JPH0658348B2 - 超音波の振動モ−ド判定装置 - Google Patents
超音波の振動モ−ド判定装置Info
- Publication number
- JPH0658348B2 JPH0658348B2 JP61202051A JP20205186A JPH0658348B2 JP H0658348 B2 JPH0658348 B2 JP H0658348B2 JP 61202051 A JP61202051 A JP 61202051A JP 20205186 A JP20205186 A JP 20205186A JP H0658348 B2 JPH0658348 B2 JP H0658348B2
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- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被検査材に可干渉光を照射して被検査材の表
面に伝播してくる超音波の振動モードが縦波であるか横
波であるかを判定する装置に関し、超音波を用いて、例
えば被検査材の内部欠陥を非破壊的に検査し、または被
検査材の厚みを非破壊的に計測する場合に利用される。
面に伝播してくる超音波の振動モードが縦波であるか横
波であるかを判定する装置に関し、超音波を用いて、例
えば被検査材の内部欠陥を非破壊的に検査し、または被
検査材の厚みを非破壊的に計測する場合に利用される。
鋼材等の被検査材に対してレーザ光等の可干渉光を瞬間
的に照射し、照射部に熱衝撃を与えて被検査材に超音波
を発生させ、またレーザ光を用いて超音波を検出し被検
査材の探傷に用いる非接触式超音波探傷装置が、特開昭
60−6860号に開示されている。
的に照射し、照射部に熱衝撃を与えて被検査材に超音波
を発生させ、またレーザ光を用いて超音波を検出し被検
査材の探傷に用いる非接触式超音波探傷装置が、特開昭
60−6860号に開示されている。
第８図はこの特開昭60−6860号に開示された非接触式超
音波探傷装置の検出側の構成を示す模式図であり、図中
１は内部欠陥を検出すべき被検査材を表す。被検査材１
上方には被検査材１から適長離隔して、レーザ光を発生
するレーザ光源11、被検査材１の表面に可干渉光を照射
するレーザ光源２、被検査材１の表面から反射するレー
ザ光を受光する光検出器３が設けられている。レーザ光
源２を出射したレーザ光はその一部が、レーザ光の光軸
に45゜傾斜して設けられたハーフミラー４で反射され、
経路Ａを通り光検出器３に入射する。一方、ハーフミラ
ー４を透過したレーザ光は被検査材１の表面で反射し、
経路Ｂを通り光検出器３に入射する。その後レーザ光源
11により高出力のレーザ光を被検査材１の表面に瞬間的
に照射させると、被検査材１の表面で超音波が発生す
る。そして該超音波は被検査材１内部を伝播（経路Ｄ）
していく。
音波探傷装置の検出側の構成を示す模式図であり、図中
１は内部欠陥を検出すべき被検査材を表す。被検査材１
上方には被検査材１から適長離隔して、レーザ光を発生
するレーザ光源11、被検査材１の表面に可干渉光を照射
するレーザ光源２、被検査材１の表面から反射するレー
ザ光を受光する光検出器３が設けられている。レーザ光
源２を出射したレーザ光はその一部が、レーザ光の光軸
に45゜傾斜して設けられたハーフミラー４で反射され、
経路Ａを通り光検出器３に入射する。一方、ハーフミラ
ー４を透過したレーザ光は被検査材１の表面で反射し、
経路Ｂを通り光検出器３に入射する。その後レーザ光源
11により高出力のレーザ光を被検査材１の表面に瞬間的
に照射させると、被検査材１の表面で超音波が発生す
る。そして該超音波は被検査材１内部を伝播（経路Ｄ）
していく。
被検査材１の内部欠陥５で反射された超音波が被検査材
１の表面に到達すると、被検査材１の表面が振動して破
線1aで示すように変位する。するとレーザ光は変位した
表面1aで反射し、経路Ｃを通り光検出器３に入射する。
１の表面に到達すると、被検査材１の表面が振動して破
線1aで示すように変位する。するとレーザ光は変位した
表面1aで反射し、経路Ｃを通り光検出器３に入射する。
そして光検出器３にて測定する経路Ａを通る光と経路Ｂ
またはＣを通る光との干渉光の強度は被検査材１の表面
位置の変位に対応して変化するので、光検出器３にて検
出する干渉光の光強度に基づき、超音波による被検査材
１の表面振動の状態を検出できる、また、レーザ光照射
の振動時点から欠陥による反射波に伴う振動が発生する
時点までの時間は、内部欠陥５の深さ位置に支配される
ので、干渉光の光強度の時間的変化に基づき被検査材１
の内部欠陥５の位置を検出できる。
またはＣを通る光との干渉光の強度は被検査材１の表面
位置の変位に対応して変化するので、光検出器３にて検
出する干渉光の光強度に基づき、超音波による被検査材
１の表面振動の状態を検出できる、また、レーザ光照射
の振動時点から欠陥による反射波に伴う振動が発生する
時点までの時間は、内部欠陥５の深さ位置に支配される
ので、干渉光の光強度の時間的変化に基づき被検査材１
の内部欠陥５の位置を検出できる。
上述した非接触式超音波探傷装置では、内部欠陥を検出
できるが、発生する超音波の振動モードを判定できず、
例えば横波及び縦波にて夫々検出される２種の内部欠陥
があった場合、どちらの内部欠陥について検出している
のかが不明になることがあるという問題点があった。
できるが、発生する超音波の振動モードを判定できず、
例えば横波及び縦波にて夫々検出される２種の内部欠陥
があった場合、どちらの内部欠陥について検出している
のかが不明になることがあるという問題点があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、可干
渉光を被検査材に照射して被検査材に生ぜしめ、これの
表面に伝播して来る超音波の振動モードの縦波，横波の
別が判定でき超音波を応用した探傷装置または計測装置
において、高精度の探傷または計測が可能となる超音波
の振動モード判定装置を提供することを目的とする。
渉光を被検査材に照射して被検査材に生ぜしめ、これの
表面に伝播して来る超音波の振動モードの縦波，横波の
別が判定でき超音波を応用した探傷装置または計測装置
において、高精度の探傷または計測が可能となる超音波
の振動モード判定装置を提供することを目的とする。
本発明に係る超音波の振動モード判定装置は、被検査材
に第１の可干渉光を照射することにより、該被検査材に
非接触で発生させた超音波の振動モードを第２の可干渉
光を照射することによって判定する装置であって、第２
の可干渉光及び第２の可干渉光を被検査材での反射光を
検出する複数の光検出器と、該複数の光検出器にて得ら
れる光の位相関係を検波する位相検波器と、該位相検波
器によって検波した位相関係が同相であるか、位相差を
有するかに基づき前記超音波の振動モードの縦波・横波
の別を判定する振動モード判定器とを具備し、前記複数
の光検出器は、被検査材の表面で超音波による振動を生
じている領域の異なる位置からの反射光を検出すべく位
置させてある。
に第１の可干渉光を照射することにより、該被検査材に
非接触で発生させた超音波の振動モードを第２の可干渉
光を照射することによって判定する装置であって、第２
の可干渉光及び第２の可干渉光を被検査材での反射光を
検出する複数の光検出器と、該複数の光検出器にて得ら
れる光の位相関係を検波する位相検波器と、該位相検波
器によって検波した位相関係が同相であるか、位相差を
有するかに基づき前記超音波の振動モードの縦波・横波
の別を判定する振動モード判定器とを具備し、前記複数
の光検出器は、被検査材の表面で超音波による振動を生
じている領域の異なる位置からの反射光を検出すべく位
置させてある。
本発明に係る超音波の振動モード判定装置は、各光検出
器の受光波の位相関係に基づき超音波の振動モードを判
定する。
器の受光波の位相関係に基づき超音波の振動モードを判
定する。
以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体的に
説明する。第１図は本発明に係る超音波の振動モード判
定装置を内部欠陥検出装置に応用した場合の実施例の構
成を示す模式図であり、図中１は内部欠陥を検出すべき
被検査材である。被検査材１の上方には被検査材１から
適長離隔して可干渉光を被検査材１の表面に照射するレ
ーザ光源２と、高エネルギービームのレーザ光を発生す
るレーザ光源11とが設けられている。レーザ光源11は前
記第１の可干渉光源（超音波発生用）であり、レーザ光
源２は前記第２の可干渉光源（超音波検出用）である。
被検査材１とレーザ光源２との間には、レーザ光源２か
ら出射されるレーザ光のビーム径を拡大するためのビー
ムエキスパンダ６が設けられており、また、ビームエキ
スパンダ６と被検査材１との間には、一部の光を透過し
残りの光を反射するハーフミラー４が、ビームエキスパ
ンダ６を通過したレーザ光の光路に対して45゜傾斜して
設けられている。レーザ光源２からのレーザ光はビーム
エキスパンダ６にてその径が拡大され、その一部はハー
フミラー４を透過して被検査材１の表面に照射する。
説明する。第１図は本発明に係る超音波の振動モード判
定装置を内部欠陥検出装置に応用した場合の実施例の構
成を示す模式図であり、図中１は内部欠陥を検出すべき
被検査材である。被検査材１の上方には被検査材１から
適長離隔して可干渉光を被検査材１の表面に照射するレ
ーザ光源２と、高エネルギービームのレーザ光を発生す
るレーザ光源11とが設けられている。レーザ光源11は前
記第１の可干渉光源（超音波発生用）であり、レーザ光
源２は前記第２の可干渉光源（超音波検出用）である。
被検査材１とレーザ光源２との間には、レーザ光源２か
ら出射されるレーザ光のビーム径を拡大するためのビー
ムエキスパンダ６が設けられており、また、ビームエキ
スパンダ６と被検査材１との間には、一部の光を透過し
残りの光を反射するハーフミラー４が、ビームエキスパ
ンダ６を通過したレーザ光の光路に対して45゜傾斜して
設けられている。レーザ光源２からのレーザ光はビーム
エキスパンダ６にてその径が拡大され、その一部はハー
フミラー４を透過して被検査材１の表面に照射する。
また、ハーフミラー４にて反射されたレーザ光の水平な
進路方向前方には、レーザ光を反射するミラー７が、そ
の反射面をレーザ光の進路に垂直にして設けられてい
る。更にハーフミラー４を挟んで前記ミラー７の対向側
には、２個の光検出器3a，3bが、被検査材１の異なる表
面位置からの反射光を検出すべく設けられている。そし
て、該光検出器3a，3bには、レーザ光源２を出射し、ハ
ーフミラー４を透過し、被検査材１にて反射され、ハー
フミラー４にて反射される経路を経たレーザ光と、レー
ザ光源２を出射し、ハーフミラー４にて反射され、ミラ
ー７にて反射され、ハーフミラー４を透過する経路を経
たレーザ光とが入射されるようになっている。
進路方向前方には、レーザ光を反射するミラー７が、そ
の反射面をレーザ光の進路に垂直にして設けられてい
る。更にハーフミラー４を挟んで前記ミラー７の対向側
には、２個の光検出器3a，3bが、被検査材１の異なる表
面位置からの反射光を検出すべく設けられている。そし
て、該光検出器3a，3bには、レーザ光源２を出射し、ハ
ーフミラー４を透過し、被検査材１にて反射され、ハー
フミラー４にて反射される経路を経たレーザ光と、レー
ザ光源２を出射し、ハーフミラー４にて反射され、ミラ
ー７にて反射され、ハーフミラー４を透過する経路を経
たレーザ光とが入射されるようになっている。
光検出器3a，3bは、光検出器3a，3bにて得られた光波の
位相を検波する位相検波器８に接続し、また位相検波器
８は、位相検波器８からの出力に基づき被検査材１に発
生する超音波の振動モードを判定する振動モード判定器
９に接続している。
位相を検波する位相検波器８に接続し、また位相検波器
８は、位相検波器８からの出力に基づき被検査材１に発
生する超音波の振動モードを判定する振動モード判定器
９に接続している。
更に、光検出器3aには、光検出器3aの出力に基づき被検
査材１の内部欠陥を検出する欠陥検出器10が接続されて
いる。
査材１の内部欠陥を検出する欠陥検出器10が接続されて
いる。
次に動作について説明する。レーザ光源11は図示しない
スイッチ回路からのスイッチ信号に同期してレーザ光を
出射する。そうすると被検査材１表面に生じた局部的な
熱応力によって、被検査材１には放射状に超音波が発生
する。一方レーザ光源２から出射されたレーザ光はビー
ムエキスパンダ６にてそのビーム径が拡大され、ハーフ
ミラー４に入射する。ハーフミラー４に入射されたレー
ザ光の一部はハーフミラー４を透過し、被検査材１の表
面を照射する。被検査材１の表面を照射したレーザ光
は、被検査材１表面で反射され、再びハーフミラー４に
入射し、ハーフミラー４で反射され、光検出器3a，3bに
入射する。一方、レーザ光源２を出射した後、ハーフミ
ラー４を透過しない残りのレーザ光は、ハーフミラー４
にて反射されて、その進路が90゜曲げられ、ミラー７に
て反射されて再びハーフミラー４に入射し、ハーフミラ
ー４を透過して光検出器3a，3bに入射する。
スイッチ回路からのスイッチ信号に同期してレーザ光を
出射する。そうすると被検査材１表面に生じた局部的な
熱応力によって、被検査材１には放射状に超音波が発生
する。一方レーザ光源２から出射されたレーザ光はビー
ムエキスパンダ６にてそのビーム径が拡大され、ハーフ
ミラー４に入射する。ハーフミラー４に入射されたレー
ザ光の一部はハーフミラー４を透過し、被検査材１の表
面を照射する。被検査材１の表面を照射したレーザ光
は、被検査材１表面で反射され、再びハーフミラー４に
入射し、ハーフミラー４で反射され、光検出器3a，3bに
入射する。一方、レーザ光源２を出射した後、ハーフミ
ラー４を透過しない残りのレーザ光は、ハーフミラー４
にて反射されて、その進路が90゜曲げられ、ミラー７に
て反射されて再びハーフミラー４に入射し、ハーフミラ
ー４を透過して光検出器3a，3bに入射する。
光検出器3a，3bは、ミラー７からの反射光と被検査材１
からの反射光との位相差を光の強度として検出してい
る。第２，３図は光検出器3aで得られる光の強度の変化
を表したものであり、縦軸は電圧，横軸は時間を夫々示
す。なお、第２図は被検査材１に欠陥がない場合、第３
図は被検査材１に欠陥が存在する場合を示す。第２図で
は、レーザ光照射にて発生した超音波による被検査材１
表面の振動に伴うＳエコーと、被検査材１裏面で反射し
て戻ってきた超音波による表面振動に伴うＢエコーとが
観察される。一方第３図では、ＳエコーとＢエコーとの
間に、被検査材１の内部欠陥で反射して戻ってきた超音
波による表面振動に伴う欠陥エコーが見られる。そし
て、光検出器3aで得られる第２，３図の如き信号波形に
基づき、欠陥検出器10は欠陥を検出する。
からの反射光との位相差を光の強度として検出してい
る。第２，３図は光検出器3aで得られる光の強度の変化
を表したものであり、縦軸は電圧，横軸は時間を夫々示
す。なお、第２図は被検査材１に欠陥がない場合、第３
図は被検査材１に欠陥が存在する場合を示す。第２図で
は、レーザ光照射にて発生した超音波による被検査材１
表面の振動に伴うＳエコーと、被検査材１裏面で反射し
て戻ってきた超音波による表面振動に伴うＢエコーとが
観察される。一方第３図では、ＳエコーとＢエコーとの
間に、被検査材１の内部欠陥で反射して戻ってきた超音
波による表面振動に伴う欠陥エコーが見られる。そし
て、光検出器3aで得られる第２，３図の如き信号波形に
基づき、欠陥検出器10は欠陥を検出する。
次に超音波の振動モードの判定原理について説明する。
第４図（ａ），（ｂ）は縦波の超音波に伴う干渉縞によ
る干渉面に設置した２個の光検出器の受光波の模式図で
ある。縦波は媒体の粒子の変位方向が波の進行方向と同
一である粗密度であり、何れの反射位置における受光波
も位相差がない。従って２個の光検出器で得られる波形
は同一位相の波形となる。一方、第５図（ａ），（ｂ）
は横波の超音波に伴う干渉縞による干渉面に設置した２
個の光検出器の受光波の模式図である。横波は媒体の粒
子の変位方向が波の進行方向に垂直であり、異なる反射
位置における受光波には位相差がある。従って２個の光
検出器で得られる波形は位相のずれた波形となる（第５
図では90゜ずれている）。よって、各光検出器の受光波
の位相関係に基づいて振動モードを判定できる。
第４図（ａ），（ｂ）は縦波の超音波に伴う干渉縞によ
る干渉面に設置した２個の光検出器の受光波の模式図で
ある。縦波は媒体の粒子の変位方向が波の進行方向と同
一である粗密度であり、何れの反射位置における受光波
も位相差がない。従って２個の光検出器で得られる波形
は同一位相の波形となる。一方、第５図（ａ），（ｂ）
は横波の超音波に伴う干渉縞による干渉面に設置した２
個の光検出器の受光波の模式図である。横波は媒体の粒
子の変位方向が波の進行方向に垂直であり、異なる反射
位置における受光波には位相差がある。従って２個の光
検出器で得られる波形は位相のずれた波形となる（第５
図では90゜ずれている）。よって、各光検出器の受光波
の位相関係に基づいて振動モードを判定できる。
そして光検出器3a，3bは上述した如く、横波の受光波に
位相差が生じるように、被検査材１の異なる位置からの
反射光を受光すべく位置決めされている。位相検波器８
は光検出器3a，3bで得られる夫々の波形の論理積を求め
る。例えば第４図（ａ），（ｂ）の如き２波形の論理積
を求めると第６図の如く正の部分だけの波形となり、第
５図（ａ），（ｂ）の如き２波形の論理積を求めると第
７図の如く周期が1/2の波形となる。
位相差が生じるように、被検査材１の異なる位置からの
反射光を受光すべく位置決めされている。位相検波器８
は光検出器3a，3bで得られる夫々の波形の論理積を求め
る。例えば第４図（ａ），（ｂ）の如き２波形の論理積
を求めると第６図の如く正の部分だけの波形となり、第
５図（ａ），（ｂ）の如き２波形の論理積を求めると第
７図の如く周期が1/2の波形となる。
よって振動モード判定器９は位相検波器８にて得られる
論理積の波形（第６，７図）に基づき超音波の振動モー
ド（第６図であれば縦波、第７図であれば横波）を判定
する。
論理積の波形（第６，７図）に基づき超音波の振動モー
ド（第６図であれば縦波、第７図であれば横波）を判定
する。
以上、内部欠陥を探傷する場合について説明したがこれ
に限らず、被検査材の厚みを計測する場合においても同
様に行える。
に限らず、被検査材の厚みを計測する場合においても同
様に行える。
以上詳述した如く本発明装置では、被検査材に発生する
超音波の振動モードの縦波、横波の別を判定できるの
で、被検査材の内部欠陥検出において縦波によって検出
されるべき内部欠陥と横波によって検出されるべき内部
欠陥の判別ができる。また縦波，横波に応じた音速を用
いることで欠陥位置標定，又は厚み測定を正確に行え
る。
超音波の振動モードの縦波、横波の別を判定できるの
で、被検査材の内部欠陥検出において縦波によって検出
されるべき内部欠陥と横波によって検出されるべき内部
欠陥の判別ができる。また縦波，横波に応じた音速を用
いることで欠陥位置標定，又は厚み測定を正確に行え
る。
第１図は本発明装置の構成を示す模式図、第２，３図は
光検出器の受光出力の変化を示すグラフ、第４図は超音
波の縦波に伴う干渉縞による光検出器の受光波の波形
図、第５図は超音波の横波に伴う干渉縞による光検出器
の受光波の波形図、第６図は第４図に示す２波形の論理
積の波形図、第７図は第５図に示す２波形の論理積の波
形図、第８図は従来の装置の構成を示す模式図である。 １……被検査材、２……レーザ光源、3a，3b……光検出
器、４……ハーフミラー、６……ビームエキスパンダ、
７……ミラー、８……位相検波器、９……振動モード判
定器、10……欠陥検出器 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
光検出器の受光出力の変化を示すグラフ、第４図は超音
波の縦波に伴う干渉縞による光検出器の受光波の波形
図、第５図は超音波の横波に伴う干渉縞による光検出器
の受光波の波形図、第６図は第４図に示す２波形の論理
積の波形図、第７図は第５図に示す２波形の論理積の波
形図、第８図は従来の装置の構成を示す模式図である。 １……被検査材、２……レーザ光源、3a，3b……光検出
器、４……ハーフミラー、６……ビームエキスパンダ、
７……ミラー、８……位相検波器、９……振動モード判
定器、10……欠陥検出器 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】被検査材に第１の可干渉光を照射すること
により、該被検査材に非接触で発生させた超音波の振動
モードを第２の可干渉光を照射することによって判定す
る装置であって、 第２の可干渉光及び第２の可干渉光の被検査材での反射
光を検出する複数の光検出器と、該複数の光検出器にて
得られる光の位相関係を検波する位相検波器と、該位相
検波器によって検波した位相関係が同相であるか、位相
差を有するかに基づき前記超音波の振動モードの縦波・
横波の別を判定する振動モード判定器とを具備し、前記
複数の光検出器は、被検査材の表面で超音波による振動
を生じている領域の異なる位置からの反射光を検出すべ
く位置させてあることを特徴とする超音波の振動モード
判定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61202051A JPH0658348B2 (ja) | 1986-08-27 | 1986-08-27 | 超音波の振動モ−ド判定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61202051A JPH0658348B2 (ja) | 1986-08-27 | 1986-08-27 | 超音波の振動モ−ド判定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6358116A JPS6358116A (ja) | 1988-03-12 |
| JPH0658348B2 true JPH0658348B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=16451123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61202051A Expired - Fee Related JPH0658348B2 (ja) | 1986-08-27 | 1986-08-27 | 超音波の振動モ−ド判定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658348B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4448189B2 (ja) | 2008-06-18 | 2010-04-07 | キヤノン株式会社 | 生体情報取得装置 |
| JP5674396B2 (ja) * | 2010-09-17 | 2015-02-25 | 関西ペイント株式会社 | 複層塗膜の非接触非破壊評価方法及びそれを用いた装置 |
-
1986
- 1986-08-27 JP JP61202051A patent/JPH0658348B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6358116A (ja) | 1988-03-12 |
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