JP6999234B2 - Ultrasonography equipment - Google Patents
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Description
本発明は、超音波検査装置に関し、より詳しくは、媒質中に存在する被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic inspection device, and more particularly to an ultrasonic inspection device that visualizes an object to be measured existing in a medium.
従来、超音波を出射する超音波送信手段と、レーザ光を照射及び入射する光ファイバとを備え、前記超音波送信手段から出射された超音波の被測定対象物による反射波(受信信号)を前記光ファイバを介して受信し、受信信号を解析することにより被測定対象物の画像化を行う超音波検査装置が公知となっている(例えば、下記特許文献1,2参照)。 Conventionally, an ultrasonic transmission means for emitting ultrasonic waves and an optical fiber for irradiating and incident laser light are provided, and a reflected wave (received signal) of the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic transmission means by an object to be measured is obtained. An ultrasonic inspection device that receives an image via the optical fiber and analyzes the received signal to image the object to be measured is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2 below).
しかしながら、上述した従来の技術にあっては、例えば図9に示すように被測定対象物からの反射波62の一部65,66が、センサ本体01の内部及び受信面02を伝播して受信点Pに到達することによって本来の受信信号(実信号)のノイズとなり、被測定対象物を画像化する際に画像の劣化要因になるという問題があった。また、一つの送信センサに対し複数の受信センサを設けて開口合成処理により画像化を行う場合、受信感度を向上させるためには多数の受信センサを設ける必要があり、受信センサの高密度配置を要して装置のコスト増加につながるという問題もあった。
However, in the above-mentioned conventional technique, for example, as shown in FIG. 9, a
これに対し、センサ本体01と受信面02との間にフッ素ゴム等からなる伝播防止板(図示せず)を設け、反射波62の大部分を音響インピーダンスの違いにより反射させて反射波62がセンサ本体01の内部を伝播することを抑制するようにしたものも公知となっている(例えば、下記特許文献3参照)。
On the other hand, a propagation prevention plate (not shown) made of fluororubber or the like is provided between the
ところが、上記特許文献3に記載された発明は、常温環境下においては優れた超音波減衰効果が得られる一方、環境条件により超音波減衰効果が変化し、とくに高温環境下においては常温環境下に比較して超音波減衰効果が低減して、例えば不透明な液体ナトリウムを冷却材とする高速炉において、運転停止中に高温(200℃)の液体ナトリウムが容器等にある状態で、この容器内の内部構造を画像化しようとした場合等には、常温環境下と同等の超音波減衰効果を得ることが難しいという問題があった。 However, while the invention described in Patent Document 3 can obtain an excellent ultrasonic damping effect in a normal temperature environment, the ultrasonic damping effect changes depending on the environmental conditions, and particularly in a high temperature environment, the ultrasonic damping effect changes in a normal temperature environment. The ultrasonic attenuation effect is reduced in comparison, for example, in a high-speed furnace using opaque liquid sodium as a cooling material, in a state where high-temperature (200 ° C.) liquid sodium is in the container or the like while the operation is stopped, the inside of the container is in the state of being in the container or the like. When trying to image the internal structure, there is a problem that it is difficult to obtain the same ultrasonic attenuation effect as in a normal temperature environment.
このようなことから本発明は、環境条件によらずに、受信信号に重畳されるノイズを低減し、画像化における視認性を向上させることを可能とした超音波検査装置を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide an ultrasonic inspection apparatus capable of reducing noise superimposed on a received signal and improving visibility in imaging regardless of environmental conditions. And.
上記の課題を解決するための第1の発明に係る超音波検査装置は、
媒質中に存在する被測定対象物に対して超音波を送信する送信センサと、
貫通孔を有する支持体、並びに前記貫通孔及び前記支持体の表面を覆う金属膜体を有する受信センサとを備え、
前記被測定対象物によって反射された前記超音波の反射波による前記金属膜体の振動を解析して前記被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置であって、
前記支持体の全部又は一部が磁石からなるとともに、
前記金属膜体が強磁性体からなり、
前記金属膜体が磁力により前記支持体に吸着されている
ことを特徴とする。
The ultrasonic inspection apparatus according to the first invention for solving the above problems is
A transmission sensor that transmits ultrasonic waves to the object to be measured existing in the medium,
A support having a through hole and a receiving sensor having a metal film body covering the through hole and the surface of the support are provided.
An ultrasonic inspection device that analyzes the vibration of the metal film body due to the reflected wave of the ultrasonic wave reflected by the object to be measured and visualizes the object to be measured.
All or part of the support consists of magnets and
The metal film body is made of a ferromagnetic material.
It is characterized in that the metal film body is attracted to the support by a magnetic force.
また、第2の発明に係る超音波検査装置は、第1の発明に係る超音波検査装置において、
前記支持体の全部が板状に形成された前記磁石により構成されている
ことを特徴とする。
Further, the ultrasonic inspection apparatus according to the second invention is the ultrasonic inspection apparatus according to the first invention.
It is characterized in that the entire support is composed of the magnet formed in a plate shape.
また、第3の発明に係る超音波検査装置は、第1の発明に係る超音波検査装置において、
前記支持体が、強磁性体からなり前記貫通孔を有する金属材と、前記金属材に当接されて当該金属材に磁力を付与する前記磁石とから構成され、
前記金属膜体が磁力により前記金属材に吸着されている
ことを特徴とする。
Further, the ultrasonic inspection apparatus according to the third invention is the ultrasonic inspection apparatus according to the first invention.
The support is composed of a metal material which is made of a ferromagnet and has a through hole, and a magnet which is in contact with the metal material and applies a magnetic force to the metal material.
The metal film body is characterized by being adsorbed on the metal material by a magnetic force.
また、第4の発明に係る超音波検査装置は、第3の発明に係る超音波検査装置において、
前記磁石が前記金属膜体の外周縁に沿う枠状に形成されている
ことを特徴とする。
Further, the ultrasonic inspection apparatus according to the fourth invention is the ultrasonic inspection apparatus according to the third invention.
The magnet is characterized in that it is formed in a frame shape along the outer peripheral edge of the metal film body.
上述した本発明に係る超音波検査装置によれば、環境条件によらずに受信信号に重畳されるノイズを低減し、相対的に受信信号の信号強度を向上させることができる。これにより、高温環境下であっても、画像処理により被測定対象物を可視化した際の視認性を向上させることができる。また、高温環境下であっても、一つの送信センサに対し複数の受信センサを備えて開口合成処理により被測定対象物の可視化を行う場合、有効受信点数を低減しても従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。 According to the ultrasonic inspection apparatus according to the present invention described above, it is possible to reduce noise superimposed on the received signal regardless of environmental conditions and relatively improve the signal strength of the received signal. This makes it possible to improve the visibility when the object to be measured is visualized by image processing even in a high temperature environment. Further, even in a high temperature environment, when a plurality of receiving sensors are provided for one transmitting sensor and the object to be measured is visualized by aperture synthesis processing, the conventional ultrasonic inspection is performed even if the number of effective receiving points is reduced. Since the same visibility as the device can be ensured, the manufacturing cost can be reduced by reducing the number of receiving sensors.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る超音波検査装置の詳細を説明する。 Hereinafter, the details of the ultrasonic inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1から図6Bを用いて本発明の実施例1に係る超音波検査装置について説明する。
図1に示すように、本実施例に係る超音波検査装置は、送信センサ11及び受信センサ12を有するセンサ部10と、光信号を電気信号に変換する光学処理部20と、光学処理部20から入力される電気信号に基づき開口合成処理(画像処理)を行って被測定対象物50(図2参照)を画像化する可視化部(例えば、モニタ等)30とを備えている。
なお、光学処理部20、可視化部30の構成は既知のものと同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
The ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6B.
As shown in FIG. 1, the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment includes a
The configurations of the
図1及び図2に示すように、本実施例において送信センサ11は、枠状の筐体13の内部に複数(例えば、9個)設けられ、後述する支持体としてのバックアッププレート14に形成された送信センサ用貫通孔に、相互に一定間隔で離間するように二次元的かつ間欠的に配設され固定されている。この送信センサ11は例えば圧電素子からなり、被測定対象物50に対して超音波を出射する。
なお、図2中の符号40は媒質(例えば、不透明な液体ナトリウム等)である。
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality (for example, 9)
また、受信センサ12は多数(例えば、約2500個)の貫通孔(以下、受信センサ用貫通孔という)14cを有して前記筺体13の開口部を覆うバックアッププレート14と、当該バックアッププレート14の表面及び受信センサ用貫通孔14cを覆うダイヤフラム(金属膜体)16とを備えている。
Further, the
本実施例においてバックアッププレート14は、板状に形成された磁石(例えば、キュリー温度が200℃を超えるネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等)から構成され、筺体13の内周面に固定されている。受信センサ用貫通孔14cは各送信センサ11の周囲に相互に一定間隔で離間するように二次元的にそれぞれ複数配列されている。
In this embodiment, the
また、ダイヤフラム16は例えばニッケル等の強磁性体を材料とする金属箔により形成されている。当該ダイヤフラム16の送信センサ11に対向する部分は開口しており、これにより、送信センサ11の送信面は露出した状態となっている。ダイヤフラム16は、その外周縁のみが筺体13に溶接され、他の部分はバックアッププレート14に磁力により吸着されている。
Further, the
また、図3及び図4に示すように、バックアッププレート14の受信センサ用貫通孔14cには、それぞれ光ファイバ15がダイヤフラム16とは非接触に固定されており、光ファイバ15の先端がダイヤフラム16によって非接触に覆われた状態となっている。より具体的には、図4に示すように光ファイバ15はその先端がバックアッププレート14のダイヤフラム16側の面より内側(ダイヤフラム16とは反対側)に位置付けられるようにフェルール17を介してバックアッププレート14に固定されている。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the
これにより、ダイヤフラム16は、図3に破線で示すように、受信センサ用貫通孔14cを覆う部分が、送信センサ11(図1,2参照)から出射された超音波61の、被測定対象物50によって反射された反射波62により振動することができるようになっている。
As a result, as shown by the broken line in FIG. 3, in the
また、受信センサ12では、光ファイバ15を介してダイヤフラム16に対しレーザ光(以下、検査用レーザ光という)63が照射され、検査用レーザ光63のダイヤフラム16によって反射された反射レーザ光64が光ファイバ15に入射されるようになっている。すなわち、受信センサ12は、ダイヤフラム16の振動を反射レーザ光64の検査用レーザ光63に対する変調として捉え、これを受信信号(パルス)として受信するように構成されている。
Further, in the receiving
なお、図3及び図4では、光ファイバ15とダイヤフラム16との関係を分かり易くするため、光ファイバ15とダイヤフラム16との間の距離を誇張して示している。また、図2,4に示すバックアッププレート14の厚さは一例であって、必要に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。
In addition, in FIGS. 3 and 4, in order to make it easy to understand the relationship between the
以下に、本実施例に係る超音波検査装置による作用効果を説明する。
図3に示すように、送信センサ11(図1,2参照)から出射された超音波61は、被測定対象物50によって反射され、反射波62としてセンサ部10(図1,2参照)に戻ってくる。一方、光ファイバ15から照射された検査用レーザ光63は、上述したようにダイヤフラム16によって反射され、反射レーザ光(受信信号)64として光ファイバ15に入射する。
The effects of the ultrasonic inspection device according to this embodiment will be described below.
As shown in FIG. 3, the
ここで、送信センサ11から出射され被測定対象物50によって反射された反射波62がダイヤフラム16に到達すると、上述したようにダイヤフラム16が振動し、これによりダイヤフラム16によって反射された反射レーザ光64が検査用レーザ光63に比較して変調される。
Here, when the reflected
本実施例の超音波検査装置では、この受信センサ12によって得られた検査用レーザ光63と反射レーザ光64との間の光の変調を光学処理部20において電気信号に変換し、可視化部30によって開口合成処理することにより、被測定対象物50の形状を画像化する。
In the ultrasonic inspection apparatus of this embodiment, the light modulation between the
次に、図5Aから図6Bを用いて、本実施例に係る超音波検査装置による受信超音波波形と、従来のフッ素ゴムからなる伝搬防止板を採用した超音波検査装置による受信超音波波形とを比較した結果について説明する。 Next, using FIGS. 5A to 6B, the received ultrasonic waveform by the ultrasonic inspection device according to the present embodiment and the received ultrasonic waveform by the ultrasonic inspection device adopting the propagation prevention plate made of conventional fluororubber. The results of the comparison will be described.
まず、図5Aに示すように、本実施例に係る超音波検査装置では、高温環境下(具体的には、200℃の液体ナトリウム中)において受信信号とノイズとの信号レベルの比率が約±110(mV):±25(mV)、換言すると、受信信号に対するノイズの信号レベルが0.23程度であるのに対し、図5Bに示すように、従来のフッ素ゴム等からなる伝搬防止板を設けたものでは、高温環境下において受信信号とノイズとの信号レベルの比率が約±40(mV):±20(mV)、換言すると、受信信号に対するノイズの信号レベルが0.5程度であり、本実施例の超音波検査装置では、高温環境下において、従来のものに比較して受信信号に対するノイズの信号レベルが大幅に低減していることが分かる。 First, as shown in FIG. 5A, in the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment, the ratio of the signal level between the received signal and the noise is about ± in a high temperature environment (specifically, in liquid sodium at 200 ° C.). 110 (mV): ± 25 (mV), in other words, the signal level of noise with respect to the received signal is about 0.23, whereas as shown in FIG. 5B, a propagation prevention plate made of conventional fluororubber or the like is used. In the provided one, the ratio of the signal level of the received signal and the noise is about ± 40 (mV): ± 20 (mV) in a high temperature environment, in other words, the signal level of the noise with respect to the received signal is about 0.5. It can be seen that in the ultrasonic inspection apparatus of this embodiment, the signal level of noise with respect to the received signal is significantly reduced as compared with the conventional one in a high temperature environment.
また、図6Aに示すように、本実施例に係る超音波検査装置では、常温環境下(具体的には、20℃の水中)において受信信号とノイズとの信号レベルの比率が約±80(mV):±20(mV)、換言すると、受信信号に対するノイズの信号レベルが0.25程度であるのに対し、図6Bに示すように、従来のフッ素ゴム等からなる伝搬防止板を設けたものでは常温環境下において受信信号とノイズとの信号レベルの比率が約±70(mV):±15(mV)、換言すると、受信信号に対するノイズの信号レベルが0.21程度であり、本実施例の超音波検査装置が、常温環境下において、従来のものに比較して同等の性能を有し、受信信号に対するノイズの信号レベルを十分に抑制できていることが分かる。 Further, as shown in FIG. 6A, in the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment, the ratio of the signal level between the received signal and the noise is about ± 80 (specifically, in water at 20 ° C.). mV): ± 20 (mV), in other words, the signal level of noise with respect to the received signal is about 0.25, whereas as shown in FIG. 6B, a propagation prevention plate made of conventional fluororubber or the like is provided. In a normal temperature environment, the ratio of the signal level of the received signal to the noise is about ± 70 (mV): ± 15 (mV), in other words, the signal level of the noise with respect to the received signal is about 0.21. It can be seen that the ultrasonic inspection device of the example has the same performance as the conventional one in a normal temperature environment, and can sufficiently suppress the signal level of noise with respect to the received signal.
すなわち、本実施例に係る超音波検査装置では、バックアッププレート14を磁石により形成し、ダイヤフラム16を磁力によりバックアッププレート14に吸着させるように構成したことにより、バックアッププレート14とダイヤフラム16とを接着により固定する場合に比較して、バックアッププレート14とダイヤフラム16との実質的な接触面積を小さくすることができる。このため、図9に示し上述したような従来の超音波検査装置に比較して、被測定対象物50によって反射された反射波62に対し、バックアッププレート14の内部に入射する一部の反射波65を低減し、この一部の反射波65が本来の受信信号のノイズとなることを抑制することができる。
さらに、磁石の吸着力によるダンパ効果によりダイヤフラム16の振動を抑制することが可能となり、図9に示し上述したような従来の超音波検査装置に比較して、ダイヤフラム16(即ち、受信面)の表面を伝播する一部の反射波66がノイズとして本来の受信信号に影響することも低減できる。
That is, in the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment, the
Further, the vibration of the
このようにして、本実施例に係る超音波検査装置では、常温環境下においては従来の性能を維持しつつ、高温環境下においては従来に比較して受信信号に対するノイズの信号レベルを低減させる(信号強度を向上させる)ことができ、高温環境下であっても一部の超音波65がバックアッププレート14の内部で反射されてダイヤフラム16に到達することを抑制することができ、受信信号に重畳するノイズを低減して相対的に受信信号の信号強度を向上させることが可能となり、可視化された画像の視認性を向上させることができる。また、高温環境下において、有効受信点数を低減しても可視化された画像について従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。
In this way, the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment maintains the conventional performance in a normal temperature environment, and reduces the signal level of noise with respect to the received signal in a high temperature environment as compared with the conventional one. It is possible to improve the signal strength), and even in a high temperature environment, it is possible to suppress that some
なお、上述した実施例においては、センサ部10の構成として、送信センサ11と受信センサ12とを一体的に備えた例を示したが、送信センサ11と受信センサ12とは一体的に設けられる必要はなく、超音波を出射する送信センサと、被測定対象物により反射された反射波を受信する受信センサとを備える装置であれば適用することが可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。これは以下に示す実施例においても同様である。
In the above-described embodiment, an example in which the
また、上述した実施例においては、複数の送信センサ11を二次元的に配置するとともに、この送信センサ11の周囲に受信センサ用貫通孔14cを二次元的に配置する例を示したが、送信センサ11は一つであってもよく、また、送信センサ11及び受信センサ用貫通孔14cの配置は一次元的であってもよく、必要に応じて配置すればよい。
Further, in the above-described embodiment, an example in which a plurality of
また、上述した実施例においては、ダイヤフラム16の振動を検知する手段として光ファイバ15を介して伝送されるレーザ光を利用する例を示したが、ダイヤフラム16の振動を検知する手段としては、例えば振動子等、他の手段を用いることができる。
Further, in the above-described embodiment, an example of using the laser beam transmitted via the
図7及び図8を用いて本発明の実施例2に係る超音波検査装置について説明する。
本実施例に係る超音波検査装置は、図1から図4に示し上述した実施例1の構成に対し、バックアッププレートの構成が異なるものである。その他の構成は、上述した実施例1と概ね同様であり、以下、実施例1と異なる構成のみ説明し、実施例1と同様の構成については詳細な説明は省略する。
The ultrasonic inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
The ultrasonic inspection apparatus according to this embodiment has a backup plate configuration different from that of the above-described first embodiment shown in FIGS. 1 to 4. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment described above. Hereinafter, only the configurations different from the first embodiment will be described, and detailed description of the same configurations as the first embodiment will be omitted.
図7及び図8に示すように、本実施例は、図1から図4に示し上述したバックアッププレート14に代えて、支持体として、強磁性体からなる金属材71と、バックアッププレート14と同様の材料からなる磁石72とを採用するものである。
As shown in FIGS. 7 and 8, in this embodiment, instead of the
金属材71は、板状に形成されてフェルール17を挿通する多数の受信センサ用貫通孔71cを有し、筺体13の開口部を覆っており、この金属材71の表面及び受信センサ用貫通孔71cがダイヤフラム16によって覆われている。金属材71は筺体13に固定され、ダイヤフラム16は、外周縁のみが溶接により金属材71に固着されている。
The
また、磁石72は、ダイヤフラム16の外周縁に沿って(より詳細には、筺体13の内周面に沿って)枠状に形成され、金属材71の裏面(ダイヤフラム16によって覆われる面とは反対側の面)に当接されるとともに、筺体13に固定されている。
Further, the
このように構成されることにより、本実施例の超音波検査装置では、筺体13の開口部を覆う金属材71に磁石72を当接させて金属材71に磁力を付与し、磁力によって金属材71にダイヤフラム16を吸着させることができる。
With this configuration, in the ultrasonic inspection apparatus of this embodiment, the
従って、本実施例に係る超音波検査装置においても、筺体13の開口部を覆う金属材71にダイヤフラム16を磁力により吸着させることで、金属材71にダイヤフラム16を接着して固定する場合に比較して、金属材71とダイヤフラム16との実質的な接触面積を小さくすることができ、これにより上述した実施例1と同等の作用効果を得ることができる。
Therefore, also in the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment, the case where the
なお、図7及び図8に示す金属材71及び磁石72の形状(厚さや幅等)は一例であって、必要に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。また、磁石72は、金属材71に磁力を付与することができればよく、必ずしも枠状である必要はない。
Needless to say, the shapes (thickness, width, etc.) of the
本発明は、媒質中に存在する被測定対象物を、離隔した位置から可視化する超音波検査装置に適用して好適なものである。
利用の例としては、不透明な液体ナトリウムを冷却材とする高速炉において、運転停止中に高温(200℃)の液体ナトリウムが容器等にある状態で、容器内の液体ナトリウム中に挿入されて内部構造等の状態を可視化するために用いられる超音波検出装置に適している。
The present invention is suitable for application to an ultrasonic inspection device that visualizes an object to be measured existing in a medium from a separated position.
As an example of use, in a high-speed furnace using opaque liquid sodium as a coolant, high-temperature (200 ° C) liquid sodium is inserted into the liquid sodium in the container while the operation is stopped and inside. It is suitable for an ultrasonic detection device used to visualize the state of a structure or the like.
01 センサ本体
02 受信面
10 センサ部
11 送信センサ
12 受信センサ
13 筺体
14 バックアッププレート(磁石)
14c 受信センサ用貫通孔
15 光ファイバ
16 ダイヤフラム
17 フェルール
20 光学処理部
30 可視化部
40 媒質
50 被測定対象物
61 超音波
62 反射波
63 検査用レーザ光
64 反射レーザ光
65 一部の反射波
66 一部の反射波
71 金属材
71c 受信センサ用貫通孔
72 磁石
01
14c Through hole for receiving
Claims (4)
貫通孔を有する板状の支持体、並びに前記貫通孔及び前記支持体の表面を覆う金属膜体を有する受信センサと、
前記送信センサと前記受信センサとを収容する筐体と、
を備え、
前記被測定対象物によって反射された前記超音波の反射波による前記金属膜体の振動を解析して前記被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置であって、
前記支持体における前記金属膜体と接する側の面の全部が磁力を発生するとともに、
前記金属膜体が強磁性体からなり、
前記金属膜体の外周縁が前記筐体に溶接され、前記外周縁以外の部分が前記磁力により前記支持体に吸着されている
ことを特徴とする超音波検査装置。 A transmission sensor that transmits ultrasonic waves to the object to be measured existing in the medium,
A plate-shaped support having a through hole, and a receiving sensor having a metal film body covering the through hole and the surface of the support.
A housing that houses the transmission sensor and the reception sensor,
Equipped with
An ultrasonic inspection device that analyzes the vibration of the metal film body due to the reflected wave of the ultrasonic wave reflected by the object to be measured and visualizes the object to be measured.
All of the surfaces of the support on the side in contact with the metal film body generate a magnetic force, and at the same time,
The metal film body is made of a ferromagnetic material.
An ultrasonic inspection apparatus characterized in that an outer peripheral edge of the metal film body is welded to the housing, and a portion other than the outer peripheral edge is attracted to the support by the magnetic force.
The ultrasonic inspection apparatus according to claim 3, wherein the magnet is formed in a frame shape along the outer peripheral edge of the metal film body.
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