JP3477330B2 - 超音波発生装置 - Google Patents

超音波発生装置

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JP3477330B2 JP28836096A JP28836096A JP3477330B2 JP 3477330 B2 JP3477330 B2 JP 3477330B2 JP 28836096 A JP28836096 A JP 28836096A JP 28836096 A JP28836096 A JP 28836096A JP 3477330 B2 JP3477330 B2 JP 3477330B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被試験体に超音波
を伝播させて非破壊検査を行う際に用いられる超音波発
生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プラント製品等の被試験体内部に超音波
を伝播させ、被試験体内部からの反射波をその表面で観
測することによって被試験体内部のきずを非破壊で検査
する超音波探傷方法が広く用いられている。
【0003】上記したプラント製品の非破壊検査に適用
される従来の超音波発生装置を図4、図5を用いて説明
する。図4は、パルスレーザ光照射によるアブレーショ
ン効果を用いた超音波発生装置である。図4に示すよう
に、パルスレーザ光源1から、数10〜数nsec幅の
パルスレーザ光3を発生させる。このパルスレーザ光3
のエネルギーは、被試験体5の破壊しきい値よりも大き
い値を取るように設定されている。
【0004】このパルスレーザ光源1から発生したパル
スレーザ光3は、ミラー2で反射して被試験体5に到達
する。この被試験体5の表面では、上記したようにパル
スレーザ光3のエネルギーが被試験体5の破壊しきい値
より大きいため、数μm以下の表層が吹き飛ぶ。すなわ
ち被試験体5表面にアブレーションが発生するため、そ
の反作用として超音波、特に縦波が、この被試験体5の
表面に対して垂直方向に発生する。この超音波の反射波
の強度等の変化を観測することにより、被試験体の非破
壊検査を行う。
【0005】図5は、パルスレーザ光照射による熱弾性
効果を用いた超音波発生装置を示す図である。上記図4
に示したパルスレーザ光源1と同様の光源を用いるが、
このパルスレーザ光3のエネルギーは、被試験体5の破
壊しきい値よりも小さく設定されている。
【0006】上記図4で説明した場合と同様に、パルス
レーザ光源1から発生したパルスレーザ光3は、ミラー
2で反射して被試験体5に到達する。この場合、上記し
たようにパルスレーザ光3のエネルギーが被試験体5の
破壊しきい値より小さいため、パルスレーザ光3のエネ
ルギーは被試験体5の表面で吸収され熱となり、熱膨張
が発生し、この膨脹・収縮の過程が音源となり超音波が
発生する。この過程は熱弾性と呼ばれ、上記図4で示し
た装置に比較して被試験体5表面の損傷は無いが、超音
波の発生強度は低く、また多方向に同程度の強度で発生
する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の超音波
発生装置では、より確実な非破壊検査の実施のため強い
垂直方向に発生する超音波を得ようとすると、図4を用
いて説明したように被試験体5表面の損傷を誘起してい
た。また、この損傷を避けるためにパルスレーザ光3の
エネルギー強度を下げると、図5を用いて説明したよう
に垂直方向に発生する超音波成分が弱くなる上、多種の
超音波が発生するため、この超音波を観測する際の超音
雑音の発生する原因となっていた。
【0008】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、アブレーションに
よる被試験体表面の損傷を招くことなく、被試験体表面
に対して垂直方向に強い超音波を発生可能な超音波発生
装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波発生装置
は、被試験体に伝播すべき超音波の波長以下の厚さを有
し、該被試験体の表面に接触配置された薄板と、この薄
板にパルス光又は強度変調光を照射する光照射手段とを
具備してなり、前記パルス光又は振幅変調光の照射によ
るアブレーション効果により前記薄板に超音波を発生
し、該超音波を前記被試験体に伝播させることを特徴と
する。
【0010】上記薄板は、被試験体と同一又は近似した
音響的性質を有するものが望ましい。本発明の超音波発
生装置によれば、以下に示す作用・効果を有する。
【0011】パルス光又は強度変調光が薄板に照射され
ると、この薄板の表面においてアブレーション効果によ
る超音波が発生する。この超音波は薄板の表面から被試
験体との接触面まで伝播し、この接触面を通過して被試
験体に伝えられる。
【0012】このようにパルス光又は強度変調光を直接
被試験体に照射することなく薄板に照射し、この薄板表
面で超音波を発生させ、発生した超音波を被試験体に伝
えることで、被試験体の損傷を招くことがない。
【0013】また、薄板の板厚を発生させる超音波の波
長以下とすることにより、薄板伝播中における超音波の
減衰を招くことなく、被試験体の垂直方向に強い超音波
を発生させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。 (第1実施形態)図1(a)は、本発明の第1実施形態
に係る超音波発生装置を示す斜視図、図1(b)は、同
図(a)における超音波発生装置のA−A´断面図であ
る。図1(a)に示すように本実施形態の超音波発生装
置は、パルスレーザ光3の発生源であるパルスレーザ光
源1(例えばQスイッチ付YAGレーザ)、このパルス
レーザ光3を反射させるミラー2、また被試験体5に接
触配置し、発生した超音波を被試験体5に伝播させる薄
板4aから構成される。
【0015】この薄板4aには、被試験体5と音響的に
同質または近似した、すなわち同質または近似した材料
でできたものを用いることで、薄板4aから被試験体5
に超音波が伝播する際に反射波が発生しないようにして
ある。またこの薄板4aの板厚は、発生する超音波の波
長以下とし、アブレーションにより生じた超音波が減衰
せずに伝播し、被試験体5との接触面(以下、探傷面と
称する)を通過していくようにしてある。また、上記パ
ルスレーザ光3のエネルギー強度は、薄板4aの表面を
吹き飛ばす程度、すなわちアブレーションが生じる程度
に調節されている。
【0016】上記実施形態の動作を以下説明する。パル
スレーザ光源1から発生したパルスレーザ光3は、ミラ
ー2により反射されて薄板4aの表面に照射される。図
1(b)に示すように、このレーザ光照射により薄板4
aの表面でアブレーションが発生し、薄板4aの数μm
以下の表層が吹き飛ぶため、その反作用として超音波、
特に縦波が、この薄板4aの表面に対して垂直方向に発
生する。この発生した超音波は薄板4aを伝播して探傷
面に到達し、被試験体5を伝播する。上記超音波は探傷
面と反対側の界面(以下、底面と称する)に到達し、反
射する。この反射した超音波を検出し、その反射波を測
定する。
【0017】ここで、被試験体5にきずが無い場合、上
記反射時間は一定であることからきずが無いことを確認
できる。一方、被試験体5にきずがある場合、被試験体
5中を伝わる超音波はきずにより反射されるため、きず
のない場合と比較して、探傷面から発したパルス光3が
同じく探傷面にもどるまでの光路が短くなり、一定であ
った反射波に変化が生じる。この反射波の変化を観測す
ることにより、被試験体5中にきずがあることが確認で
きる。
【0018】上記したように被試験体5に直接パルスレ
ーザ光3を照射せずに薄板4aに照射し、この薄板4a
上で超音波を発生させるため、被試験体5を損傷するこ
となく、かつエネルギー強度の高いパルスレーザ光を用
いるため、被試験体5の表層と垂直方向の強い超音波を
伝播させることができる。
【0019】(第2実施形態)図2(a)は、本発明の
第2実施形態に係る超音波発生装置を示す斜視図、図2
(b)は、図2(a)における超音波発生装置のA−A
´断面図である。図2(a)に示すように、本実施形態
の超音波発生装置は、パルスレーザ光を発生させるパル
スレーザ光源1、このパルスレーザ光3を被試験体5に
照射するためのミラー2については上記第1実施形態に
おけるものと同一である。また、発生した超音波を被試
験体5に伝播させる薄板として、図2(b)に示すよう
なくぼみを持たせたものを用いる。
【0020】この薄板4bは、被試験体5と音響的に同
質のものを用い、その板厚を発生する超音波の波長以下
とする点及びパルスレーザ光3のエネルギー強度を薄板
4bの表面を吹き飛ばす程度に設定する点においては、
上記第1実施形態に用いる場合と同様である。
【0021】上記実施形態の動作を以下説明する。な
お、本実施形態において、レーザ光発生から薄板4b表
面に超音波が発生するまでの動作は上記第1実施形態と
同様であるので省略する。
【0022】図2(b)に示すように、薄板4bを伝播
する超音波は、探傷面に到達する。ここで、薄板4bに
はくぼみが設けてあり、そのくぼみの凸部分から被試験
体5に超音波が伝播する。すなわち、くぼみを設けるこ
とにより接触面が限定され、その接触した凸部分のみか
らしか超音波は伝播しない。このため、パルスレーザ光
3のビーム径以下の部分に選択的に超音波を発生させる
ことが可能である。また、このくぼみの形状を変形する
ことにより、音響光学的に求めうる超音波の強度指向性
等を制御することも可能となる。
【0023】(第3実施形態)図3(a)は、本発明の
第3実施形態に係る超音波発生装置を示す斜視図、図3
(b)は、図3(a)における被試験体のA−A´断面
図である。図3(a)には示していないが、パルスレー
ザ光3を発生させるパルスレーザ光源1、ミラー2につ
いては上記第2実施形態におけるものと同一である。ま
た、発生した超音波を被試験体に伝播させる薄板とし
て、図3(b)に示すようなくぼみを持たせたもので、
かつこのくぼみがアレイ状に設けられている。
【0024】パルスレーザ光3は、薄板4cの表面に照
射され、この薄板4cに設けられた複数のくぼみの凸部
分から被試験体5に超音波が伝わる。すなわち、くぼみ
を複数設けることにより、限定された接触面が複数にな
るため、超音波の強度や指向性を容易に制御することが
可能となる。なお、上記実施形態ではパルスレーザ光を
用いたが、強度変調光を用いてもよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、薄
板上で超音波を発生させるため、レーザ光により被試験
体を損傷することなく、また、薄板伝播中に超音波が減
衰することなく、被試験体に対して垂直方向に強い超音
波を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る超音波発生装置を
示す図。
【図2】本発明の第2実施形態に係る超音波発生装置を
示す図。
【図3】本発明の第3実施形態に係る超音波発生装置を
示す図。
【図4】従来のアブレーション効果を用いた超音波発生
装置を示す図。
【図5】従来の熱弾性効果を用いた超音波発生装置を示
す図。
【符号の説明】
1 パルスレーザ光源 2 ミラー 3 パルスレーザ光 4a,4b,4c 薄板 5 被試験体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 敏文 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (56)参考文献 特開 平4−1470553(JP,A) 特開 平5−223730(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 29/00 B06B 3/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被試験体に伝播すべき超音波の波長以下の
    厚さを有し、該被試験体の表面に接触配置された薄板
    と、この薄板にパルス光又は強度変調光を照射する光照
    射手段とを具備してなり、 前記パルス光又は振幅変調光の照射によるアブレーショ
    ン効果により前記薄板に超音波を発生し、該超音波を前
    記被試験体に伝播させることを特徴とする超音波発生装
    置。
  2. 【請求項2】前記薄板は凸部を有し、前記凸部により前
    記薄板を前記被試験体に部分的に接触させた状態で前記
    超音波を伝播させることを特徴とする請求項1に記載の
    超音波発生装置。
  3. 【請求項3】前記凸部は前記薄板にアレイ状に複数設け
    られてなることを特徴とする請求項2に記載の超音波発
    生装置。
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