JPH0291561A - 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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- JPH0291561A JPH0291561A JP63242600A JP24260088A JPH0291561A JP H0291561 A JPH0291561 A JP H0291561A JP 63242600 A JP63242600 A JP 63242600A JP 24260088 A JP24260088 A JP 24260088A JP H0291561 A JPH0291561 A JP H0291561A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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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。
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もある。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。
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もある。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。
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、超音波を線状に集
束させる音響レンズと、この音響レンズに接着されて入
力された超音波を縦波にする圧電基板とからなる変換部
と、被検査体を透過した後の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
、この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、この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に特
徴がある。
束させる音響レンズと、この音響レンズに接着されて入
力された超音波を縦波にする圧電基板とからなる変換部
と、被検査体を透過した後の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
、この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、この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に特
徴がある。
（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。
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。
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
の超音波は疎密波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。
の超音波は疎密波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太き（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次の回折光強度工、は入射
光強度を１とすると、 １、＝Ｊ、、Ｉ２（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。１．ａは適当なり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。
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次の回折光強度工、は入射
光強度を１とすると、 １、＝Ｊ、、Ｉ２（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。１．ａは適当なり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。
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、１０Ｘ ＩＯＸ 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（９，６
ＭＨｚ）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。
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、１０Ｘ ＩＯＸ 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（９，６
ＭＨｚ）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、ん＝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。
、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、ん＝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。同図かられかるように、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。
を示す図である。同図かられかるように、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。
同図かられかるように、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）のの細（絞られて
おり、分解能の向上が期待できる。
、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）のの細（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次回折光にょる撮像結果が第６図であ
る。エッチ幅は３００μｍ、されていない部分の幅は１
００μｍ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次回折光にょる撮像結果が第６図であ
る。エッチ幅は３００μｍ、されていない部分の幅は１
００μｍ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、超音波による光
の回折現象を用いることによって物質内部の１次元の弾
性的分布を検出し、撮像化が可能となり、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。
の回折現象を用いることによって物質内部の１次元の弾
性的分布を検出し、撮像化が可能となり、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)
- （１）被検査体に超音波を照射し、被検査体を通過した
超音波の進行方向に垂直に光を入射させ、該光は超音波
によって回折現象を生じ、該回折光の光強度を測定し、
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
性的分布を得ることを特徴とする超音波非破壊検査方法
。 - （２）超音波を線状に集束させる音響レンズと、該音響
レンズに接着されて入力された超音波を縦波にする圧電
基板とからなる変換部と、 被検査体を透過した後の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 true JPH0291561A (ja) | 1990-03-30 |
| JP2718091B2 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) |
Cited By (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 |
Citations (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
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62170837A (ja) * | 1986-01-24 | 1987-07-27 | Hitachi Ltd | 光音響装置 |
Cited By (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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2718091B2 (ja) | 1998-02-25 |
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