JPS6358116A - 超音波の振動モ−ド判定装置 - Google Patents

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】 〔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に発
生させ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。

〔従来技術〕

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。

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−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ｌの表
面１ａで超音波が発生ずる。

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１０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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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、発生ず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非接触で発生させ
る超音波の振動モードが判定でき、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。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明に係る超音波の振動モード判定装置は、被検査材
の異なる位置からの反射光を検出する複数の光検出器９
位相検波器及び振動モード判定器とを具備し、各光検出
器における受光波の位相の関係に基づき位相検波器、振
動モード判定器で超音波の振動モードを判定するように
したものである。

〔作用〕

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。

〔実施例〕

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ｌから
適長離隔して可干渉光を被検査材ｌの表面１ａ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
生ずるレーザ光源］１とが設けられている。また、被検
査材Ｉ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−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−４を透過して被検査材１の表面１ａに照射される
ようになっており、レーザ光の照射により被検査材１に
超音波が発生する。

また、ハーフミラ−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−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−４を透過し、被検査材１にて反射
され、ハーフミラ−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−４にて反射
され、ミラー７にて反射され、ハーフミラ−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。

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。

次に動作について説明する。レーザ光源２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。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−４に入射する。ハーフ
ミラ−４に入射されたレーザ光の一部はハーフミラ−４
を透過し、被検査材１の表面を照射する。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ずる。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−４に入射し、ハーフミラ−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−４を透
過しない残りのレーザ光は、ハーフミラ−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−４に入射し、ハーフミラ−４を透
過して光検出器３ａ、　３ｂに入射する。

光検出器３ａ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
歪材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Ｓエコーとが観察される。一方第３図では、Ｓエ
コーとＳ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
と同一である粗密波であり、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。

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。

〔効果〕

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を判定できるので、被検査材の内部
欠陥検出において正確に内部欠陥を検出できる。

【図面の簡単な説明】

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１［Ｂ　　４・・・ハーフミラ−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。 第　２　Ｆ 第　３　　図 ′！４５　図 第　７　図 苑　８　　図 手続補正書　（自発） ｌ３和　（１１月１６日 特許庁長官殿　　　　　　　　　　　　　　　　　　、
・′Ｊ１、事件の表示　　　特願昭　　　６１−２０２
０５１号２、発明の名称 超音波の振動モード判定装置 ３、補正をする者 ５、補正の対象 明細書の「特許請求の範囲」の欄及び「発明の詳細な説
明」の欄 ６、補正の内容 ６−１明細書の「特許請求の範囲」の欄別紙のとおり ６〜２明細書の「発明の詳細な説明」の欄（１）明細書
第１頁１８行目から１９行目に「被検査材に発生させる
超音波Ｊ七あるのを「被検査材の表面に伝播してくる超
音波」と訂正する。 （２）明細書第３頁６行目に「表面１ａで」とあるのを
「表面で」と訂正する。 （３）明細書第５頁１７行目に「表面１ａに」とあるの
を「表面に」と訂正する。 （４）明細書第６頁９行目から１１行目に「表面１ａに
照射・・・（中略）・・・発生する。」とあるのを「表
面に照射する。」と訂正する。 （５）明細書箱７頁１４行目から第８頁２行目に「レー
ザ光源２は図示しないスイッチ・・・（中略）・・・放
射状に超音波が発生ずる。」とあるのを［レーザ光源１
１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−４に入射する。ハーフミラ−４に
入射されたレーザ光の一部はハーフミラ−４を透過し、
被検査材１の表面を照射する。」と訂正する。 （６）明細書第８頁１２行目に「光検出器３ａは、」と
あるのを「光検出器３ａ、　３ｂは、」と訂正する。 ７、添付書類の目録 （１）補正後の特許請求の範囲の 全文を記載した書面　　　　　　　　１通補正後の特許
請求の範囲の全文を記載した書面２、特許請求の範囲 １、被検査材に可干渉光を照射して該被検査材の　　に
云播してくる超音波の振動モードを非接触で判定する装
置であって、 前記可干渉光と前記可干渉光の反射光との干渉光を検出
する複数の光検出器と、該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、該位相検波器の出力に
基づき前記超音波の振動モード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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査材に可干渉光を照射して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判定する装置であっ
   て、 前記可干渉光と前記可干渉光の反射光とを検出する複数
   の光検出器と、該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、該位相検波器の出力に基づき前
   記超音波の振動モード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。