JPH0271147A - 非破壊検査方法及び装置 - Google Patents
非破壊検査方法及び装置Info
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- JPH0271147A JPH0271147A JP1103622A JP10362289A JPH0271147A JP H0271147 A JPH0271147 A JP H0271147A JP 1103622 A JP1103622 A JP 1103622A JP 10362289 A JP10362289 A JP 10362289A JP H0271147 A JPH0271147 A JP H0271147A
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- G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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。
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］
本発明は物体の検査に係り、より具体的には非破壊試験
／検査に関する。
／検査に関する。
［従来技術］
一例としてＪ、Ｐ、１ｌｉｎｓｌｅｙ著“Ｎｏｎ−ｄｅ
ｓｔｒｕｃｔｉｖｅＴｅｓｔｉｎｇ （非破壊試験
） （Ｍａｃｄｏｎａｌｄ ＆Ｅｖａｎｓ。
ｓｔｒｕｃｔｉｖｅＴｅｓｔｉｎｇ （非破壊試験
） （Ｍａｃｄｏｎａｌｄ ＆Ｅｖａｎｓ。
１９５９）に記載されているごとく、非破壊試験／検査
の技術分野には、被検体との放射線、音響、磁気反応な
どの物理的エフェクトに基く様々な試験／検査方法が含
まれている。より具体的に言えば、本発明と特に深い関
係があるものとして、音響（超音波）法においては被検
体のキズ（Ｈａｙ）や不均一部（ｉｎｈｏａ＋ｏｇｃｎ
Ｈｙ）の影響を受ける弾性波を監視する（Ｂ、Ｂａｎｋ
ｓ著“Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｆｌａｗ Ｄｅｔｅｃｔ
ｌｏｎｉｎ Ｍｅｔａｌｓ （金属のキズの超音波
検出法） （Ｐｒｅｎｔｉｃｃ−１１ａ１１．１９１３
２参照）。
の技術分野には、被検体との放射線、音響、磁気反応な
どの物理的エフェクトに基く様々な試験／検査方法が含
まれている。より具体的に言えば、本発明と特に深い関
係があるものとして、音響（超音波）法においては被検
体のキズ（Ｈａｙ）や不均一部（ｉｎｈｏａ＋ｏｇｃｎ
Ｈｙ）の影響を受ける弾性波を監視する（Ｂ、Ｂａｎｋ
ｓ著“Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｆｌａｗ Ｄｅｔｅｃｔ
ｌｏｎｉｎ Ｍｅｔａｌｓ （金属のキズの超音波
検出法） （Ｐｒｅｎｔｉｃｃ−１１ａ１１．１９１３
２参照）。
弾性波は、電磁、静電、磁歪、圧電エフェクトに基く電
気音響変換器（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｃｏｕｓｔｉｃ ｔ
ｒａｎｓｄｕｃｅｒ）によって発生させることができる
し、また下記の文献に記載されているとおりの方法によ
って発生させることもできる。
気音響変換器（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｃｏｕｓｔｉｃ ｔ
ｒａｎｓｄｕｃｅｒ）によって発生させることができる
し、また下記の文献に記載されているとおりの方法によ
って発生させることもできる。
Ｃ，Ａ、Ｃａ１ｄｅｒ ｅｔ ａｌ著”Ｎｏｎｃｏｎｔ
ａｃｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｕｓｉ
ｎｇ Ｌａ５ｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｒｅｒｏｍｅｔｒｙ
（レーザエネルギーと干渉を利用する無接触材料試
験法） （Ｍａｔｅｒａｉｌｓ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
、Ｖ。
ａｃｔ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｕｓｉ
ｎｇ Ｌａ５ｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｒｅｒｏｍｅｔｒｙ
（レーザエネルギーと干渉を利用する無接触材料試
験法） （Ｍａｔｅｒａｉｌｓ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
、Ｖ。
１．３ｇ（１９８０）、Ｎｏ、１． ｐｐ、 ８６−９
１（干渉を利用する監視方法も紹介されている）。
１（干渉を利用する監視方法も紹介されている）。
Ｃ，Ｐ、Ｂｕｒｇｅｒ ｅｔ ａｌ、著’Ｌａ５ｅｒ
Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｆｉｂｅｒ
ｏｐｔｉｃｓ Ｉｎ ＮＤＥ’ （非破壊検査におけ
る光ファイバーによるレーザ励起法） （Ｊｏｕｒｎ
ａｌｏｒ Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｌｖｅ Ｅｖａ
ｌｕａｔｉｏｎ、 Ｖｏｌ、７（１９８７）、ｐｐ
、５７−８４） （レーザエネルギーを可撓光ファイバ
ーを通して検査面に伝達する）。
Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｆｉｂｅｒ
ｏｐｔｉｃｓ Ｉｎ ＮＤＥ’ （非破壊検査におけ
る光ファイバーによるレーザ励起法） （Ｊｏｕｒｎ
ａｌｏｒ Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｌｖｅ Ｅｖａ
ｌｕａｔｉｏｎ、 Ｖｏｌ、７（１９８７）、ｐｐ
、５７−８４） （レーザエネルギーを可撓光ファイバ
ーを通して検査面に伝達する）。
干渉を利用する監視方法においては２本のコヒーレント
光線を利用する；被検体光線（ｏｂｊｅｃｔ ｂｅａｌ
ｉ）を被検体を通過させたり、被検体から反射させ、参
照光線（ｒｅｒｅｒｅｎｃｅ ｂｅａｓ）は被検体に照
射しない。２本の光線を重畳（ｓｕｐｅｒｐｏｓｅ）さ
せて干渉を起させ、広開口（ｗｉｄｅ−ａｐｅｒｔｕｒ
ｅ） （全視野ｆ’ｕｌ １−ｆｉｅｌｄ）システム
において合成強さ分布（ｒｅｓｕｌｔｌｎｇ １ｎｔｅ
ｎｓｉｔｙ ｄｌｓｔｒｉｂｕｔｌｏｎ）によって不変
光路（Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ）
の等高線図（ｃｏｕｔｏｕｒ ｆｆ１ａｐ）（光学位相
差ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ ｄｌｆＴｅｒｅｎｃｅ
）を表す干渉フリンジパターン（１ｎｔｅｒｆ’ｅｒｏ
ｍｅｔｒｉｃ ｆ’ｒｌｎｇＣｐａｔｔｅｒｎ）を生成
する。
光線を利用する；被検体光線（ｏｂｊｅｃｔ ｂｅａｌ
ｉ）を被検体を通過させたり、被検体から反射させ、参
照光線（ｒｅｒｅｒｅｎｃｅ ｂｅａｓ）は被検体に照
射しない。２本の光線を重畳（ｓｕｐｅｒｐｏｓｅ）さ
せて干渉を起させ、広開口（ｗｉｄｅ−ａｐｅｒｔｕｒ
ｅ） （全視野ｆ’ｕｌ １−ｆｉｅｌｄ）システム
において合成強さ分布（ｒｅｓｕｌｔｌｎｇ １ｎｔｅ
ｎｓｉｔｙ ｄｌｓｔｒｉｂｕｔｌｏｎ）によって不変
光路（Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ）
の等高線図（ｃｏｕｔｏｕｒ ｆｆ１ａｐ）（光学位相
差ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ ｄｌｆＴｅｒｅｎｃｅ
）を表す干渉フリンジパターン（１ｎｔｅｒｆ’ｅｒｏ
ｍｅｔｒｉｃ ｆ’ｒｌｎｇＣｐａｔｔｅｒｎ）を生成
する。
研究所の試験及び検査設備においては見通し照射（ｌｉ
ｎｅ−ｏｆ’−ｓｉｇｈｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）によ
って干渉監視を行うことができるが、工場の試験及び検
査設備においては限られたスペースで且つ隠れたところ
（ｈｉｄｄｅｎ ５ｕｒｒａｅｅ）の試験及び検査を行
わなければならない場合がある。本発明は、このことに
鑑みて、一般工場において被検体に容易にアクセスし、
キズを検出し特定する試験装置／方法を提供することを
目的とする。
ｎｅ−ｏｆ’−ｓｉｇｈｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）によ
って干渉監視を行うことができるが、工場の試験及び検
査設備においては限られたスペースで且つ隠れたところ
（ｈｉｄｄｅｎ ５ｕｒｒａｅｅ）の試験及び検査を行
わなければならない場合がある。本発明は、このことに
鑑みて、一般工場において被検体に容易にアクセスし、
キズを検出し特定する試験装置／方法を提供することを
目的とする。
［発明の概要］
本発明の試験装置及び方法は、工業製品の製造並びに保
守に関連して、製品の表面特性（組成。
守に関連して、製品の表面特性（組成。
連続性等）の不均一性を検査するものである。本発明に
よれば、−例として圧電法、光学法等によって彼検面に
エネルギーを印加し、少なくとも１本め光ファイバーに
よって探傷信号を披険面に印加し、帰還参照信号と帰還
被検体信号を伝送する光ファイバー干渉計（ｏｐｔｉｃ
ａｌ（ｉｂｅｒ Ｉｎｔｅｒ［’ｅｒｏｍｅｔｒｙ）に
よって表面波（レイリー波）を感知する。
よれば、−例として圧電法、光学法等によって彼検面に
エネルギーを印加し、少なくとも１本め光ファイバーに
よって探傷信号を披険面に印加し、帰還参照信号と帰還
被検体信号を伝送する光ファイバー干渉計（ｏｐｔｉｃ
ａｌ（ｉｂｅｒ Ｉｎｔｅｒ［’ｅｒｏｍｅｔｒｙ）に
よって表面波（レイリー波）を感知する。
（光ファイバーとは、紫外線、可視線、赤外線に相当す
る波長を有する１つ或いは複数のモードの照射線を導く
導波コアクラッド構造体（ｗａｖｅｇｕｌｄｉｎｇ ｃ
ｏｒｅ−ｃｌａｄｄｌｎｇ ５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）を言
う）。
る波長を有する１つ或いは複数のモードの照射線を導く
導波コアクラッド構造体（ｗａｖｅｇｕｌｄｉｎｇ ｃ
ｏｒｅ−ｃｌａｄｄｌｎｇ ５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）を言
う）。
本発明においては、好ましくは光ファイバー干渉検査法
を適用することによってジェットエンジン、ロケットモ
ータ等の重要コンポーネント アセンブリの組立て及び
保守工程における試験を容易化することができる。本発
明の試験方法は、他の方法によっては被検面にアクセス
することが極めて困難である場合に適用することができ
、また探傷レーザ光線を光路の大部分にわたって光ファ
イバーの中に閉込めるために安全性が高く、光ファイバ
ーの端部を遮蔽する場合に特にそうである。
を適用することによってジェットエンジン、ロケットモ
ータ等の重要コンポーネント アセンブリの組立て及び
保守工程における試験を容易化することができる。本発
明の試験方法は、他の方法によっては被検面にアクセス
することが極めて困難である場合に適用することができ
、また探傷レーザ光線を光路の大部分にわたって光ファ
イバーの中に閉込めるために安全性が高く、光ファイバ
ーの端部を遮蔽する場合に特にそうである。
［実施例］
第１図を参照して、（１）はレーザであり、（３）はレ
ンズであり、（４）は可変ビームスプリッタ（２）の第
１光線に光学整合している（ｏｐｔｌｃｌａ ａｌｌｇ
ｎｍｅｎｔ）単モード光ファイバーである。第２光線に
多モード光ファイバー（５）とフォトディテクタ（ｐｈ
ｏｔｏｄｃｔｅｃｔｏｒ） （Ｂ）が光学整合しており
、広帯域増幅電子ユニットがパルス発生器及び受入器（
ｐｕｌｓｅｒ−ｒｃｃｅｌｖｅｒ） （７）に電気接続
されている。パルス発生器及び受入器（７）は、無段ゲ
ート（８）を介してスペクトルアナライザ（９）とデジ
タルオシロスコープ（１１）に接続されており、スペク
トルアナライザ（９）はブロック（ｐｌｏｔｔｅｒ）
（１０）に接続されており、デジタルオシロスコープ（
１１）はプロッタ（１２）に接続されている。パルス発
生器／受入器（７）はまた、被検体（１４）に物理的に
取付けた圧電変換器（１３）に接続されており、被検体
（１４）に近接している光ファイバー（４）の先端によ
って表面波（例えば不均一部（１５）の影響を受ける波
）を干渉検知する。
ンズであり、（４）は可変ビームスプリッタ（２）の第
１光線に光学整合している（ｏｐｔｌｃｌａ ａｌｌｇ
ｎｍｅｎｔ）単モード光ファイバーである。第２光線に
多モード光ファイバー（５）とフォトディテクタ（ｐｈ
ｏｔｏｄｃｔｅｃｔｏｒ） （Ｂ）が光学整合しており
、広帯域増幅電子ユニットがパルス発生器及び受入器（
ｐｕｌｓｅｒ−ｒｃｃｅｌｖｅｒ） （７）に電気接続
されている。パルス発生器及び受入器（７）は、無段ゲ
ート（８）を介してスペクトルアナライザ（９）とデジ
タルオシロスコープ（１１）に接続されており、スペク
トルアナライザ（９）はブロック（ｐｌｏｔｔｅｒ）
（１０）に接続されており、デジタルオシロスコープ（
１１）はプロッタ（１２）に接続されている。パルス発
生器／受入器（７）はまた、被検体（１４）に物理的に
取付けた圧電変換器（１３）に接続されており、被検体
（１４）に近接している光ファイバー（４）の先端によ
って表面波（例えば不均一部（１５）の影響を受ける波
）を干渉検知する。
原理としては、レーザの非拡散出力（ｕｎｓｐｒｃａｄ
ｏｕｔｐｕｔ）をビームスプリッタにかけて略同じ強さ
の２本の光線を生成する。一方の光線は捨てられ（νａ
ｓｔｅ） 、他方の光線が単モード光ファイバーの中に
入る。光ファイバーを通って下っていく光線の中のごく
一部が出側端部からフレスネル（内）反射され、これが
ツ照波になる。後の光線は光ファイバーから出ていき、
被検体の拡散反射面によって反射されて散乱光線になる
。散乱光線の中の微量の検知可能光線が帰還被検体光線
として光ファイバーの中に戻り、光ファイバーを通って
戻りていく過程で内反射参照光線と合体し、干渉し合う
。光ファイバーから出た帰還光線は集束レンズによって
コリメート（集束） （ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）され、ビ
ームスプリッタによって偏向（ｄｅｃｌｅｃｔ）され、
帰還光線の中の約半分が多モード光ファイバーの中に入
る。光ファイバーのコア直径は、低損失結合（ｌｏｗ−
１ｏｓｓ ｃｏｕｐＨｎｇ）を確保するために一般的に
は５０μｍとすることが望ましい。弱い信号の場合はレ
ンズを追加して帰還光線を多モード光ファイバーの中に
入れる。
ｏｕｔｐｕｔ）をビームスプリッタにかけて略同じ強さ
の２本の光線を生成する。一方の光線は捨てられ（νａ
ｓｔｅ） 、他方の光線が単モード光ファイバーの中に
入る。光ファイバーを通って下っていく光線の中のごく
一部が出側端部からフレスネル（内）反射され、これが
ツ照波になる。後の光線は光ファイバーから出ていき、
被検体の拡散反射面によって反射されて散乱光線になる
。散乱光線の中の微量の検知可能光線が帰還被検体光線
として光ファイバーの中に戻り、光ファイバーを通って
戻りていく過程で内反射参照光線と合体し、干渉し合う
。光ファイバーから出た帰還光線は集束レンズによって
コリメート（集束） （ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）され、ビ
ームスプリッタによって偏向（ｄｅｃｌｅｃｔ）され、
帰還光線の中の約半分が多モード光ファイバーの中に入
る。光ファイバーのコア直径は、低損失結合（ｌｏｗ−
１ｏｓｓ ｃｏｕｐＨｎｇ）を確保するために一般的に
は５０μｍとすることが望ましい。弱い信号の場合はレ
ンズを追加して帰還光線を多モード光ファイバーの中に
入れる。
光ファイバー干渉計（ｏｐｔｌｃａｌ−ｆ’１ｂｅｒ
１ｎｔｅｒｆ’ｅｒ。
１ｎｔｅｒｆ’ｅｒ。
ｍｅｔｅｒ）をコヒーレント光線によって励起する故に
、外反射再捕捉光線の光路と内反射参照光線の光路との
間に半波長（の奇数倍）分の差があれば必ず破壊干渉（
ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ １ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）
が生じる０この干渉は、外反射光線が往復時に光ファイ
バー先端と被検面との間に位置しているギャップ、即ち
（フィゾーキャビティ（Ｆｉｚｅａｕ ｃａｖｉｔｙ）
を通過することによって生じる。これに対してこの光路
差が全波長（の倍数）である場合は干渉は構築干渉（ｃ
ｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ １ｎｔｅｒｒｅｒｅｎｃｅ）
になる。従って、２本の光線の強さと偏波（ｐｏｌａｒ
ｉｚａｔｉｏｎ）が略等しければ光ファイバーを通って
戻ってくる光線は、反射被検面が光ファイバーの先端に
向かって移動している時は輝いて見え、被検面が光ファ
イバー先端から遠ざかる方向に向かって移動している時
は暗く見える。移動によって誘起されるキャビティ長さ
の変化がわずか１／４波長分だけで出力信号の強さが最
大値から最小値へ、或いはまた最小値から最大値へ切替
わる。
、外反射再捕捉光線の光路と内反射参照光線の光路との
間に半波長（の奇数倍）分の差があれば必ず破壊干渉（
ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ １ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）
が生じる０この干渉は、外反射光線が往復時に光ファイ
バー先端と被検面との間に位置しているギャップ、即ち
（フィゾーキャビティ（Ｆｉｚｅａｕ ｃａｖｉｔｙ）
を通過することによって生じる。これに対してこの光路
差が全波長（の倍数）である場合は干渉は構築干渉（ｃ
ｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ １ｎｔｅｒｒｅｒｅｎｃｅ）
になる。従って、２本の光線の強さと偏波（ｐｏｌａｒ
ｉｚａｔｉｏｎ）が略等しければ光ファイバーを通って
戻ってくる光線は、反射被検面が光ファイバーの先端に
向かって移動している時は輝いて見え、被検面が光ファ
イバー先端から遠ざかる方向に向かって移動している時
は暗く見える。移動によって誘起されるキャビティ長さ
の変化がわずか１／４波長分だけで出力信号の強さが最
大値から最小値へ、或いはまた最小値から最大値へ切替
わる。
光ファイバー干渉計の最も重要な特徴の１つとじて参照
光線と被検体光線の固有自己整合性（ｉｎｔｒｌｎｓｌ
ｃ ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｏ＋ｅｎｔ）を挙げることが
できる。
光線と被検体光線の固有自己整合性（ｉｎｔｒｌｎｓｌ
ｃ ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｏ＋ｅｎｔ）を挙げることが
できる。
また、干渉計の略全体を通して同じ温度、圧力。
振動、環境が両光線に作用する。しかし、光線を先ファ
イバーの中に入れ、帰還信号を分離することに関して整
合を確保することは非常にデリケートな問題である。帰
還信号のコントラストをできるだけ高くするために移動
台（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ）を設けて光
ファイバー先端を移動させ、彼検面に入／用させること
ができる。また、例えば彼険面の反射率が低い場合等に
、外反射信号の増強するために小形対物レンズ（ロッド
レンズｒｏｄ ｌｃ口Ｓ）を先ファイバー先端に付加し
て光線をコリメートする。中程度の反射率になるように
機械仕上げした鋼材被検面の場合は、この小形レンズを
付加せずとも先ファイバー先端のスタンドオフ距離（ｓ
ｔａｎｄｏｒｒｄｉｓｔａｎｃｅ）がＩＣ１１までの距
離であれば満足のゆく結果が得られた。
イバーの中に入れ、帰還信号を分離することに関して整
合を確保することは非常にデリケートな問題である。帰
還信号のコントラストをできるだけ高くするために移動
台（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ）を設けて光
ファイバー先端を移動させ、彼検面に入／用させること
ができる。また、例えば彼険面の反射率が低い場合等に
、外反射信号の増強するために小形対物レンズ（ロッド
レンズｒｏｄ ｌｃ口Ｓ）を先ファイバー先端に付加し
て光線をコリメートする。中程度の反射率になるように
機械仕上げした鋼材被検面の場合は、この小形レンズを
付加せずとも先ファイバー先端のスタンドオフ距離（ｓ
ｔａｎｄｏｒｒｄｉｓｔａｎｃｅ）がＩＣ１１までの距
離であれば満足のゆく結果が得られた。
第１図に示す試験システムによって、表面から深さが２
＋＋ｃで長さが２．８１の斜長孔（ｏｂｌｉｑｕｅ ５
ｌｏｔ）を切った２５．４Ｘ２５．４Ｘ２５４ｍｍの棒
鋼を被検体として検査を行った。機械加工「キズ」か圧
電変換器と光ファイバー先端との間に位置している時に
オシロスコープトレース（ｏｓｃｉ Ｉ １ｏｓｃｏｐ
ｅ ｔｒａｃｅ）で観察したレイリー波の飛行時間、即
ち遅延時間が光ファイバー先端がキズに向かって移動す
るにつれて短くなっていくことが確認された。
＋＋ｃで長さが２．８１の斜長孔（ｏｂｌｉｑｕｅ ５
ｌｏｔ）を切った２５．４Ｘ２５．４Ｘ２５４ｍｍの棒
鋼を被検体として検査を行った。機械加工「キズ」か圧
電変換器と光ファイバー先端との間に位置している時に
オシロスコープトレース（ｏｓｃｉ Ｉ １ｏｓｃｏｐ
ｅ ｔｒａｃｅ）で観察したレイリー波の飛行時間、即
ち遅延時間が光ファイバー先端がキズに向かって移動す
るにつれて短くなっていくことが確認された。
光ファイバー先端が励起点（ｐｏｉｎｔ ｏｒｅｘｃＨ
ａｔｉｏ口）（第１図）に向かってキズを通過する時に
信号の振幅が著しく大きくなり、更に、キズから反射さ
れた光線成分に関係していると思われるいくつかの追加
信号が出現した。このインライン入射波（ｉｎ−ｌｉｎ
ｅ １ｎｐｕｔ ｗａｖｅ）とインライン反射波（Ｉｎ
−１ｉｎｃ ｒｃｌ’１ｅｃｔｃｄ ｗａｖｅ）は、在
来の接触式変換器で検知することは不可能ではないまで
も非常に困難であり、事実前記棒鋼を被検体とする圧電
ピッチキャッチ試験法（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃＬｒｉｃ
ｐｉｔｃｈ−ｃａｔｃｈ ｔｅｓｔ）では全く観察でき
なかった。
ａｔｉｏ口）（第１図）に向かってキズを通過する時に
信号の振幅が著しく大きくなり、更に、キズから反射さ
れた光線成分に関係していると思われるいくつかの追加
信号が出現した。このインライン入射波（ｉｎ−ｌｉｎ
ｅ １ｎｐｕｔ ｗａｖｅ）とインライン反射波（Ｉｎ
−１ｉｎｃ ｒｃｌ’１ｅｃｔｃｄ ｗａｖｅ）は、在
来の接触式変換器で検知することは不可能ではないまで
も非常に困難であり、事実前記棒鋼を被検体とする圧電
ピッチキャッチ試験法（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃＬｒｉｃ
ｐｉｔｃｈ−ｃａｔｃｈ ｔｅｓｔ）では全く観察でき
なかった。
ゲートを通さず、バイパス（＞ＩＭＩｌｚ）フィルタを
通してオシロスコープへ送る光ファイバー干渉＝１信号
の時間領域デイスプレィ（Ｈｍｅ−ｄｏａ＋ａ１ｎ ｄ
Ｉｓｐｌａｙ）には、圧電変換器が発生するレイリー波
と、機械仕上げ面キズからの部分反射波に対応するもの
であることが容易に認められるスパイク（Ｓｐ ｉ ｋ
ｃ）が見られた。反射波をインライン盈”？Ｊｌ （Ｉ
ｎ−ｉｎｅ ｌ１ｏｎＩｔｏｒ）する故にその時間スペ
ーシング（移動時間）を用いてキズの位置を知ることか
できる。このことは、例えば圧電センサーを用いる干渉
計よりも光ファイバー干渉計の方が優れていることを実
証している。光ファイバー干渉計による場合はエネルギ
ー吸収体を被検面に取付けないためにセンサーが音波を
変化させるということがなく、入力波と反射波を共に観
察することができる。
通してオシロスコープへ送る光ファイバー干渉＝１信号
の時間領域デイスプレィ（Ｈｍｅ−ｄｏａ＋ａ１ｎ ｄ
Ｉｓｐｌａｙ）には、圧電変換器が発生するレイリー波
と、機械仕上げ面キズからの部分反射波に対応するもの
であることが容易に認められるスパイク（Ｓｐ ｉ ｋ
ｃ）が見られた。反射波をインライン盈”？Ｊｌ （Ｉ
ｎ−ｉｎｅ ｌ１ｏｎＩｔｏｒ）する故にその時間スペ
ーシング（移動時間）を用いてキズの位置を知ることか
できる。このことは、例えば圧電センサーを用いる干渉
計よりも光ファイバー干渉計の方が優れていることを実
証している。光ファイバー干渉計による場合はエネルギ
ー吸収体を被検面に取付けないためにセンサーが音波を
変化させるということがなく、入力波と反射波を共に観
察することができる。
無段ゲートを通した信号をオシロスコープではなくスペ
クトルアナライザへ送ることによって周波数領域情報を
得た。最強反射周波数は約１．５Ｍ１ｌｚであり、２ｍ
ｏ＋よりも少し短い波長（略キズの深さに相当する）に
対応している。また、約３ｍｌ１１の波長（キズの長さ
２． ８［ｌｌ１１に近い）に対応する０、９５ＭＨｚ
付近の反射波スペクトルにおいて著しい減衰が認られた
。
クトルアナライザへ送ることによって周波数領域情報を
得た。最強反射周波数は約１．５Ｍ１ｌｚであり、２ｍ
ｏ＋よりも少し短い波長（略キズの深さに相当する）に
対応している。また、約３ｍｌ１１の波長（キズの長さ
２． ８［ｌｌ１１に近い）に対応する０、９５ＭＨｚ
付近の反射波スペクトルにおいて著しい減衰が認られた
。
第１図の試験システムには帰還信号を入側反射（ｉｎｐ
ｕｔ ｒｅｌ’１ｅｃｔｉｏｎ）から分離することが困
難であるという難点があり、この分離を容易に行えるよ
うに改造したのが第２図に示す試験システムである。第
２図をン照して、（１）はレーザであり、（３）は対物
レンズであり、（４）は単モード光ファイバーであり、
（６）はアナライザ（２１）（−例として第１図のコン
ポーネント７〜１２で構成する）に接続されているフォ
トディテクタであり、（１３）は超音波変換器であり、
（１４）は被検体であり、（２２）は先ファイバーであ
り、（２３）はハーフパワー（ｈａｔｆ’−ｐｏｗｅｒ
） （３ｄ Ｂ ）カブラであり、（２４〉は光学末端
器（−例として屈折率整合流体容器）である。
ｕｔ ｒｅｌ’１ｅｃｔｉｏｎ）から分離することが困
難であるという難点があり、この分離を容易に行えるよ
うに改造したのが第２図に示す試験システムである。第
２図をン照して、（１）はレーザであり、（３）は対物
レンズであり、（４）は単モード光ファイバーであり、
（６）はアナライザ（２１）（−例として第１図のコン
ポーネント７〜１２で構成する）に接続されているフォ
トディテクタであり、（１３）は超音波変換器であり、
（１４）は被検体であり、（２２）は先ファイバーであ
り、（２３）はハーフパワー（ｈａｔｆ’−ｐｏｗｅｒ
） （３ｄ Ｂ ）カブラであり、（２４〉は光学末端
器（−例として屈折率整合流体容器）である。
光ファイバー（４）の先端と被検体（１４）の間に追加
対物レンズ（２５）がある。
対物レンズ（２５）がある。
高分解度を確保するために用いるハーフフリンジ干渉計
（ｈａｌｌ’（ｒｌｎｇｅ １ｎｔｅｒｒｅｒｏｎｅｔ
ｅｒ）の場合と同様に、最大強さと最低強さの中間の信
号を生成するようにキャビティ （スタンドオフ）距離
を設定することによって最大感度／直線範囲を確保する
。１／４波長だけ隔たっている最大強さと最低強さで感
度はゼロになる。従って、熱膨張、低振動数機械振動等
の外乱（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）によって先ファイバ
ー先端と被検面との間隔が変化し、感度が最大から最低
になる可能性がある。振幅が１／８波長よりもはるかに
小さい低振動数（＜ Ｉ ＭＨｚ）振動は電子処理によ
って信号から簡単に除去することができるが、振幅の大
きい外乱はそうはいかない。
（ｈａｌｌ’（ｒｌｎｇｅ １ｎｔｅｒｒｅｒｏｎｅｔ
ｅｒ）の場合と同様に、最大強さと最低強さの中間の信
号を生成するようにキャビティ （スタンドオフ）距離
を設定することによって最大感度／直線範囲を確保する
。１／４波長だけ隔たっている最大強さと最低強さで感
度はゼロになる。従って、熱膨張、低振動数機械振動等
の外乱（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）によって先ファイバ
ー先端と被検面との間隔が変化し、感度が最大から最低
になる可能性がある。振幅が１／８波長よりもはるかに
小さい低振動数（＜ Ｉ ＭＨｚ）振動は電子処理によ
って信号から簡単に除去することができるが、振幅の大
きい外乱はそうはいかない。
長波長大振幅ノイズを除去する１つの方法としては、双
方向カブラの両端を対干渉センサーとして用いて１音波
長分よりも少し大きい間隔（鋼材の場合はＩＭＨｚで約
３ ｍｍ）だけ隔たっている２つの位置で相対被検面運
動を観察する。第３図の試験システムは、光ファイバー
（２２）が光学的に終端しておらす、帰還信号をアラナ
イザ（２１）へ送ること以外は第２図の試験システムと
同じである。光ファイバーの既知の相対位置に基いて、
２つの帰還信号を解釈することによって機械ノイズの影
響を取除くことができる。
方向カブラの両端を対干渉センサーとして用いて１音波
長分よりも少し大きい間隔（鋼材の場合はＩＭＨｚで約
３ ｍｍ）だけ隔たっている２つの位置で相対被検面運
動を観察する。第３図の試験システムは、光ファイバー
（２２）が光学的に終端しておらす、帰還信号をアラナ
イザ（２１）へ送ること以外は第２図の試験システムと
同じである。光ファイバーの既知の相対位置に基いて、
２つの帰還信号を解釈することによって機械ノイズの影
響を取除くことができる。
上に紹介した実験においては圧電変換器を用いたが、他
の手段を用いて音波を発生させることもできる。−例と
して、前記のＣ，Ｐ、Ｂｕｒｇｌｅｒ ｅｔ ａｌ。
の手段を用いて音波を発生させることもできる。−例と
して、前記のＣ，Ｐ、Ｂｕｒｇｌｅｒ ｅｔ ａｌ。
文献に記載されている如く、非接触式光ファイバーセン
サーを通すレーザ光線のパルスによって音波を発生させ
ることができる。更に、非接触式光ファイバーセンサー
は複雑な被検面の場合でも容易に走査することができる
故、音波発生方法の別に関係なく走査方式によって探傷
検査を行うことも可能である。最後に、対話機能とデー
タ収集機能を拡張するために光ファイバーセンサーを容
易に組合わせてセンサーアレイ（ｓｃｎｓｏｒ ａｒｒ
ａｙ）とすることもできる。
サーを通すレーザ光線のパルスによって音波を発生させ
ることができる。更に、非接触式光ファイバーセンサー
は複雑な被検面の場合でも容易に走査することができる
故、音波発生方法の別に関係なく走査方式によって探傷
検査を行うことも可能である。最後に、対話機能とデー
タ収集機能を拡張するために光ファイバーセンサーを容
易に組合わせてセンサーアレイ（ｓｃｎｓｏｒ ａｒｒ
ａｙ）とすることもできる。
第１図は、本発明の第１の好ましい実施態様としてのシ
ステムの図解である。第２図は、本発明の第２の好まし
い実施態様としてのシステムの図解である。第３図は、
本発明の第３の好ましい実施態様としてのシステムの図
解である。 １・・・レーザ、３・・・レンズ、 ４・・・単モード光フアイバ− ２・・・可変ビームスプリッタ、 ５・・・多モード光ファイバー ６・・・フォトデテクタ、 ７・・・パルス発生器／受入器、 ８・・・無段ゲート、９・・・スペクトルアナライザ、
１１・・・デジタルオシロスコープ、 １０．１２・・・ブロッ １３・・・圧電変換器、 ２１・・・アナライザ、 ２４・・・光学端末器、 夕、 １４・・・被検体、 ２３・・・カプラ、 ２５・・・追加対物レンズ。 ＦＩＧ、 １ 出 願 人：アメリカン テレグラフ テレフォン カムパニ アンド 泡クー卵
ステムの図解である。第２図は、本発明の第２の好まし
い実施態様としてのシステムの図解である。第３図は、
本発明の第３の好ましい実施態様としてのシステムの図
解である。 １・・・レーザ、３・・・レンズ、 ４・・・単モード光フアイバ− ２・・・可変ビームスプリッタ、 ５・・・多モード光ファイバー ６・・・フォトデテクタ、 ７・・・パルス発生器／受入器、 ８・・・無段ゲート、９・・・スペクトルアナライザ、
１１・・・デジタルオシロスコープ、 １０．１２・・・ブロッ １３・・・圧電変換器、 ２１・・・アナライザ、 ２４・・・光学端末器、 夕、 １４・・・被検体、 ２３・・・カプラ、 ２５・・・追加対物レンズ。 ＦＩＧ、 １ 出 願 人：アメリカン テレグラフ テレフォン カムパニ アンド 泡クー卵
Claims (15)
- （１）対象物表面の少なくとも一部をその不均一性に関
して検査する方法において、 前記対象物の表面にエネルギーを供給し、該対象物表面
の少なくとも一部の一点での表面波を光ファイバー干渉
計によって検知することを特徴とする非破壊検査方法。 - （２）圧電手段によって上記エネルギーを供給すること
を特徴とする請求項１記載の方法。 - （３）光学手段によって上記エネルギーを供給すること
を特徴とする請求項１記載の方法。 - （４）光ファイバーによって上記エネルギーを供給する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - （５）上記光ファイバー干渉計は単モード光ファイバー
を用いることを特徴とする請求項１記載の方法。 - （６）レンズを用いて上記一点での光を平行にすること
を特徴とする請求項１記載の方法。 - （７）双方向光カプラによって上記一点から帰還する光
を結合して干渉アナライザに入れることを特徴とする請
求項１記載の方法。 - （８）参照信号と被検体信号を各々別個の光ファイバー
で伝送することを特徴とする請求項１記載の方法。 - （９）対象物表面の少なくとも一部をその不均一性に関
して検査する装置において、 前記対象物表面にエネルギを供給する第１手段と、該対
象物表面の少なくとも一部の一点での表面波を検知する
第２手段と、を有し、該第２手段が光ファイバー干渉計
であることを特徴とする非破壊検査装置。 - （１０）上記第１手段は圧電変換器を有することを特徴
とする請求項９記載の装置。 - （１１）上記第１手段は電磁放射源を有することを特徴
とする請求項９記載の装置。 - （１２）上記第１手段は上記電磁放射源に結合されてい
る光ファイバーを有することを特徴とする請求項１１記
載の装置。 - （１３）上記第２手段は単モード光ファイバーを有する
ことを特徴とする請求項９記載の装置。 - （１４）上記第２手段はコリメーティング手段を有する
ことを特徴とする請求項９記載の装置。 - （１５）上記第２手段は双方向光カプラを有することを
特徴とする請求項９記載の装置。（１６）上記第２手段
は２本の光ファイバーを有することを特徴とする請求項
９記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US187805 | 1988-04-29 | ||
| US07/187,805 US4928527A (en) | 1988-04-29 | 1988-04-29 | Method and device for nondestructive evaluation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0271147A true JPH0271147A (ja) | 1990-03-09 |
Family
ID=22690539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1103622A Pending JPH0271147A (ja) | 1988-04-29 | 1989-04-25 | 非破壊検査方法及び装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4928527A (ja) |
| EP (1) | EP0339885A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0271147A (ja) |
| KR (1) | KR910004225B1 (ja) |
| BR (1) | BR8902042A (ja) |
| CA (1) | CA1325842C (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7993229B2 (en) | 2003-10-17 | 2011-08-09 | Jtekt Corporation | Power transmission chain and power transmission assembly using the same |
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| JPH03104842U (ja) * | 1990-02-06 | 1991-10-30 | ||
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