JPS6291843A

JPS6291843A - 深い空洞の内部表面に現れる欠陥を遠隔的に探査するための装置

Info

Publication number: JPS6291843A
Application number: JP61238955A
Authority: JP
Inventors: アンドレ　バリエール
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1985-10-07
Filing date: 1986-10-07
Publication date: 1987-04-27
Also published as: US4791293A; EP0222635A1; FR2588380A1; FR2588380B1

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。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、深い空洞の内部表面に現われるキズや欠陥を
遠隔的に検知するための装置に関す−る。

詳しくは、深い空洞の表面欠陥に選択的に固定される、
いわゆる浸透剤のホトルミネセンスを利用した装量に関
する。

現在、機械部品とくに管の表面のギズヤ欠陥を調べるの
に最も広く使われている方法には、ガンマ−グラフィー
、ニュートロノブラフイー、超音波、渦電流や染料浸透
剤などを用いた検査方法がある。

後者の方法は表面の欠陥を調べるのに広く使用されてい
るが、１法の小さいものは肉眼で観察することができな
い。　染料浸透剤検査の原理は次のとおりである。　す
なわち、ｉｌ！２察づべき領域に高い浸透力をもち、紫
外線により励起されると蛍光性を帯びるトレーサを含有
する液体を含浸させる。

表面の欠陥はその大きさを問わずこの液で満たされ、微
小受容体を形成する。　この液または浸透剤を、たとえ
ば水で洗浄して表面から除く。

自動浸透剤と称するこれらの液体のいくつかは、表面張
力と吸容現象により、一定時間後に表面に再ｙＡ１−る
。　その結果、紫外線を照射すると、強く明かるい光を
発するので、液体が浸み込んだ微少欠陥が露呈する。

キズや欠陥の検査に紫外線を用いた最初の装置は、水銀
灯やブラックライトランプを利用していたが、その寸法
が大きいために、直径の小さい管のような小さな空洞に
入れることができなかった。

内視鏡のの先端に組み込むランプを小型化覆る試みがな
されている。　しかし、このような装着は、照明力が小
さく、多量の熱を出すという欠点がある。

また、ガラス繊維または液体の形態の光ガイドを使用す
る試みもなされている。　しかしながら、これらの異な
るガイドは、その波長か３８０〜４００ｎｍの間にあり
、数メートル離れると２００マイクロワット／ｃｍ２以
上の光束を出すことができず、この照明方式の使用には
限界がめった。

本発明は、すぐれた光伝導性をもつ光ファイバーに高出
力のｌｉ色色光照合伝導させ、試験すべき空洞の内表面
に焦点を合わせることにより、キズまたは欠陥を検知で
きるような、とくに強いボｌ〜ルミネセンスを背ること
ができる装置に関する。

探査針は、単色光照射の集魚設定および空洞内壁の組織
的コントロールを可能にする。　光接続または接合は、
光路の連続性を保持し、探査針の空洞内への進行時の光
ファイバーの捩れを防止する。

この装置は、単色光を照射する単色光照射源、一端が照
射光源に接続され他端がその発生源からの単色光照射を
針に伝えるための、探査針に接続された光ファイバーを
イｊし、探査針は光ファイバーから伝えられた照射光を
探査すべき壁に導いて、その反射された照射光を戻りの
光ファイバーに伝え、これを探査した表面から反射され
た照射光を進行させるための処理手段の方に伝えるため
の、探査すべき表面に対して傾いた鏡をもっている。

４！、た、この装置は、光ファイバーを捩らずに探査組
を進行させるための、フン・イム−上に設けた回路光接
続部を備えている。

したがって、この装置は、染料浸透剤のホトルミネセン
スを単色光照射源により励起させることができ、この照
射光源は紫外線を照射するパルスレーザ−で構成するこ
とができる。　光ファイバーは、紫外線を、試験すべき
帯域まで案内する。

光ファイバーは光信号の探査手段への反則を強化するの
にも使用できることが好ましいが、二つの分離した光フ
ァイバーを使用することができる。

傾斜した鏡は、探査側に関して回転可能に設け、また後
者は前記の鏡を回転する手段をもつことが好ましい。

一実施態様において、探査針は、光ファイバーを本体に
接続するための接続部をもつ本体、透明管、この透明管
に回転可能に設けられる回転鏡、光ファイバーからの照
射光を探査１−ぺぎ表面に焦点を絞って伝える光学的手
段１．１１３よび本体を空洞に沿って案内する手段から
構成される。。

他の実施態様において、探査針は二つの１ノブアセンブ
リ、すなわち駆動サブアセンブリおよび探査サブアセン
ブリから成る。　各サブアセンブリは、本体と、本体を
空洞に案内する手段とをもち、駆動リブセブリはモータ
ーを備え、探査ナブアセンブリは回転鏡と、モーターを
回転鏡に接続する可撓性の駆動軸とを備えている。

本発明はまた、前記ファイバーを捩らずに回転させるた
めの、光ファイバーに介在させた回転接続部に関する。

　この接続部は、円筒状のボックス、ボックスに１と動
可能に設けたリング、ボックスに固定した第一のベース
および摺動リングに回転可能に設けた第二のベースを備
えるとともに、各ベースは円鉗形部で終る円筒状の穴を
有し、二つのベースの円錐形部間には球か配置され、ま
たボックスとスライドリング間に１はボールベアリング
が設けておる。

第１図は、本発明による内視鏡装置の金体を示す略図で
ある。　この装置は、たとえば蒸気発生器２のＵ字形の
管を検査するのに使用できる。

この発生器の管４は、図面を複雑にしないために三本だ
け示しであるが、１００ｍを超えるかなりの長さをもち
、内径は約２０＃と小さい。　したがって、これらの管
の内壁を検査して亀裂を探知するのはきわめて困難であ
る。

しかしながら、熱交換器の場合には、とくに熱交換流体
が互に反応するおそれがおるときには、欠陥を探知して
その場所をつきとめることが、そのコントロール操作に
不可欠である。

本発明による装置はこの要請に応えるものである。　こ
れは第一に単色光発光源６をもつ。　図示した例では、
上記発光源は繰返し速度５０サイクル／秒で波長３３７
．１ｎｍの紫外線を出すパルス窒素レーザーで構成され
ている。　単色発光源としては、他のパルスまたは非パ
ルスレーザ−１たとえばエキシマレーザ−１周波数ダブ
ラ−をもつ染料レーザー、チューナプルまたは非チュー
ナプルレーザーなども使用できる。　適当な浸透剤液は
これらにしたがって選ばれる。

レーザー６に組込んだ図示してないレンズにより、レー
ザーからでた発光を光ファイバー８の一端に焦点を合わ
せることができる。　光ファイバー８は紫外線に対する
すぐれた伝導性をもち、高い光強度で浸透剤液を照射で
きるから、非常に明かるい螢光がｊｑられ、その光は制
限された減衰度で反則させることができる。　光ファイ
バーは、光がそれを通して拡散しないような反射率をも
つ材料で被覆される。

光ファイバー８の他端は、マルチプレキサーデマルチプ
レキザ−１０に接続されている。　これは俊述するよう
に、レーザーから出た紫外線のうち、可視光線である部
分の反射光を分離プ゛る助きをする。　マルチプレキサ
−の出口で、光ファイバー８は探査針１２に接続される
。　これは第２図ないし第６図を参照して、より詳細に
説明する。

レーザー６から出た光は、光ノフイバ−８によって、前
記の照射光を観察する表面に導くための、４５℃に傾斜
さＵた鏡を備えた探査針１２まで伝導される。　前記照
明により発生する浸透剤の蛍光は、同じ鏡によって光フ
ァイバー８の終端に向けて反射され、マルチプレキサ−
デマルチプレキサ−１０に逆伝導される。　マルチプレ
キサ−の出口または出力では、可視光線は光ファイバー
１１（これはその−態様しとてガラスでつくられる）で
光増幅器１４に導かれ、ここで受信した光信号を電気信
号に変換する。　光増幅器１４は同調装置するに接続さ
れて、光増幅器からの返送信号を、レーリ？−６のパル
スと同調させて捕集する。

電気信号は、ついで処理ステーションまたは記録計１８
に供給される。

ざらに、本発明はまた、たとえば探査針を観察すべ管に
空気圧で推進させる手段を備えている。

これらの手段は、先行技術による既知の適当なタイプ８
選べばよいが、とくにフランス特許出願第８３−００６
９２２０　（１９８３年１月１８日）に記載のものが適
している。　それらは、管４と接続されて、ダクト１５
の手段によってコントロールされる気密容器１３から成
る。　容器の内部に、加圧された流体を供給するための
図示してないコンプレッサーや、前記容器から流体を放
出させる図示してない放出弁などの手段を僅えている。

また、ドラム１９によって構成されるケーブル捲回手段
を漏えている。　ドラムに巻かれる光ファイバーのイｊ
効な長さは、耐摩擦性のシースで囲まれており、シース
から選び出させる浮遊体、たとえばオリーブ油を価えて
いる。　固定された光ファイバーと回転する光ファイバ
ーとの間には回転光接続部またはリンク２１が設けてあ
り、第７図について述べるように、ケーブルが捩れない
で巻き戻しされることを可能にしている。　固定された
光フン・イバーは、固い通路２２を通って気密容器の内
部に入る。

第２図は、本発明による内視鏡装置を構成する探査針の
、第一の実施態様を示す。　探査ヘッド１２ａは、光フ
ァイバー８の終端に、コネクター２２によって接続され
ている。　これはベース２４と、集光シリカレンズ２８
を受けるベースリポート２６をもつ。　探査ヘッドはま
た、スピンドル３２によって回転鏡３４に接続された電
気モータ３０をもち、回転鏡は探査ヘッド１２ａの文字
りで表わされる縦軸に対し、４５°Ｃの傾きもつ。

図示した実施態様においては、レーザービームは、管４
の二つの部分を結合する溶接３６の一方の端に位置して
いる。　電気モーター３０へは、適宜の手段、とくに電
力線ケーブル３３により電力が供給される。　もちろん
、探査針本体に電池を組み込むこも可能である。

モーター３０は同一直径の減速機３］を備え、全体の長
さが３６ｓ＋＋程度の小型モーターでおる。

後者は、その両端をアラルダイト（接着剤）で接着され
た高純度シリカ管３８・により、ベースサポート３８に
接続されている。　螢光性物質を含浸させた図示してな
いワイヤが、管３８の母体に従ってシリカ菅の外側に、
長手方向に沿って固定されている。　このワイヤは、記
録の際、回転鏡３４の各回転を計数化する明らかなパル
スを得ることを可能にする。　パッド４０は、釦を＠軸
に関し位置決めするから、後者は実質的に針の縦軸りと
一致することになる。

第３図は第２図の針１２ｂの構造を改変したものであっ
て、シリカレンズ２８′の取付位置だ【ノを変えておる
。　光フアイバー軸、つまり針の縦軸りに位置させる代
りに、前記焦点レンズを、その軸が管４の内壁に垂直と
なるように位置させである。

第２図および第３図の針１２ａ、１２ｂは、前述した空
気圧装置によって軸方向に移動させる。

探査は、光学系ずなわち絶えず回転する鏡３４の進行の
間に行なわれる。　このような空気圧式駆動手段をとる
場合、♀１の移動速度は完全に規則性があるわ（プでは
なく、あるいは完全には知ることができない。　従って
、針の移動速度と回転鏡３４の回転速度とは同調しない
。　このようなわけで、管４の内部表面の完全な探査は
、針１２ａの通過数を増加させることにより達成される
。

第４図ないし第６図に示す第二の実ｍｉ様によれば、探
査検は、鏡の移動をその回転と同調させることができる
手段を備えている。

第４図は、針が二つのサブアセンブリ、すなわち駆動サ
ブアセンブリ１２Ｇと探査サブアセンブリ１２ｄとから
構成されることを示す。　各サブアセンブリは、本体と
、本体を空洞すなわちこの場合には管４の内壁に案内す
る案内手段４０とをもつ。　可撓性の駆動軸４２が二つ
のサブアセンブリを接続している。　その一端は、第一
の実施態様で用いたのと同じようなタイプの電気駆動モ
ーターに接続され、他端は回転鏡３４のスピンドル３４
接続されている。　可撓性の駆動軸により、探査針は内
径２０１ｒＩ！Ｉｔに対して曲率半径が１２５ｍ程度の
、曲がりくねった管の中で移動することができる。

第５図および第５ａ図は、第４図の実施態様の探査サブ
アセンブリ１２ｄを詳細に示す。　光ファイバー８は、
図示してないコネクタにより探査サブアセンブリ１２ｄ
に接続される。　光ファイバー８からの光線ビームは、
本体と一体のリング４６内に設けたシリカレンズ４４に
、それから平行に出るように導かれる。　レンズ４８は
スリーブ５０内に設けられ、スリーブは探査サブアセン
ブリ１２ｄの本体５１内を並進できる。　スリーブ５０
の並進は、ナツト−ネジ方式により達成され、これは可
撓性の駆動軸４２によって伝達される、図示してない駆
動サブアセンブリのモーターの回転を、本体内に位置す
るボールベアリング５４に設けた可撓性の駆動軸５２に
伝達し、並進運動に変換する。　スリーブ５０は内側ネ
ジを備え、これは本体のエレメント５１′内に形成せれ
た内側ネジとｖ；Ａ働する。　駆動軸５２は、スリーブ
５０の端面斜視図である第５ａ図に詳細に示すように、
端部に横ピン５６を備えている。　このスリーブは、ビ
ン５６がスライドする長手方向のスリット５８をもつ。

さらに、本体のエレメント５１′には、ストッパ６０が
固定されている。従って、スリーブ５０は前記固定スト
ッパ６０間を移動できる。　他のストッパ４１は、スリ
ーブ５０の内壁に設けられている。

第６図は、スリニブ５０が第５図に示す反対側に移動し
たときの終端を示し、レンズ４８′は第３図に示すよう
に、鏡の後に位置している。　このように、第５図では
、スリーブ５０内のストッパ４９は固定リング４６と鏡
を接しているが、第６図ではスリーブがストッパ６０と
接触してＪ３す、これが他端側での移動を規制している
。

スリーブ５０がストッパ６０．４９のいずれかに接触す
ると、その進行に対する抵抗によって、駆動サブアセン
ブリのモーターの電力消費上が急上昇する。□　この消
費層の増加を適宜の電気的手段で検出し、モーターの供
給電流の極性を反転させる。　これによりモーターの回
転方向が反転し、スリーブの移動方向が逆転する。　こ
うして、鏡３４はシリカ管３８内で、外側および内側に
連続的に移動する。

この駆動方式により、回転鏡の長手方向の移動とその回
転角が同調する。　鏡の移動中、探査ヘッドは固定され
ている。　これは、探査針に対する空気圧式駆動装置に
よる加圧が中断することを意味する。　この実施態様に
よれば、所定の長さの管を、その探査工程を何度も繰返
す必要がなく、一定して所定の間隔で探査することがで
きる。

第７図は、固定された光ファイバーの部分と回転する光
ファイバーの部分とを接続す゛ることができる、回転光
接続またはリンクの部分図でおる。

第１図にみるように、蒸気発生器２の管内を貫通する光
フ１イバーは、ドラム１９から巻き戻されている一方、
マルチプレキサ−デマルチプレキリ−１０に接続された
光フアイバ一部分は、回転する状態で固定されている。

　従って、これらの二つの光ファイバ一部分を回転可能
に接続する必要がある。　第７図に示す接続部２１は、
この問題を解決するものである。　この回転接続部は、
好ましくは光ファイバーを巻くドラム１９に設けるが、
探査針の進行中、光ファイバーとそのシースの捩れやラ
セン状の曲がりを阻止するのに適した箇所であれば、ど
こでもよい。

この接続部は、フランジ６２ａから形成した円筒状のボ
ックス６２と、内孔を有する外筒部６２ｂとから成る。

　上記内孔には、リング６４が収納されている。　これ
はボックス内を長手方向に摺動できる。　リング６４の
長手方向の位置は、複数のネジ６４で規制される。　第
７図中、左側の固定ベース６６は、円筒状ボックス６２
のフランジ６２ａを通り後ける。　これは同筒状部とフ
ランジ部とから長手方向に内孔を有し、マルチプレキサ
ーデマチルプレキサ−１０に接続された光ファイバーの
非回転部分を受は入れる。　その端末がベース６６に導
入されるファイバーは、ベース内で適宜センタリングを
するための通常のプラグを備えている。　ベース６６の
位置は、軸方向にはネジ８０で、また長手方向にはネジ
８２で、それぞれ調節する。

第二のベース６８は、ベアリング７０により、リング６
４内に回転可能に設けられている。　固定ベース６６と
同じく、回転ベースは円筒状部とフランジ部とから形成
され、中間環８４に関してネジ８６．８８により、半径
方向および長手方向に正しく、かつまっすぐに調整でき
る。　光ファイバー８の回転部分の一端は、回転ベース
６８の孔に導入される通常のプラグに接続されている。

ベアリング７０により、ベース６８は第一のベース６６
に対して回転することができる。　ベアリング７０の方
向のあそびは、スラストボールベアリング７２で処理す
る。　後者の諸リングのひとつは中間リング８４と一体
になっており、その上にベアリング７０の内側リングが
設けられている。

一方、スラストポールベアング７２の別のリングは、ボ
ックス６２の凹部に設けた複数のコイルバネ９０の作用
に従属している。　ベアリング７０の外側リングは、リ
ング６４の穴に設けである。

以上の配列の結果、ネジ６５を締めると、リング６４は
ボックス内を摺動して後者の外部に近づきバネ９０を圧
縮する。　この力はスラストボールベアリング７２を介
してリング８４に伝えられ、ついでベアリング７０の内
側リングに伝達されるから、そのあそびに対処すること
が可能となる。

回転接続部の調整に際し、回転ベース６８の芯合わせは
、はじめにネジ８６．８８により微調整し、光源に接続
された光ファイバー８の回転部分の山内端と顕微鏡とを
、その回転ファイバーの他端部の前に置く。　次に、ネ
ジ８０．８２の微動によってベース６６のセンタリング
を行ない、固定光ファイバ一部分（図ではも側）と回転
ファイバ一部分（図では左側）の光軸を、最大伝達光束
を１２察することにより一致させる。　自明なように、
伝達される光束はファイバー同士の光軸が完全に一致し
たときに最大となる。　この最大光束が１ｑられたとき
に、回転ファイバーの回転運動の中心が固定ファイバー
と同軸であることが確立されたことになる。

ファイバー８を巻くドラムは、ベアリング９２の表示に
用いた一点鎖線のように、固定支持フランジのついたボ
ックス６２に設けることができる。

本発明による装置は、従来通常の可視光線型内視鏡によ
る直接′ｖＡ察や、ブラックライトランプで１１られる
ような紫外線を用いる方法では検出できなかった、僅か
数ミクロンの欠陥や亀裂を検知することができるから、
とくに興味ある多くの利点をもつ。　この光電的方法に
より、入口からかなり離れた距離、とくに、たとえば熱
交換器のように、内径が小さく、長さが大きな管の欠陥
を検知できるようになった。

本装置は多くの適用と応用が可能であり、単に金属また
は非金属製の、種々の形状と大きさをもつ機械部品の欠
陥を探知することに限定されるものではない。　　（適
当な）計数化手段により、探知した欠陥と電気的記録と
を一致させることができ、キズや欠陥の標準的なタイプ
への分類をすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の内ＦＡ鏡機械の略図である。第２図は、本発明の内視鏡機械を構成する探査針の第一
の実施態様を示す説明図である。第３図は、第２図の探査針の構造を変えた説明図である
。第４図は、本発明の内視鏡機械を構成する探査針の第二
の実施態様を示す説明図である。第５図は、第４図の内視鏡針または管を構成する探査サ
ブアセンブリの拡大説明図である。　第５ａ図は、第５
図のサブアセンブリのスリーブの端面を示す斜視図であ
る。第６図は、探査すべき表面に鏡を並進させる好ましい手
段を示す説明図である。第７図は、本発明による内視鏡機械を構成する回転光フ
ァイバーの、回転光接続部またはリンク部を示ず断面図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）深い空洞の内部表面に現われる欠陥を、それに選
択的に固定される物質のホトルミネセンスを用いて遠隔
的に探査する装置であって、単色光照射源と、一端が単
色光照射源に接続され他端が射源光照から単色光照射源
を探査すべき表面に伝えかつ探査針からのホトルミネセ
ンス照射光を信号処理手段に伝えるための探査針に接続
された光ファイバーとを備え、この探査針は、空洞内を
移動可能であって、探査すべき表面に対して傾きかつ回
転可能に取りつけられた鏡を有するとともに、光ファイ
バーから伝えられた照射光を前記の壁に導いて、その反
射光を戻りの光ファイバーに伝えて、これにより前記信
号処理手段に導くために前記の鏡を回転させる手段を有
して構成されており、さらに、光路の連続性を確保しか
つ探査針が前記光ファイバーにいかなる捩れをも与えず
に進退できるようにするためたの回転可能な光接続部ま
たは接合部を備えていることを特徴とする装置。
（２）探査針が、本体、前記光ファイバーを本体に接続
するための接続部、前記回転可能な鏡を内装して本体内
に設けた透明な管、光ファイバーからの照射光を探査す
べき表面に焦点を絞って伝える手段、および本体を空洞
内に案内する手段から成る特許請求の範囲第１項の装置
。
（３）探査針が、駆動サブアセンブリおよびサブアセン
ブリの二つのサブアセンブリから成り、各サブアセンブ
リは本体と、この本体を前記空洞内に案内する案内手段
とを備え、駆動サブアセンブリはモータを有し、探査サ
ブアセンブリは回転鏡および前記モータを前記回転鏡と
接続する可撓性の駆動軸を有する特許請求の範囲第１項
の装置。
（４）装置が、ネジと、そのネジと協動するナットを備
え、これら二つのエレメントの一方が探査針の本体に回
転しない状態で設けられ、他方が駆動モータに回転する
状態で結合して、傾斜した鏡を本体に関して移動できる
ように構成するとともに、モータの回転方向を鏡の両方
の移動端でそれぞれ逆転させるための手段を備えている
特許請求の範囲第１項の装置。
（５）モータの回転方向を鏡の両方の移動端でそれぞれ
逆転させる手段が、鏡が移動する両端に位置してそれぞ
れ固定されたストッパと、回転駆動するエレメントをも
つ電気駆動モータの電流消費量の増加を検出して自動的
にモータの回転方向を逆転させる電子手段とによって構
成された特許請求の範囲第４項の装置。
（６）装置が、バネを形成するブレードにより構成され
る案内パッドを備える特許請求の範囲第１項の装置。
（７）戻りの信号を処理する手段が、探査すべき表面か
ら反射された戻りの照射光を電気信号に変換する手段、
戻りの信号をレーザーのパルスに同調して捕集する同調
装置、および記録手段から成る特許請求の範囲第１項の
装置。
（８）探査すべき表面から反射された戻りの照射光を電
気信号に変換する手段が光増幅器で構成される特許請求
の範囲第１項の装置。
（９）照射光源と探査針とを接続する光ファイバーが戻
りの照射光の伝導にも使用され、光ファイバーには戻り
の照射光を単色光源から出た照射から分離するための分
離手段を備えている特許請求の範囲第１項の装置。
（１０）光ファイバーを捩らずに探査針を進退させるた
めに、ファイバーには回転接続部が設けられており、こ
の接続部は、円筒状のボックス、ボックスの孔内に固定
されその位置をネジにより長手方向に調整可能に設けた
リング、ボックスに固定され、その位置をネジにより長
手方向および他のネジにより軸方向に規制できる第一の
ベース、リング内でベアリング手段によって回転するベ
ースおよびベアリングの内部リングに設けた中間リング
を備えており、これにより第二の回転可能なベースをネ
ジにより軸方向に、また中間リングに設けた別のネジに
よって半径方向に規制できるように構成するとともに、
ベアリングのあそびを処理するためにボックスと中間リ
ングとの間に圧縮バネを介してスラストボールベアリン
グを挿入して成る特許請求の範囲第１項の装置。
（１１）探査針を空洞内に進退させる手段を備えており
、この手段は、コントロールすべき空洞に結合できる気
密容器、加圧流体を空洞内に導入し、上記流体を空洞か
ら放出するための手段、フロートの付いたケーブルおよ
びケーブルの端部に固定された探査針、ケーブルの捲回
手段、および探査針の導入速度を規制する手段から成る
特許請求の範囲第１項の装置。