を出力する。トランスデューサー６は水晶、
ＰＺＴ（ジルコン酸、チタン酸）等で構成する。ただ
し、超音波発信素子と超音波受信素子は別々に設けても
よい。
距離ｆ1の第１の凹面部５を備えている。受発信側超音
波レンズ２の他方の面には超音波発信素子及び超音波受
信素子として機能するトランスデューサー６が接続して
いる。トランスデューサー６は超音波振動子で、電圧の
変化を受けて超音波を発生して受発信側超音波レンズ２
に入力し、また、受発信側超音波レンズ２の振動を受け
て電圧変化を出力する。トランスデューサー６は水晶、
ＰＺＴ（ジルコン酸、チタン酸）等で構成する。ただ
し、超音波発信素子と超音波受信素子は別々に設けても
よい。
【００１１】超音波対物レンズ４は一方の面に焦点距離
ｆ2の第２の凹面部１５を有し、第２の凹面部１５を受
発信側超音波レンズ２の第１の凹面部５に対向させて光
軸上に配置されている。第２の凹面部１５の焦点位置と
第１の凹面部５の焦点位置Ｐは一致していて共焦点光学
系を構成している。共焦点位置Ｐにはピンホール部材２
１の開口２２が位置している。超音波対物レンズ４は他
方の面に焦点距離ｆ3の第３の凹面部１６を有し、その
第３の凹面部１６を被検査物１７に向けて光軸上に配置
されている。第１の凹面部５と第２の凹面部１５の間は
可撓壁１２で密閉してマッチング液１４ａで満たしてお
くことが望ましい。また第３の凹面部１６と被検査物１
７との間もマッチング液１４ｂで満たしておくことが望
ましい。
ｆ2の第２の凹面部１５を有し、第２の凹面部１５を受
発信側超音波レンズ２の第１の凹面部５に対向させて光
軸上に配置されている。第２の凹面部１５の焦点位置と
第１の凹面部５の焦点位置Ｐは一致していて共焦点光学
系を構成している。共焦点位置Ｐにはピンホール部材２
１の開口２２が位置している。超音波対物レンズ４は他
方の面に焦点距離ｆ3の第３の凹面部１６を有し、その
第３の凹面部１６を被検査物１７に向けて光軸上に配置
されている。第１の凹面部５と第２の凹面部１５の間は
可撓壁１２で密閉してマッチング液１４ａで満たしてお
くことが望ましい。また第３の凹面部１６と被検査物１
７との間もマッチング液１４ｂで満たしておくことが望
ましい。
【００１２】この発明の共焦点超音波探傷装置１は上記
のような構成において、次のように動作して被検査物１
７の検査を行う。まず超音波レンズ６に取り付けられた
トランスデューサ（電歪素子）６に電気パルスを加える
と、受発信側超音波レンズ２は球面超音波を発生し第１
の凹面部５から出射する。この球面超音波受発信側超音
波レンズ２の焦点位置ｆ１に置かれたピンホール部材２
１の小さな開口２２を透過して、距離ｆ２だけ離れた位
置に置かれた超音波対物レンズ４に入射する。超音波対
物レンズ４の第３の凹面部１６からの出射波面は焦点距
離ｆ３にある被検査物１７の欠陥２３の境界面２４上の
一点に集まる。この境界面２４から反射された超音波波
面は、元来た光路をさかのぼり、開口２２を通過してト
ランスデューサ６に歪みを与える。するとトタンスデュ
ーサ６は電圧を発生して充分大きな電圧パルスを出力す
る。ところが図１（ｂ）におけるように、被検査物１７
を下方（ｚ軸方向）にずらす（または超音波レンズ集合
体１１を上方にずらす）と、欠陥部２３の境界面２４は
超音波対物レンズ４の第３の凹面部１６に対して焦点外
れの状態になるため、欠陥部２３の境界面２４を広く照
射し、その反射波は元の光路どおりには溯らず、開口２
２によって大部分が遮られてしまう。その結果、トラン
スデューサ６からの出力電圧はほとんどゼロか大変小さ
い。このようにして、欠陥を持った被検査物をｘ，ｙ，
ｚ方向に走査すると、欠陥部の境界面だけを立体的に検
出できる。
のような構成において、次のように動作して被検査物１
７の検査を行う。まず超音波レンズ６に取り付けられた
トランスデューサ（電歪素子）６に電気パルスを加える
と、受発信側超音波レンズ２は球面超音波を発生し第１
の凹面部５から出射する。この球面超音波受発信側超音
波レンズ２の焦点位置ｆ１に置かれたピンホール部材２
１の小さな開口２２を透過して、距離ｆ２だけ離れた位
置に置かれた超音波対物レンズ４に入射する。超音波対
物レンズ４の第３の凹面部１６からの出射波面は焦点距
離ｆ３にある被検査物１７の欠陥２３の境界面２４上の
一点に集まる。この境界面２４から反射された超音波波
面は、元来た光路をさかのぼり、開口２２を通過してト
ランスデューサ６に歪みを与える。するとトタンスデュ
ーサ６は電圧を発生して充分大きな電圧パルスを出力す
る。ところが図１（ｂ）におけるように、被検査物１７
を下方（ｚ軸方向）にずらす（または超音波レンズ集合
体１１を上方にずらす）と、欠陥部２３の境界面２４は
超音波対物レンズ４の第３の凹面部１６に対して焦点外
れの状態になるため、欠陥部２３の境界面２４を広く照
射し、その反射波は元の光路どおりには溯らず、開口２
２によって大部分が遮られてしまう。その結果、トラン
スデューサ６からの出力電圧はほとんどゼロか大変小さ
い。このようにして、欠陥を持った被検査物をｘ，ｙ，
ｚ方向に走査すると、欠陥部の境界面だけを立体的に検
出できる。
【００１３】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、この発明
の共焦点超音波探傷装置は、不透明物体の内部に存在す
る亀裂や空洞のような内部欠陥の立体形状を高精度かつ
非破壊で、簡易に計測できる。また、この発明の超音波
探傷装置は、Ｘ線ＣＴ等と較べても、超音波が人体に無
害で被曝の問題もなく装置も小さく、低価格である。
の共焦点超音波探傷装置は、不透明物体の内部に存在す
る亀裂や空洞のような内部欠陥の立体形状を高精度かつ
非破壊で、簡易に計測できる。また、この発明の超音波
探傷装置は、Ｘ線ＣＴ等と較べても、超音波が人体に無
害で被曝の問題もなく装置も小さく、低価格である。
【００１４】
【図１】共焦点超音波探傷装置を示す構成説明図
１ 共焦点超音波探傷装置 ２ 受発信側超音波レンズ ３ 開口部材 ４ 超音波対物レンズ ５ 第１の凹面部 ６ トランスデューサ １１ 超音波レンズ集合体 １２ 可撓壁 １４ａ，１４ｂ マッチング液 １５ 第２の凹面部 １６ 第３の凹面部 １７ 被検査物 ２１ ピンホール部材 ２２ 開口 ２３ 欠陥 ２４ 境界面
Claims (2)
- 【請求項１】 一方の面に焦点距離ｆ1の第１の凹面部
をもつ受発信側超音波レンズと両方の面に焦点距離ｆ2
の第２の凹面部と焦点距離ｆ3の第３の凹面部をもつ超
音波対物レンズと及び開口部材とを光軸上に配置して有
する超音波レンズ集合体を備え、受発信側超音波レンズ
と超音波対物レンズは第１の凹面部の焦点位置と第２の
凹面部の焦点位置とを共通にする一致点を間にして向か
い合ってかつ前記超音波対物レンズの第３の凹面部が被
検査物に向き合うように配置され、前記開口部材は前記
一致点に配置され、前記受発信側超音波レンズの他方の
面を超音波発信素子及び超音波受信素子に接続してなる
ことを特徴とする共焦点超音波探傷装置 - 【請求項２】 前記被検査物及び前記超音波レンズ集合
体の少なくとも一方を走査する走査装置を有することを
特徴とする請求項１記載の共焦点超音波探傷装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000177056A JP3318609B2 (ja) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | 共焦点超音波探傷装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000177056A JP3318609B2 (ja) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | 共焦点超音波探傷装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001356111A JP2001356111A (ja) | 2001-12-26 |
| JP3318609B2 true JP3318609B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=18678703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000177056A Expired - Lifetime JP3318609B2 (ja) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | 共焦点超音波探傷装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3318609B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5896702B2 (ja) * | 2011-11-30 | 2016-03-30 | オリンパス株式会社 | 光音響顕微鏡 |
-
2000
- 2000-06-13 JP JP2000177056A patent/JP3318609B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001356111A (ja) | 2001-12-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3318609 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
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