JPH0572183A - 超音波発生装置 - Google Patents

超音波発生装置

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Publication number
JPH0572183A
JPH0572183A JP3233612A JP23361291A JPH0572183A JP H0572183 A JPH0572183 A JP H0572183A JP 3233612 A JP3233612 A JP 3233612A JP 23361291 A JP23361291 A JP 23361291A JP H0572183 A JPH0572183 A JP H0572183A
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JP
Japan
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laser
ultrasonic
ultrasonic wave
reflector
rotation speed
Prior art date
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Pending
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JP3233612A
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English (en)
Inventor
Kenta Yoshioka
健太 吉岡
Michio Sato
道雄 佐藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0572183A publication Critical patent/JPH0572183A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、超音波探傷検査を行う際
に、発生させる超音波の伝搬方向を制御し、より確実な
探傷検査を可能とするための超音波発生装置を提供する
ことにある。 【構成】 本発明に係る超音波発生装置は、レーザ光を
発振するレーザ発振手段2と、このレーザ発振手段2か
ら発振されたレーザ光を反射する反射体28と、この反射
体28を回転させる駆動機構30と、前記反射体28の回転速
度を検出する回転速度検出手段29と、この回転速度検出
手段29からの反射体の回転速度に基づき前記駆動機構に
よって前記反射体の反射角度を制御する制御手段32とを
具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波探傷検査を行う
超音波探傷装置に使用される超音波発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】超音波で探傷検査を行う超音波探傷検査
では、近年J.D.Aussl,Ultrasonics 1988 Vol 26 Septem
ber pp.245-255で述べられている原理を用いた超音波探
傷装置を使用して探傷検査を行うことが試みられてい
る。図4に従来の超音波探傷装置の構成図を示し、以下
図面を用いて説明する。
【0003】図4において、超音波探傷装置1は主に超
音波発生装置5と探傷検出手段とから構成されている。
超音波発生装置5はレーザを発振するレーザ発振器2と
鏡3とから構成され、探傷検査を行う被検査材4にレー
ザ光を照射し超音波を発生させるように構成されてい
る。前記探傷検出手段は前記超音波発生装置5により発
生した超音波により被検査材4の欠陥等を検出するよう
に構成されている。この様な超音波探傷装置1を使用し
た探傷検査は次のように行われる。
【0004】まず、超音波発生装置5ではレーザ発振器
2からレーザパルス6が発振される。このレーザパルス
6は鏡3によって反射され、被検査材4の表面7に照射
される。このレーザパルス6の照射を受けた被検査材4
の表面7のポイント9からは超音波8が発生する。超音
波8はポイント9から放射状に伝搬される。被検査材4
の内部に欠陥10が存在する場合、発生した超音波8の一
部が欠陥10に当たって反射し、反射超音波11が発生す
る。この反射超音波11の影響により表面7は振動を生ず
る。
【0005】次に、探傷検査手段ではレーザ発振器12か
らレーザ光13が発振される。発振されたレーザ光13はレ
ンズ14a,14b により平行光線となり、ビームスプリッタ
15に到達する。レーザ光13はビームスプリッタ15により
通過するレーザ光と反射するレーザ光に分割される。こ
の分割されたレーザ光のうち通過レーザ光36は、ビーム
スプリッタ15を介してレーザ発振器12に対向して設置さ
れた鏡16により反射し、再びビームスプリッタ15に導か
れる。このレーザ光はビームスプリッタ15で再び反射し
被検査材4の対向位置に設置されたレンズ17を通過する
ことによって収束され光電変換器18に到達する。
【0006】また、ビームスプリッタ15により分割され
たもう一方のレーザ光19はビームスプリッタ15により反
射され被検査材4の表面に導かれる。この被検査材4の
表面に導かれたレーザ光19は反射して、再びビームスプ
リッタ15を通過する。このレーザ光19はレンズ17を通過
することにより収束し光電変換器18に到達する。
【0007】前述したように、被検査材4の内部に欠陥
10が存在するとき、反射超音波11によって被検査材4の
表面は振動している。このため、この影響を受けてレー
ザ光13とレーザ光19は位相が異なることになる。ここで
レーザ光13を一般的な数式で表現すると簡略的に次のa
のようになる。
【0008】
【数1】 a=Acos (Ωt+φ) ……(1) (1)式においてΩはレーザ光18の周波数であり、tは
時間、φは位相、Aは振幅である。次にレーザ光19の位
相は反射超音波11により変化しているので、この変化分
の位相をΔφとすると、レーザ光19は(1)式と同様に
次のbのようになる。
【0009】
【数2】 b=Acos (Ωt+φ+Δφ) ……(2)
【0010】光電変換器18はレーザ光15とレーザ光19の
加算を行い、この和を電気信号に変換する。したがって
光電変換器18の出力信号cは(1)式と(2)式を用い
て次のようになる。
【0011】
【数3】 ここで、光電変換器18の出力信号からは光に関する信号
が除かれるので、次の信号のみが出力される。
【0012】
【数4】
【0013】(4)式の光電変換器18からの出力はフィ
ルタ20を経由して波形表示装置21に出力される。この波
形表示装置21ではΔφが表示される。つまりΔφは反射
超音波が存在する場合にのみ表示されるので、被検査材
の内部の欠陥が検出できる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】このような超音波探傷
装置においては、超音波発生装置により発生させた超音
波は放射状に伝搬しているため、この超音波の伝搬方向
を制御することが困難であった。このため欠陥の検出の
確実性を向上する上で問題があった。また、超音波探傷
装置においては、レーザ発振器を含めて機械走査を行っ
ているため、レーザ発振器が大きく超音波発生装置の機
械走査が困難であった。
【0015】本発明は上記課題を鑑みてなされたもので
あり、超音波の伝搬方向を制御し、より確実な探傷検査
を可能とするための超音波発生装置を提供することを目
的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る超音波発生装置は、レーザ光を発振する
レーザ発振手段と、このレーザ発振手段から発振された
レーザ光を反射する反射体と、この反射体を回転させる
駆動機構と、前記反射体の回転速度を検出する回転速度
検出手段と、この回転速度検出手段からの反射体の回転
速度に基づき前記駆動機構によって前記反射体の反射角
度を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする。
【0017】また、レーザ光を発振するレーザ発振手段
と、このレーザ発振手段から発振されたレーザ光を反射
する回転可能な反射体およびこの反射体を回転させる駆
動機構および前記反射体の回転速度を検出する回転速度
検出手段を内蔵する走査可能な箱と、前記回転速度検出
手段からの反射体の回転速度に基づき前記駆動機構によ
って前記反射体の反射角度を制御する制御手段とを具備
し、前記レーザ発振手段からのレーザ光は光ファイバに
より前記箱に導光されることを特徴とする。
【0018】
【作用】この様に構成された超音波発生装置において
は、レーザ発振器から発生したレーザ光を回転制御され
た反射体により反射させ被検査材に照射していることか
ら被検査材で発生した超音波の伝搬方向を制御すること
ができる。
【0019】また、この超音波発生装置においては、光
ファイバによりレーザ光を導光しているので、レーザ光
の光路設定に制約がなくなり、かつレーザ発振器を走査
せずに被検査材にレーザ光を照射することが可能とな
る。
【0020】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
を説明する。図1に本発明の一実施例に係る超音波発生
装置の構成図を示す。なお図中、図4と同一部分には同
一符号を付し重複する部分の構成の説明は省略する。
【0021】図1において、レーザ発振器2には光ファ
イバ22の一端が接続され、この光ファイバ22の他端はケ
ース23に設けられた孔24に挿通固定されケース内部に達
している。レーザ発振器2から発振され光ファイバ22か
ら出力されたレーザパルス25の光路上にはレンズ26,レ
ンズ27および鏡28が配置されている。このレンズ26,27
はケース23内に位置固定されている。また、鏡28は回転
数検出器29と共にモータ30に接続されている。このため
鏡28は回転が可能であり、この回転数を検出することも
できる。モータ30はケース23に固定されている。このモ
ータ30はモータ駆動装置31と、また回転数検出器29は制
御装置32とそれぞれケーブルを介して接続されている。
また、モータ駆動装置31は制御装置32とケーブルで接続
されており、回転数検出器29の出力信号によってモータ
30の回転数を制御することができる。レーザ発振器2も
制御装置32とケーブルを介して接続されている。レーザ
パルス25は、鏡28によって反射され、ケース23に設けら
れた孔33を通してケース23外に導かれ、被検査材4に照
射される。
【0022】以上の様な構成の超音波発生装置の作用を
図2および図3を用いて説明する。図2は、本発明の一
実施例に係る超音波発生装置の動作を示す説明図であ
る。なお、図中、図1と同一部分には同一符号を付し重
複する部分の説明は省略する。図2において、レーザ発
振器2からレーザパルス25が一回発振されると、このレ
ーザパルス25は光ファイバ22によりケース23内に導光さ
れレンズ26,27 を介して鏡28に到達する。このとき鏡28
が鏡位置28a のときには、鏡28によって反射されたレー
ザパルスはレーザパルス光路25a を経由して被検査材4
の表面7の照射ポイント9aに照射される。
【0023】レーザ発振器2から次のレーザパルスが発
振されると、光ファイバ22によりケース23内に導光され
レンズ26,27 を介して鏡28に到達する。このとき鏡28が
1回目のレーザパルスが発振されて次のレーザパルスが
発振されるまでの間に、モータ(図示せず)により鏡位
置28a から鏡位置28b に回転移動する。したがって、次
のレーザパルスは鏡位置28b で反射され、レーザパルス
光路25b を経由するので、被検査材4の表面上において
レーザパルスの照射をうける位置は照射ポイント9bに移
動する。
【0024】ここで、鏡位置28a と鏡位置28b とのなす
角をΔα、被検査材4の照射ポイント9aと9bとの間の距
離をΔx、鏡28の回転軸から被検査材4までの距離をD
とする。鏡28の回転軸を含む直線上にレーザパルス25の
鏡位置24a への入射点が存在する場合には、ΔαとΔx
との間には次のような関係が成立する。
【0025】
【数5】 Δx=D[tan (θ+2Δα)−tan θ] ……(5)
【0026】レーザ発振器2のレーザパルス発振間隔が
一定であるならば、被検査材4の表面上に等間隔Δx、
等時間差Δtで次々とレーザパルスを照射するために
は、鏡28の回転角α(t) に応じて、その回転角速度dα
(t) /dtを次の関係式により制御する。
【0027】
【数6】
【0028】以上の方法を用いて被検査材4の表面上に
等間隔、等時間差でレーザパルスを照射した場合の被検
査材4内部における超音波の伝搬状態を表す説明図を図
3に示す。
【0029】図3において、レーザパルス(図示せず)
の被検査材4の表面に照射される位置が照射位置33a 〜
33j であり、レーザパルス照射位置から発生した超音波
パルスにより形成された超音波ビームの波面が波面34,3
5 である。また、被検査材4表面上で互いに隣合った照
射位置間(例えば照射位置33a と33b 、33b と33c 等)
の距離はすべてΔxである。
【0030】レーザパルスは図3において、左端の照射
位置33a に最初に照射され、次に時間Δt経過後に照射
位置33a の右隣の照射位置33b に照射される。その後、
各照射位置33c,33d,33e,…には、その左隣の照射位置に
レーザパルスが照射されてから時間Δt経過した後にレ
ーザパルスが照射される。この各照射位置から発生した
超音波パルスの波面は一定方向でのみ強められて超音波
ビームを形成し伝搬される。
【0031】図3に示される波面34は照射位置33f にレ
ーザパルスが照射された直後の超音波ビームの波面であ
る。また同様に波面35は、すべての照射位置、つまり照
射位置33a 〜33j にレーザパルスが照射された後、ある
程度時間が経過したときの超音波ビームの波面である。
いま、個々の超音波パルスの伝搬速度をVとすれば、超
音波ビームの伝搬方向ψは次のようになる。
【0032】
【数7】 このように各照射位置の間隔Δxおよび各照射位置にお
けるレーザパルスの照射時間差Δtを制御することによ
り、超音波ビームの伝搬方向が制御できる。
【0033】上述のように伝搬方向を制御された超音波
は、被検査材内部で斜角方向に伝搬することができ、こ
の方向に欠陥が存在する場合に反射され、反射超音波が
発生する。この反射超音波は図4に示す従来の超音波探
傷装置における探傷検出手段の原理を用いて検出するこ
とができる。
【0034】以上の様に構成された超音波発生装置にお
いては、非接触で被検査材内部に超音波を発生させ、か
つこの超音波の伝搬方向を制御することができるため、
探傷検査を行う際、目的とする方向に対してより正確に
検査が可能となる。
【0035】また、レーザ光の光路を制御する光学部品
等をケース内に内蔵し、屈曲性のある光ファイバを用い
てレーザ光を導光しているので、レーザ光の光路設定に
制約がなくなる。さらに超音波発生装置の機械的走査を
行う際にレーザ発振器を走査させる必要がなくなる。こ
のため、超音波発生器を容易に自動化することができ、
非接触で超音波探傷検査を実施することができる。
【0036】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、非接触
で被検査材内部に超音波を発生させ、かつこの超音波の
伝搬方向を制御ができるようになり、これにより探傷検
査を行う際、目的とする方向に対して検査を可能にする
ことができる。
【0037】また、レーザ光の光路を制御する制御部に
レーザ発振器から光ファイバによりレーザ光を導光して
いるためレーザ光の光路設定に制約がなくなり、さらに
超音波発生装置の機械的走査を行う際にレーザ発振器を
走査させる必要がなくなる。このため、超音波発生器を
容易に自動化することができ、非接触で超音波探傷検査
を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る超音波発生装置を示す
構成図。
【図2】本発明の一実施例に係る超音波発生装置の動作
説明図。
【図3】本発明の一実施例に係る超音波発生装置を使用
したときの被検査材内部における超音波の伝搬状態説明
図。
【図4】従来の超音波探傷装置を示す構成図。
【符号の説明】
1…超音波探傷装置 2,12…レーザ発振器
3,16,28…鏡 4…被検査材 5…超音波発生装置
6,22…レーザパルス 7…被検査材表面 8…超音波 9
…ポイント 10…欠陥 11…反射超音波 12
…レーザ発振器 13, 19, 39…レーザ光 14, 17, 26, 27…レンズ 15
…ビームスプリッタ 18…光電変換器 20…フィルタ 21
…波形表示装置 22…光ファイバ 23…ケース 24
…穴 29…回転数検出器 30…モータ 31
…モータ駆動装置 32…制御装置 33…照射位置 3
4, 35…波面

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を発振するレーザ発振手段と、
    このレーザ発振手段から発振されたレーザ光を反射する
    反射体と、この反射体を回転させる駆動機構と、前記反
    射体の回転速度を検出する回転速度検出手段と、この回
    転速度検出手段からの反射体の回転速度に基づき前記駆
    動機構によって前記反射体の反射角度を制御する制御手
    段とを具備したことを特徴とする超音波発生装置。
  2. 【請求項2】 レーザ光を発振するレーザ発振手段と、
    このレーザ発振手段から発振されたレーザ光を反射する
    回転可能な反射体およびこの反射体を回転させる駆動機
    構および前記反射体の回転速度を検出する回転速度検出
    手段を内蔵する走査可能な箱と、前記回転速度検出手段
    からの反射体の回転速度に基づき前記駆動機構によって
    前記反射体の反射角度を制御する制御手段とを具備し、
    前記レーザ発振手段からのレーザ光は光ファイバにより
    前記箱に導光されることを特徴とする超音波発生装置。
JP3233612A 1991-09-13 1991-09-13 超音波発生装置 Pending JPH0572183A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006343725A (ja) * 2005-05-13 2006-12-21 Mitsubishi Electric Corp 音響導波路装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006343725A (ja) * 2005-05-13 2006-12-21 Mitsubishi Electric Corp 音響導波路装置

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