JPS5843693B2 - ヘイコウビ−ムソクオ チユウジヨウタイニ イツテイノニユウシヤカクデクワエラレルビ−ムソクニヘンカンスル ヘンコウソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は放射源により放射されて偏向装置により偏向
された平行なビーム束が、不変で一定の入射角で柱状片
に当るような偏向表面を有する偏向装置に係る。

ここで該入射角はビームの入射点で、柱状片の側表面の
法線に関して測定される角度である。

この発明は、特に、柱状片に当ててそこに波を励起させ
るために、超音波変換器によって放射されたビームを反
射する超音波偏向装置に関する。

該波は柱状体材料内を伝播し、該材料片内の欠陥部分に
よって回折される。

即ち、該欠陥個所は波の伝播を変調するのである。

この回折波は受信器として動作する変換器によって受信
されて上記欠陥個所の位置の検出を可能にする。

本発明による前向装置は、超音波ビームの偏向に用いる
のが好ましいが、電磁波ビームまたは粒子ビームの偏向
にも等しく適用できる。

超音波検出の目的は、超音波、即ち可聴周波数限界（約
１６ＫＨｚ）よりも大きな周波数を有する波を用いて材
料の性質を検査する点にあることは良く知られている。

超音波検出では、速度の測定もしくは減衰の測定が用い
られる。

欠陥の超音波による検出は、一般に材料を横切って一連
の超音波を伝播させるか、または材料内に超音波振動を
誘起させるかして、欠陥の存在によるエコーを受信する
ことにより行なわれている。

回転円筒形状の中実の管に対して現在用いられている方
法では、運動力が蝶旋を描くように結合されている２つ
の変換器が利用され、これ等２つの変換器は水が満たさ
れている容器内に配置される。

変換器のうちの１つは、管の子午線面に位置付けられ、
その軸線は、管の軸線に垂直に配向している欠陥もしく
はきすを特に検出するように、法線に対して傾斜してい
る。

以後、この欠陥もしくはきずを横方向のきずもしくは欠
陥と称する。

他の変換器は赤道面に位置付けられ、その軸線は主とし
て管の軸線に対して平行な配向のきすを検出するように
、管の軸線とは同軸関係にされていない。

なお、このきすは縦方向のきずもしくは欠陥と称する。

管または薄い板の場合に、きずの検出に良く適した超音
波の伝播モードはＬＡＭＢのモードであることが知られ
ている。

ＬＡＭＢモードの波は、材料の表面に平行に伝播する波
である。

材料の全厚が振動し、これにより、きずが位置している
深さに関係なく、きすの検出が可能である。

ところで、波が発生される幾何学的形態に特有のモード
の波は、選ばれた励起超音波の入射角に対して定められ
る厚さの材料内でしか、しかも該入射角に対して定めら
れる周波数でしか励起され得ない。

例えは、厚さＱ、 ５ ｍｍの酸化しない鋼製の円筒状
の管で４ ＭＨｚの周波数の超音波を発生するピエゾ電
気素子を用いた場合には、基本反対称ヒートＡ。

に対応するＬＡＭＢ波の励起入射角は３４°に等しい。

この入射角で管に入射するビームだけがこの管内にＬＡ
ＭＢの波を発生することができる。

この波は、管内にきずが存在するか否かによって異なっ
て伝播し、そしてこのようにしてきすを検出することが
できるのである。

きずもしくは欠陥の位置は、波列の放射ときすによって
反射された波の帰還との間の時間々隔を測定することに
より、或いはまた、きずによって反射もしくは回折され
た波を捕える第２の変換受信器を配置することによって
確定される。

ＬＡＭＢの波が充分な振幅を有するためには、入射ビー
ムの傾きに関する上記第１の条件に加えて、第２の条件
が満されることを必要とする。

即ち、入射ビームの縦波と同相にあるＬＡＭＢの波の周
期の数は少な（とも４または５に等しくなければならな
い。

この条件が満たされると、管内のＬＡＭＢ波は、充分な
強さで励起されることになる。

入射角が選ばれたモードのＬＡＭＢ波の発生に対応する
角度に非常に近くなる上限を定めるビーム束のグループ
角度は、できるたけ大きくあるべきである。

上記２つの条件の実現は横方向のきすの検出の場合には
問題を呈さない。

第１図に示すように、管および変換器の軸線により定め
られる平面における変換器を構成する素子の断面が円筒
管の表面に対し角度θに等しい傾斜を有する長さａの断
面である場合には、この平面内の入射ビームは一定の入
射角θを有し、そして波は管の長さ方向において、ａ／
ｃｏｓθに等しい位相にある。

反対に、縦方向のきすを検出するにあたっては、上記２
条件の実現は難しい。

その理由は、管に達つしそして管の軸線に垂直な平面内
に位置するビームは、該平面によって切られる円筒の断
面である円と、一定の角度を形成することが必要とされ
るからである。

管内の縦方向のきすを検出するのに使用される第１の変
換器は扁平形態にすることができる。

この場合、変換器の中心によって発生される中心ビーム
は角度θで円筒管に当るか、変換器の縁部で発生される
２つの端ビームは、衝突点で円筒の法線と異なった角度
を形成することになる。

このことについては、第２図を参照して後に詳述する。

したがって、波が同相である円周の円弧は非常に小さく
、ＬＡＭＢ波は殆んど励起されない。

ピエゾ電気板または円筒レンズと組合せた変換器も使用
されている。

これ等の装置は、扁平で円筒レンズのない変換器と比較
して確かに有利であるが、円筒の法線に対して測定され
るビームの入射角がビーム束内で変動すると言う欠点を
有している。

最後に、従来型式の装置はいずれも、柱状体上に描から
れる蝶旋に沿って１定の入射ビームを伝達できず、該蝶
旋、角柱状体の母線に関し等しい傾きの複数の線分によ
り形成される不連続蝶旋または円形準線の円筒体の母線
に関して一定の傾きの連続蝶旋に沿って波動を励起する
ことはできない。

このような蝶旋に沿い波を励起することができれば、該
蝶旋の角度に対して相補性の角度を有する円筒体の母線
に対し傾斜しているきずを非常に効果的に検出すること
ができるのである。

１つの蝶旋に沿う検出は、管がそれを構成する円筒の母
線に対して傾いた面に沿い溶接されている場合に特に有
用である。

この場合には、母線に対する蝶旋の角度は該母線に対し
傾斜している平面の角度に対して補角となるように選択
される。

この発明の目的は、より正確には断面に対して多角形ま
たは円形の準線を有する柱状体片Ｃの表面にＬＡＭＢ波
を励起するための偏向装置を提供するにある。

本発明による偏向装置は、多角形準線の柱状片Ｃの母線
に平行なビーム束Ｆを、平行な不連続蝶旋群に沿って該
柱状片の表面に波を当て波動を励起させるビーム束Ｆ′
に変換する。

この場合、各蝶旋は柱状片Ｃの稜に沿い２対２で集交す
る複数の直線分により構成される。

束Ｆ′のビームは、該ビーム束の衝突個所において片の
表面に対する法線に関して一定の入射角ｉを形成する。

各線分は、上記柱状片の母線に対し垂直な面に関して角
度βだけ傾斜している。

この角度βは本発明による偏向装置では面毎に一定であ
るが、僅かな変更を加えることにより面毎に変動しても
良い。

角度βを一定不変に選んだ場合には、上記線分により形
成される不連続蝶旋は一定ピッチの蝶旋である。

各平面偏向要素Ｍｉが柱状片Ｃの１つの面Ｐｉに相関さ
れる。

各平面編向要素Ｍｉの配向は、投影が３つの垂直な方向
、即ち柱状片Ｃの母線、面Ｐｉの法線およびこれ等２つ
の線に対して垂直な軸方向において各々ｃｏｓα、Ｃｏ
５ｊ−８ｉｎαおよび５ｉｎｊ−８ｉｎαに比例する法
線醇により定められる。

角度ｊおよびαは、関係式ｔａｎ ｊ ＝ ｔａｎ ｉ
・ｃｏｓβおよびｃｏｓ ２α＝±５ｉｎｉ °ｓｉｎ
βを基にして角度ｉおよびβから求められる。

偏向装置のこの配向によれば、柱状片Ｃの母線に平行に
到来するビーム束Ｆから出発して、政庁Ｃの側面に一定
入射角度で当るビーム束Ｆ′を伝達させることができる
。

不連続蝶旋の集交線分において各面にＬＡＭＢ波の同相
の励起条件を得るために、片Ｃの２つの面ＰｉおよびＰ
ｉ＋１に相関する２つの平面偏向要素ＭｉおよびＭｉ＋
ｔは回転および並進により互いに他方から演鐸される。

回転は、隣接する面ＰｉおよびＰ１＋１の交錯線に対応
する片Ｃの稜線を中心に行なわれる。

回転の角度は而ＰｉおよびＰｉ、−１により構成される
二面体の角度に等しい。

この回転に続いて母線に平行な並進がなされる。

並進量はａ ５ｉｎｊ−ｔａｎαである。ここでａは而
Ｐｉの幅である。

後に明らかにされるうに、２つの面Ｐｉおよび”ｉ＋ｘ
に共通な稜線に２つの相続く偏向要素から到来するビー
ムは等しい位相にある。

本発明による偏向装置の１実施形態においては、偏向さ
れたビーム束Ｆ′は母線に対し垂直な方向で柱状片Ｃに
入射して片Ｃの面の法線と一定の角度ｉを結び、これに
より不連続蝶旋群は母線に対し垂直な赤道面内に在る多
角形準線の群に還元される。

このための条件は、β二〇したがってまたαニーである
。

この場合、偏向装置は複数の扁平な偏向要素から構成さ
れ、これ等要素Ｍ の各々は上記柱状片Ｃの１つの面Ｐ
ｉに相関せしめられ、そして片Ｃの母線に垂直な平面に
より切られる各扁平偏向要素の断面は直線分Ｓｉである
。

偏向要素Ｍｉは、各線分Ｓ１が関連の面Ｐｉ と同じ角
度ｉを形成するように配置される。

さらに、相続く２つの偏向要素ＭｉおよびＭｉ＋□に属
する２つの線分ＳｉおよびＳｉ＋１は２つの面Ｐｉおよ
びＰｉ＋１の交錯線に位置する稜Ａｉから等距離にある
。

先に定義した角度βがπ／２に等しい本発明の別の実施
形態においては、不連続蝶旋群は、母線線分に還元され
る。

この場合、偏向装置は、複数個の扁平偏向要素Ｍｉによ
り構成され、該要素Ｍ・の各々は相関する面Ｐｉと角度
α−７±Σを形成する。

βが零に等しい場合には、特に縦方向のきすが検出され
、他方βが百である事例では、特に管の軸に対して垂直
な配向のきず、即ち横方向のきずが検出される。

なお、両方の場合、共にきずの方向に対して垂直な伝播
方向の波が励起されるのである。

全ゆる場合において、ビームは一定の密度で到達するこ
と、言い換るならば入射ビームの強さは母線に関係なく
柱状もしくは円筒表面の単位面積当り一定であることが
有利である。

一定の密度でビームが到達することは、多角形の面また
は角状のセクタが均等にビームで照射されてばらつきの
ないことを意味する。

実際、ＬＡＭＢ波の励起の場合には、１つの蝶旋に沿っ
てビームを伝送する複数の餉向要素の累積効果によって
材料内に発生される波動の励起レベルは、母線により左
右されることなく同じ値になるのが望ましい。

このようにずれは、きすの角度位置に関係なく、言い換
るならばきすがどの母線上に位置していてもそれとは関
係なく、きすの位置を検出することができるのである。

このためには、β＝０である事例において、母線に垂直
な各平面が、該平面がどれであろうと関係なく一定の累
積長さを有する線分Ｓｉに沿って偏向要素を切るように
すれば良い。

柱状片Ｃが円形断面を有する場合、即ち片Ｃを構成する
柱の軸に対して回転対称を有している場合には、偏向装
置は、先に述べた偏向要素の種々な面の極限表面と考え
ることができる連続した１つの面によって構成される。

この極限表面は、準線を構成する多角形の全べての辺を
同時に零に向わす、換言するならば辺の数を無限にする
場合に得られる。

斯くした場合には、無限数の各要素に相関する扁平偏向
器は、極座標において次式、即ちＺｃｏｔα””ｆｉミ
コＳｉ”ｊ十Ｒ５１ｎｊ −θで表わされる式によって
定まる表面を発生する。

この極限表面は、無限数の直線、即ち扁平偏向要素の数
を無限に近ずけた時の先に述べた扁平偏向要素の極限数
により構成されると考えることができる。

極限に近ずけることにより表面Ｓは平滑になり展開万能
になる。

これはフライス削り等の機械切削で容易に実現できる点
で有利である。

前例の場合と同様、ここでも角度αおよびｊは関係式％
式％ １ｓｉｎβを基に角度ｉおよびβから求められる。

軸Ｏｚは円筒片の軸線と一致する。

、既述の実施形態と同様に、ビーム束Ｆ’が赤道平面即
ち円筒の軸に垂直な平面内に在るようにし度い場合には
、先に定義した角度βを零にして、蝶旋の代りに準線円
を用いる。

その場合の偏向装置の表面は、軸ＯＺの極座標において
次式で定められる。

この実施形態においては、水平面による偏向面の断面は
一定長さの円の展開線となる。

インピーダンス整合の目的で、変換器および試１験表面
間には、例えは水のよ′うな結合液体を入れるのが有利
である。

さらに小さな厚さの円筒体内に特にＬＡＭＢ波を励起す
るために、変換器および偏向装置を円筒体の内部または
外部に配置することができる。

偏向装置もしくは反射器および変換器が削節の外表面に
より制定される空間の外側に配置される事例においては
、変換器は円筒体と同軸の環状変換器とすることができ
る。

扁平偏向要素を上式で示すように配向し偏向表面の形状
を極座標式にできるだけ近ずける意図で、このような前
向要素を実際に製作しようとしても、理想的な幾何学的
形態と実際に実現し得る形態との間には僅かながらでも
誤差は避けられないことは言うまでもない。

しかしながら、このような誤差を有する現実の装置も不
発明の範囲から逸脱するものではない点留意すべきであ
る。

本発明の他の特徴および利点は、非限定的な意図で単に
例として示した図示の具体的に関する以下の説明から一
層明瞭に理解されよう。

先ず第１図では、板２にＬＡＭＢ波を誘起するための公
知の装置が略示されている。

直径ａの変換器４は、板２の上表面により形成される平
面に対して傾き角θを有する。

該変換器は波長がλｉである平行なビーム束を放射する
。

この波のビーム（線）は板２の表面に対する法線と角度
θを形成する波長λｉの入射波と同相のＬＡＭＢ波λＬ
は、λＬ二λｉｓｉロθで表わされる。

１つのＬＡＭＢ波が６で示されている。

この実施例においては、ＬＡＭＢ波は、ａ／ｃｏｓθに
等しい長さに亘って同位相で励起される。

第２図には、断面が半径Ｒの円Ｃで中心Ｏの外面を有す
る薄肉の管によって受けられる平行な波動ビーム束を発
生する変換器４が示されている。

変換器４の底部から放射されるビーム５は、変換器の中
心部から来るビーム７に対応する角度θよりも明らかに
小さな角度θ′で円Ｃに達つし、他方、変換器の上部に
より放射されるビーム９はθよりも大きな傾き角θ“で
円に到達していることが図から理解されよう。

この例においては、変換器により放射された波動ビーム
束の大きな部分は、円筒体にＬＡＭＢ波の励起するのに
利用されない。

言い換るならば、変換器と、断面Ｃの管によって構成さ
れる環境との間の結合が悪いのである。

第３図には、上記円筒の外壁に入射するビームの傾斜の
変動を減少するように構成された円形断面Ｃの円筒上に
波を集束する装置が示されている。

この集束装置は、焦線Ｆが点Ｎを通ちそして円形断面Ｃ
を有する円筒の軸線に対して平行である円形断面の円筒
レンズＬを有する。

角度αは点Ｎに収斂するビーム束の頂点における開き角
の１／／２の角度である。

レンズＬもしくはピエゾ電気変換器の端部から発生され
るビームは、円Ｃを点ＡおよびＢで折る。

これ等の点Ａ、ＢおよびＮ、０は１つ０９円上に位置し
ている。

ビーム束の焦点Ｎは、管の中心Ｏおよび両側の衝突点Ａ
およびＢにより定められる田土に在るので、ＡおよびＢ
における入射角はθ−εに等しい。

この公知方式においても入射角は一定でない。

円筒体の壁におけるＬＡＭＢ波の励起長を大きくするた
めに（第２の条件）円弧ＡＢを大きくすればする程、入
射角の変動は大きくなり、これはＬＡＭＢ波励起の第１
の条件に矛盾している。

第４図には、本発明による偏光装置の幾何学的パラメー
タが示されている。

柱状片Ｃの面Ｐｉは、軸Ｏｘおよび０２を有し、面Ｐｉ
の稜線Ａｉ＋□に軸０７、を有している。

この而Ｐｉは、多角形準線の角柱状片Ｃの１つの表面で
ある。

平面ｘＯ７は片Ｃの母線および０□のような稜線に対し
て垂直である。

母線に対して垂直な平面、即ち平面Ｏに対し傾き角βの
不連続螺旋群に従って波を励起するものとする。

これ等螺旋は、複数個の結合された線分により構成され
る。

そのうち１つの線分子Ｖが第４図に示されている。

この図には示されていない変換器により放射された平行
なビーム束Ｆは、片Ｃの母線に対して平行である。

ビーム束のうち１つの波動ビームがＰＭで示されている
。

点Ｍは、ビームＰＭが線ＭＡに沿って反射する偏向器上
の点である。

ｎは、点Ｍにおける偏向器の表面に対する法線である。

角度αは、偏向器における入射および反射角である。

ビームＭＡは、線分子Ｖに沿って位置する点Ａにおける
面Ｐｉに対する法線ｎ１と一定の角度ｉを形成する。

点Ｎは、平面ｘＯへの点Ｍの投影であり、同様にして、
点Ｂは該平面における点Ｍの投影である。

線分ＫＭＪは平面ｘＯ９に平行な水平面を筒Ｐｉに相関
した偏向器Ｍｉの点Ｍが通った時に生ずる交錯線である
。

この交錯線の平面 Ｏにおける投影線はに’Ｎｊ’で表
わされている。

点Ｅは、点Ａにおける柱状体表面に対する法線ｎ１上へ
の点Ｍの投影に対応する。

基本的な幾何学的考察に当って、１、Ｊ＋β、αのよう
な同じ符号で表わされる全べての角度は、等しい角度で
あるとする。

実際、Ｋ’Ｎｊ’と軸Ｏｘとの間の角度ＪはＢ’Ｂおよ
びＢＮの間の角度ｊに等しい（Ｂ 、 Ｂ’１は軸ＯＸ
に対する点Ｂにおける法線である）。

三角形ＡＭＣ。Ａ、ＭＥ、ＡＥＣおよびＭＣＥの幾何学
的形態は、角度ｉ、ｊ、αおよびβが関係式ｔａｎ ｊ
＝ｔａｎ ｉ ＣＯＳβおよびｃｏｓ ２α＝±ｓｉ
ｎβ・ｓｉｎ ｉで表わされるような形態にある。

図から解るように、面Ｐｉおよび偏向器の線分ＫＭＪ間
に母線に垂直な平面によって形成される角度Ｊは、上記
式の１つによりｉおよびβの関数として与えられる一定
の角度である。

同様にして、偏向器Ｍｉの扁平表面を、他の断面、例え
ば、偏向器上のビームの入射平面、即ち線分ＰＭと偏向
器に対する法線ｎにより定められる而で切られる偏向器
の断面ＷＭＺで定義することができよう。

容易に理解できるように、上記のような入射平面で切ら
れる断面ＷＭＺの角度は、軸０２、即ち柱状片の母線の
方向と角度（百−α）を成す。

基礎的な幾何学的形態から、点Ｍにおける偏向器に対す
る法線ｎは、３つの軸ＯＯおよび０□に対して、各々Ｓ
１ｎ α、Ｓｌｎ ｊ 、 Ｓ１ｎαＣＯ３ｊ 、 ｃ
ｏｓαで表わされる余弦値を有する。

角度ｉおよびβが既知であれば、αの値は関係式Ｉ Ｃ
Ｏ３２αｌ ＝ｓ１ｎβ・５１ｎｉから、そしてｊの値
は関係式ｔａｎ ｊ ＝ｔａｎ ｉ ・ＣＯＳβから計
算できる。

斯くして法線ｎの３つの基準余弦値を正確に得ることが
でき、これにより給体的に、点Ｍを通る扁平偏向器の傾
きを確定することができる。

追って明らかとなるように、偏向器要素の面の傾きが決
定されると、その位置も同様に、２つの相続く偏向器か
ら来るビームが０２のような稜線の同一の点において同
位相となる条件を考慮して決定することができる。

反射面Ｍｉ＋ｘは、面ＰｉおよびＰ１＋ｘにより構成さ
れる二面体の角度に等しい角度だけ、母線に平行な軸を
中心に反射面Ｍｉを回転し、それに続いて０２に平行な
ベクトルおよび値０ＴＳｉｎｊ−ｔａｎαの並進により
得られる。

稜線ＡｉをＡｉ＋１と一致させる回転の回転軸は稜線Ａ
ｉおよびＡｉ＋１から等距離の平面内に在る。

第５ａ図および第５ｂ図には、正六角形の準線を有する
角柱状片Ｃに用いられる偏向器が示されている。

第５ａ図および第５ｂ図は、偏向器により反射された２
４で示すようなビームが柱状片Ｃの母線に対し垂直な平
面内に在る特殊な場合である。

第５ｂ図には、図示を明瞭にするために高さ位置をずら
された柱状片Ｃおよび偏向器が示されている。

変向器は複数個の偏向要素ＤＩ 、Ｂ２５Ｉ）３． Ｂ
４． Ｂ５． Ｂ６． Ｂ７およびＢ８を有する。

偏向器の部分Ｃ１，Ｂ２；Ｂ１．Ａ２；Ａ１．Ｆ２に入
射して、これ等偏向要素の表面により束Ｆ′で示すよう
に、赤道面内に反射されるビーム束Ｆについて考察して
みる。

ビーム束Ｆ′は赤道面内にあるので、２６で示すような
ビームは、図から明らかなように、柱状片の開運の面と
角度ｉを形成する。

線分Ａ２Ｂ、、即ち柱状片の赤道面による偏向要素Ｄ２
の断面は、関連の柱状片Ｃの面と角度ｉを成す。

この角度ｉは線分Ａ。

ＢｏおよびＡ２Ｂ１り延長線間の角度により表わされる
。

偏向要素Ｄ１．Ｄ２等は、３０．３２等で示すような面
によって連結されている。

これ等の面は本発明による偏向器の高性能にとって不可
欠なものではないが、偏向面Ｄ１゜Ｂ２等々を構成する
面が所定の通り正確に配向されている機械加工された形
態に、偏向器を構成するストリップを折曲げることによ
り得られるものである。

線分ＣＩ Ｂ２ ： ＢＩ Ａ２ ： ＡＩ Ｆ２に達
つしたビーム束Ｆには赤道面内で片Ｃを伝播し、線分Ｃ
ｏＢｏ、ＢｏＡｏ、ＡｏＦｏに沿って波動を励起する。

Ａｏを通る稜線は点Ａ１およびＡ２から等距離にあるの
で、２つの偏向要素Ｄ１およびＢ２によってＡｏに励起
された波動は同位相である。

同様にして、長さＢ。

Ｂ１およびＢ。Ｂ２は相等しいので、点Ｂｏには２つの
偏向器Ｄ２およびＢ３により波動が同相で励起される。

この現象は概略的に観た場合である。

片Ｃの表面上の２つの任意の点に入射する２つのビーム
間における進みの差は、ビームが政庁に当る２つの点間
の材料内に誘起される波の位相差に正確に対応する。

この結果、波動は変換器により発生されて偏向要素によ
り反射された全べてりビームにより実際に同相で励起さ
れる。

次に、被験片の全ゆる点で励起された波動が同じ励起値
を有することについて説明する。

Ｆｏで励起された波は、線分Ｃ６Ｂｏ、ＢｏＡｏ、Ａｏ
Ｆｏに入射するビームの累積効果を受ける。

これら３つの線分に伝播されるビームは、偏向器の線分
Ｃ１Ｂ２．Ｂ１Ａ２およびＡｌＦ２により反射されたビ
ーム束Ｆから得られるものである。

点Ｆ。におけるＬＡＭＢ波の励起レベルは、したがって
線分Ｃ１Ｂ２．Ｂ１Ａ２およびＡｌＦ２の累積長さ即ち
３Ｉ丁Ｔア７に比例することになる。

偏向器は、偏向器の種々な要素の母線に対して垂直な平
面全べてによる偏向要素の交錯線の累積長さが一定とな
るように設計される。

このようにすれば、準線ＡｏＢｏＣｏＤｏＥｏＦｏの全
べての点における励起レベルは、上記一定の累積長えの
偏向器の線分から到来する励起エネルギに対応し、斯く
して励起レベルは一定となる。

第５ａ図および第５ｂ図の事例においては、角度ｉは３
０°であり、そして偏向器は、縦方向のきす、即ち片Ｃ
の軸線に平行なきずの観察のために用いられている。

第５ｂ図の頂部には、破線で変換器Ｔが示されているが
、この変換器でビーム束Ｆが放射される。

赤道面と偏向要素Ｄ１．Ｄ２等との交錯線は、任意の１
つの稜とそれを劃する２つの面との間の軌跡が各面の位
相の連続性を維持するために等しくなるような仕方で変
位されている。

異なった偏向要素Ｄ１．Ｄ２・・・・・・、Ｂ８により
構成される準線螺旋のピッチは６ａＳ１ｎｉに等しい。

ここでａは第５ａ図に示すように、赤道面による片Ｃの
断面を構成する６角形の辺の幅である。

例えば、ＤＩおよびＢ２のような任意の相続く２つの偏
向要素は、０を通る六角柱の軸を中心に６００だけ回転
し、それに続いて値ａＳ１ｎｉを母線に平行に並進する
ことにより互いに他から波線できる。

このようにして、５ａＳ１ｎｉの並進後に全べての偏向
要素即ち問題の螺旋ピッチを得ることができよう。

変換器および偏向器は一般には固定しておき、そして片
Ｃをその軸線に沿って固定された変換器偏向器組立体の
内部に並進することにより連続的に政庁Ｃを観察するこ
とができる。

このようにして、変換器を送受信器として動作させそし
て片Ｃを並進させることにより、角状断面の管の全べて
の表面を観察することが可能である。

第６図には、正六角形断面の柱状片Ｃ内の横方向のきず
を観察するのに用いられる本発明による偏向器が示され
ている。

変換器Ｔにより放射されたビーム束Ｆは偏向器のＰｌお
よびＦ２のような要素上で反射して、一定の入射角、図
示例の場合には３０°で被験体Ｃの表面に当る。

ビーム束Ｆ′は被験体Ｃの同一の母線に沿って同位相で
ある。

線分Ａ“Ｂ“の長さが一定であるので、片Ｃの母線に対
して平行で且つ片Ｃの面に垂直な平面による偏向要素の
断面に拘りなく、片Ｃの全ての母線は同じビーム強さで
励起される。

この偏向器は、正六角形断面片内の横方向のきすの観察
に用いられる。

第５図で述べたように、母線は全ゆる点において一定の
励起エネルギを受けるので、母線の全べての点は同じ振
幅で励振されることを確かめることができる。

偏向要素は、各辺が関連の面と角度α−ｖ ＋１を形成
している６つの辺を有する正六角−２ 形の角柱の胴を構成している。

角度α＝互＋±を−２ 定める式中の記号上は、偏向器にビー束Ｆを当てる場合
に鋭角の２αを用いるか或いは鋭角の２αを用いるかに
よって決まる。

図に示した鉛角の２αの場合には、ビーム束Ｆ′は水平
面に対して上昇するが、鋭角の２αの場合には、水平面
に対して下降する。

第７図には、円形の準線を有する円筒片Ｃに円形で連続
した螺旋に沿って入射するビームの伝播に関連する幾何
学的パラメータが示されている。

角１ｉｊｊｊαおよびβのような幾何学的パラメータは
、偏向器を構成する表面の幾何学的性質を定める。

試験片Ｃを構成する円筒体の軸０２に平行なビームＰＭ
は、Ｍで偏向器の表面に入射して、Ａにおける円筒Ｃの
法線Ｎｉと入射角ｉを形成する線分ＭＡに沿って反射さ
れる。

点Ｍは、母線に平行に垂直方向に投影された場合に、平
面ｘＯ９上の点Ｎとなり、そして線分ＮＢにより構成さ
れる平面ｘＯ７上の法線ｎの投影線は、円筒Ｃの半径Ｒ
の円形準線の法線と一定の角度Ｊを結ぶ。

偏向器の表面を劃定する幾何学的な方法は、ｎのような
偏向器の表面に対する法線を上記母線に垂直な平面に投
影して、半径Ｒ３１ｎｊの円（第７図でＦを通る円を発
生することである。

ビームは、点Ａを通りそして２倍の太さの実線で示され
た螺旋上に入射する。

この螺旋の任意の点Ａにおける接線は、母線に対し垂直
な平面即ち平面ＸＯ９と角度βを結ぶ。

半径Ｒ３１ｎ」の円を発生する偏向器の法線ｎの平面Ｏ
への投影線は、該平面によって切られる偏向器の表面の
断面が半径Ｒ３１１］ｊの円の展開となるような幾何学
的性質を有する。

ここでｊは関係式ｔａｎ ｊ ＝ｔａｎ ｉ −ＣＯ３
βによって角度１およびβと相関させられる。

第８図には、偏向器Ｍが半径Ｒの円筒４０を囲繞してい
る事例において、直線母線から出発して定められるｚ
ｃｏｔα＝Ｊア＝不百正〒＋Ｒ３１ｎｊ・θの方程式の
偏向器Ｍが示されている。

偏向器Ｍの表面はこの式に基すいて劃定された表面であ
る。

第１の直線母線５２は、半径Ｒ３１ｎ ｊの円５４上に
位置する点Ａから出ている。

この母線は、基底部の断面が円５４である円筒に対する
接線平面５６内に在る。

母線５２は、軸０２に垂直な平面と角度α（図示の例で
はα＝π／４）を結ぶ。

π／２だけの回転に相当する５８で示すような第２の母
πＲ３１ｎ ｊ ｔａｎα 線は、点Ａを含む平面から に等しい距離
だけ離れている半径Ｒ３１ｎ ｊの円筒体の母線上に在
る点Ｂから出ている。

この母線は、半径Ｒ３１ｌｌｊの軸０２の円筒の接線平
面内に含まれ、そして軸０２に垂直な平面と角度αを結
ぶ。

母線６０．６２および６４も同じようにして得られる。

母線６４は、半径）ｊｓｌｌｌｊの円筒上に位置する点
Ｃから出発して得られる。

線分ＡＣは軸０２に対し平行であり長さ２πＲ３１ｎ
ｊ ｔａｎαを有する。

この母線６４は母線５２に平行である。

第８図の場合には、β＝０．α−４５°に選ばれており
、この結果、偏向器Ｍで反射されたビームは母線に対し
垂直な平面内で片４０に当り、そして螺旋Ｈは円形の準
線から求められる。

第９図には、偏向器Ｍおよび変換器６６が、内径Ｒの円
筒６８の内部に配置されている例が示されている。

軸０２に対して平行に変換器により放射されたビームは
、偏向器Ｍで反射されて、一定の入射角（ｉに等しい）
で円筒状の管６８の内面に当る。

このようなビームは、７２，７４および７６で示されて
いる。

第１０図には、偏向器Ｍがブロック材料に切削形成され
た例として第８図の偏向器Ｍが斜視図で示されている。

偏向器Ｍに対応する表面は参照数字２００で示され、そ
して被験円筒管２０１は偏向器の内部に通されている。

被験管２０１と偏向器２００との間には、該管が偏向器
の内部に自由に出入りできるように、充分な間隔がとら
れている。

本発明による偏向器と扁平変換器との組合せ装置によれ
ば、−走入射角のビームでＬＡＭＢ波が長時間同相に保
たれるので、柱状庁内の縦方向のきずを非常に大きな感
度で検出することができる。

さらに、偏向器はきずが位置する母線と無関係に成る長
さに亘って波を同相にすることを可能にする。

したがって、試験片全体を試験するために、変換器に対
して試験片を相対回転することは無用となる。

加えるに、偏向器Ｍは、管の軸に対するきずの傾き角γ
の関数として選択することができる。

β−ｒに取れば良い。また、例えば、１つの偏向器Ｍに
対して２つの環状の変換器を配設し、１つは横方向のき
ずの検出に、そして他の変換器は縦方向のきすの検出に
用いることができる。

この場合の探査は、従来方式の複雑で螺旋状の運動の代
りに、簡単な管の並進運動で充分である。

この並進運動による探査は、ＬＡＭＢ波による励起が特
に効果的である薄い円筒壁の観察にとって、特に有用で
ある。

例えば、管の外部にある変換器−偏向器組合せ装置によ
る金属製の管の連続的な検査に、本発明による装置は特
に良く適している。

さらにまた、中実の棒でも表面近くの成る容積内の傷の
検査が可能である。

さらに、ＬＡＭＢ波の発生に用いる外に、本発明による
偏向器は、反射器であれまた前に述べたレンズ形式のも
のであれ、被験体の表面から計算して所定のｊ早さに亘
り波動を励起するのに用いることができる。

実際、例えば、円筒の表面に、衝突点で表面の法線と一
定の入射角を形成するビームの縦波を当てた場合には、
（横方向または縦方向）において励起される波は外表面
と、屈折により発生されるビームの包絡面との間の空間
以外には存在しない。

モして包絡面は外表面に対して平行である。

受信に際して過渡的な分散現象を避けるために、薄い厚
さの材料には、その両表面間でジグザグ状に伝播する一
定入射角の波を発生するのが有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＬＡＭＢ波の励起に対応する角度で試験体の
表面に波動ビームを加える扁平な変換器を示す側面図、
第２図は円に対して平行な波動ビーム束を伝播する扁平
変換器における入射角の変動を示す図、第３図は円形準
線のレンズにより集束されたビームを円筒体に加えた場
合の入射角の変動を説明する図、第４図は、角柱状試験
片に不連続螺旋に沿って入射するビームの伝播に関連す
る幾何学的パラメータで、扁平偏向要素の位置を定める
パラメータを説明する図、第５ａ図および第５ｂ図は、
正六角形断面の柱状片の母線に対して平行なビーム束Ｆ
を政庁の１断面に加わるビーム束Ｆ′に反射するのに用
いられる複数の扁平偏向要素により構成された偏向器を
示し、第６図は正六角形基底断面の柱状片の母線に平行
なビーム束Ｆを該柱状片の１つの母線に一定の入射角で
加えられるビーム束Ｆ′に偏向するための６つの扁平偏
向要素から構成された偏向器を示し、第７図は円形準線
の円筒片上の連続螺旋に沿って入射するビームの伝播に
関する幾何学的パラメータでしかも偏向器を構成する面
の幾何学的性質を定めるパラメータを説明するための図
、第８図は、円形準線の円筒の母線に対して平行なビー
ム束Ｆを赤道面内に位置しそして１つの円形準線に対し
一定の入射角を有するビーム束Ｆ′に偏向するための螺
旋状偏向器を示し、第９図は変換器および偏向器が円筒
管の内部に配置される場合の螺旋状偏向器、変換器およ
び円筒の位置関係を示し、そして第１０図は、ブロック
材料に切削により形成された螺旋状偏向器の斜視図であ
る。 ２、Ｃ・・・・・・試験片、Ｆ・・・・・・変換器４に
よって発生される波動ビーム束、Ｆ′・・・・・・Ｆか
ら偏向されたビーム束、６・・・・・・ＬＡＭＢモード
の波、Ｍ・・・・・・偏向器、Ｔ、４・・・・・・変換
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多角形の準線の角柱片Ｃの母線に平行なビーム束Ｆ
   を一定の入射角ｉで前記片Ｃの表面に当るビーム束Ｆ′
   に変換して該表面によって遮切られる波面の断面が不連
   続蝶旋群に対して垂直である屈折波を該表面に発生する
   ための偏向装置で、しかも前記各蝶旋は前記角柱状片Ｃ
   の稜線に沿って２対２で集交する複数の直線分により構
   成され、さらに各直線分は前記角柱状片Ｃの母線に対し
   て垂直な平面に関し角度βだげ傾斜している偏向装置に
   おいて、該偏向装置は、複数個の扁平な偏向要素から構
   成されて前記角柱状片の各面Ｐｉに少なくとも１つの偏
   向要素Ｍｉが相関され、該扁平偏向要素Ｍｉの各々の配
   向は、前記角柱状片Ｃの母線方向においてｃｏｓαに、
   前記ＰｉＯ法線方向においてｃｏｓ ｊ−ｓｉｎαに、
   そしてこれら等画線方向に対し垂直な軸線方向において
   ５ｉｎｊ−ｓｉｎαに比例する投影を有する法線ｎｉに
   よって定められ、ここで角度ｊおよびａＨＦＪ係式ｔａ
   ｎｊ＝ｔａｎ １−ｃｏｓβおよびｃｏｓ２α＝±５ｉ
   ｎｉ−ｓｉ口βに基すいて前記角度■およびβから定め
   られるものであり、さらに前記片Ｃの相続く２つの面Ｐ
   ｉおよびＰ１＋□に相関する２つの偏平偏向要素Ｍｉお
   よびＭｉ＋１の平面は、回転と並進とにより互いに他方
   から決定され、ここで該回転は前記面ｐ、、とＰｉの交
   錯線である稜線Ａｉおよび前記面ＰｉとＰｉ＋１ との
   交錯線である稜線Ａｉ＋□から等距離の平面内に位置し
   て前記片Ｃの母線に平行な軸を中心に、前記面Ｐｉおよ
   びＰｉ＋１により構成される二面体の角度に等しい角度
   たけ行なわれ、そして並進はａを前記面Ｐｉの幅とした
   場合にａ−ｓｉｎｊ・ｔａｎαだけ母線に平行に行なわ
   れることを特徴とする偏向装置。