JPS60177314A - 管状物体の内表面を照射するための照射装置 - 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】 発明の背景 本発明は、管の内側面を検出するための装置に関し、特
に、そのような検出のために光ファイバーを用いる装置
に関する。

例えは蒸気発生器の伝熱管（以下、「ボイラー官」また
は「伝熱管」または単に「管」と称する）のような管の
内表面は、一般に、複数のばね負荷されたフイーラーを
有する機械的プローブによって行われる。フイーラーに
装備された歪ゲージを用いることによりはねの撓みを監
視することによって管内の付着物や障害物を検出するこ
とができる。しかしながら、スペースの制約により比較
的少ａのフィーラーしか使用することができず、しかも
、それらのフィーラーは間隔を置いて配置されているの
で、管の内周全面に亘って点検することはできない。更
に、フィーラーは、管の内表面に接触し、はね負荷（は
ね押し）されているので、点検操作中脆弱な管を傷つけ
るおそれが常に存在する。また、そのような機械的プロ
ーブを使用した場合、操作者は、点検中の管内の付着切
や障害物を実際に目視することができない。

以上のことから、操作者が管の内周全体を実際に目視す
ることができるようにする非接触型点検プローブを提供
することが望ましい。

発明の概要 本発明は、非接触型ブループ組立体内に光ファイバーを
採用することによって従来技術の上述した諸問題および
その他の問題を解決するものである。このプ四−プ組立
体は、光源として機能する光ファイバー製の内部コアと
、該コアを囲包し、反射光を捕捉する光ファイバー製の
環状リングと、□光ファイバー製内部コアから発する光
ビームおよび反射光ビームを焦点合わせして、光フアイ
バー製環状リングによって捕捉されるようにする１対の
平凸レンズと、反射性ボールベアリングまたは凹面コー
ン（凹面円錐体）の形のターゲット（標的）とを備えて
いる。反射性ボールベアリングまたは凹面円錐体によっ
て反射された光は、管の内表面に照射された円周バンド
（帯域）を創生ずる。

このバンドからの光が光ファイバーの環状リングへ伝送
されて管の内表面の目視点検を可能にする。

環状リングを構成する光ファイバーの端部は、円周バン
ドから該環状リングの光フアイバー内への光の伝送を最
適化するように所定の角度で斜切されている。

実施例の説明 第１図は本発明の一実施例によるプローブ組立体即ち管
の内表面を照射するための装置１０を示す。プローブ組
立体１０は、基本的には、該組立体の中央部分を構成す
る一群の大径光ファイバー１２（以下、単に「光ファイ
バー群」または「光ファイバー」とも称する）と、該大
径光ファイバー群１２と同心関係をなす、光ファイバー
１２より小径の光ファイバーより成る環状リング１４（
以下、単に「光ファイバー」とも称する）と、１対の平
凸レンズ１６と、該レンズおよび光ファイバー１２・１
４から離隔されて保持された反射性ボールベアリング１
８の形のターゲット（標的）とから成る。

大径光ファイバー群１２は、光源として機能し、各々、
約０．００８　ｉｎ　（０，−２０３２ｍｇ）のクララ
Ｆ直径を有するほぼ３７本の光ファイバーから成ってい
る。同軸スペーサ２０が大径光ファイバー群１２を１包
し、大径光ファイバー群１２と小径光ファイバーの環状
リング１２との間に介設されている。かくして、小径光
ファイバーの環状リング１４と大径光ファイバー群１２
とは同心関係に保持される。小径光ファイバーの環状リ
ング１４は、各々、約（ＬＯＯ１５ｉｎ　（［１０３８
１闘）のクララＦ直径と約ｏ、　ｏ　ｏ　Ｏ７５（ｏ、
　ｏ　１ｑ　０５間）を有する約１５００本の光ファイ
バーから成り、ボールベアリング１８によって反射され
る光の捕捉体として機能する。大径光ファイバー群１２
の入力端への光の導入および小径光ファイバーの環状リ
ング１４の出力端での光の収集を容易にするために、大
径光ファイバー群１２および小径光ファイバーの環状リ
ング１４は、いずれも、二叉状になされている。更に、
大径光ファイバー群１２の端部は、それが伝送する光を
小径光ファイバーの環状リング１４へ反射されて該リン
グによって収集される光から分離するように同軸スペー
サ２゜内に引込められている。

大径光ファイバー群と、同軸スペーサ２ｏと、小径光フ
ァイバーの環状リング１４との組立体に筒状スリーブ２
２が嵌着され、該スリーブ２２の外周にカラーナツト２
４が螺着されている。ナツト２４は、１対の平凸レンズ
１６．１６（焦点合せ手段）を互いに、かつ、大径光フ
ァイバー群１２および小径光ファイバーの環状リング１
４の端部から離隔させて保持する。

この１対の平凸レンズの構成は、慣用の広角レンズ構成
の一変型である。各平凸Ｌ・ンズは、約６簡の焦点距離
を有し、２つの平凸レンズの絹合せで約４．２ｍｍの実
効焦点距離を与える。レンズ１６と１６の間には約２ｍ
ｍの直径を有する絞り孔２６が介設され、レンズ構成体
全体のＦナンバーを約Ｆ２とするようになされている。

反射性ボールベアリング１８は、光の遮困１を最小限に
し、光の透過を最大限にする複数の細いワイヤ３０によ
って平凸レンズ１６に対して離隔して保持された取付は
ブロック２８内に固定される。

かくして、平凸レンズ１６の対は、大径光ファイバー群
１２と小径光ファイバーの環状リング１４とから成る組
立体と、反射性ボールベアリング１８との間に介設され
る。第２図に示される別の実施例においては、反射性ボ
ールベアリング１８とその取付はブロック２日に代えて
、凹面コーン（凹面円錐体）３２が設けられている。

第１図および２図のどちらの実施例も、例えばボイラー
管のような管の内部を照射するのに用いることができる
。そのような照射を行うためには、第３図に示されるよ
うにプローブ組立体１０を照射すべき管４０内へ挿入す
る。次いで、光源（図示せず）を大径光ファイバー詳１
２の端部の方に向け、光ビームを該大径光ファイバー群
を通して発出させる。光ファイバー群１２の端部から発
出した光ビームは平凸レンズ対の手前側のレンズ１６に
よって収東され、絞り２６を通って遠い側のレンズ１６
によって発散光ビーム４２として発出され、反射ボール
ベアリング１８または凹面コーン３２の前面の像平面に
焦点を合わされる。ボールベアリング１８または凹面コ
ーン３２に勘突した光は、反射されて、管４０の内表面
の円周パン）″（帯域）４４を照射する。この照射円周
バンド４４の幅の大きさは、プローブ組立体１０の各構
成要素間の相対寸法によって定まる。円周バンド４４の
ピーク照射強度は、平凸レンズ対１６のほぼ物体平面の
位置のところで得られる。

円ＩＩバンド４４からの反射光は、平凸レンズ対１６お
よび絞り孔２６によって収東され、光ビーム４６として
発散されて小径光ファイバーの環状リング１４の端部に
よって捕捉される。次いで、その光は、該小径光ファイ
バー１４によって検出器または視検器（図示せず）へ伝
送され、背の内表面の状態を眼で調べることができる。

画角、即ち、水平線に対する反射光ビーム４６の角度は
第４図に示されるように約３０゛であるコトカ実験によ
って確認された。この角度では、絞り孔２６を通る光の
僅か０．４％しか環状リング１４の小径光ファイバーに
進入しない。従って、管４０の内表面からの光の、環状
リング１４の光フアイバー内への結合（カップリング）
が極めて非効率となる。この結合効率は、光ファイバー
１４の端部を第４図に示されるように斜切することによ
って増大させることができることが判明した。そのよう
な斜切により管表面からの反射光ビームを環状リング１
４の光ファイバーにそレラの光ファイバーの軸線に平行
な方向に伝送することを可能にするからである。かくし
て、最適な結合効率が得られる。

第４図を参照すると、プローブ組立体１０の光ファイバ
ー端の拡大図が示されている。スネルの法則から、５ｉ
ｎ（３０°＋φ）＝ｎＳｉｎθ’＝ｎＳＩｎφという式
が得られる。ここで、ｎ　＝：　１．５、ｎは環状リン
グ１４の小径光ファイバーを構成するガラスの屈折率で
ある。上式を斜切角φについて解けば、斜切角φｚ６８
°となる。従って、最適結合効率は、環状リング１４を
構成する小径光ファイバーの端部に施す斜切角を約５８
°とした場合に得られる。像から光ファイバーへの結合
効率は、環状リング１４の端部に上記斜切を施すことに
よって１００倍以上も高められることが実験によって確
められた。更に、円周方向でみて対称的な斜切を得るた
めの１つの方法は、第５図に示されるように環状リング
１４の端に所定半径の凸面を研磨加工により形成するこ
とである。このような凸面の半径の太きざは、プローブ
組立体１ｏの全体幅の大きさに応じて定められる。環状
リング１４の端部に斜切を施すのに他の方法を用いるこ
とができるが上記の方法が、好便であり、しかも、優れ
た結果が得られることが認められた。

【図面の簡単な説明】

第１および２図は、それぞれ本発明の異る実施例による
管の内表面照射装置の一部切欠された断面図、第３図は
第１図の装置を点検すべき管内に挿入したところを示ず
…１面図、第４図は第１〜３図の装置の環状リングを構
成する光ファイバーの４−の斜切即様を示す拡大断面図
、第５図は環状リングの端部に凸状表面を研磨加工する
ことによって該リングの光ファイバーの端部を斜切した
ことを例示する拡大断面図である。 １０ニブロープ糺立体 １２：大径光ファイバー群 １４：小径光ファイバーの環状リング １６：平凸レンズ（焦点合わせ手段） １８：ボールベアリング（ターゲット）２０：同軸スペ
ーサ ２６：絞り孔 ２８：取付はブロック ３２：凹面コーン（ターゲット）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）管状物体の内表面を照射するための照射装置におい
   て、 照射すべき管状物体内へ光ビームを伝送するための光伝
   送手段と、該光ビームを該管状物体の内表面へ反射させ
   て、該内表面上に照射された円周バンドを創生ずるため
   のターゲットと、該照射された円周バンドから発出され
   た光を捕捉する光ビーム捕捉手段とから成る照射装置。 ２）前記光ビーム伝送手段は、第１群の光ファイバーか
   ら成るものである特許請求の範囲第１項記載の照射装置
   。 ３）前記光ビーム捕捉手段は第２群の光ファイバーから
   成るものである特許請求の範囲第１項記載の照射装置。 ４）前記第２群の光ファイバーは、環状リングの形に構
   成されている特許請求の範囲第５項記載の照射装置。 ５）前記光ビーム伝送手段は第１群の光ファイバーから
   成り、前記光ビーム捕捉手段は第２群の光フ・アイノ（
   −から成り、該第２群の光ファイバーは、第１群の光フ
   ァイバーを受容するように環状リングの形に構成されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の照射装置。 ６）前記第１光ファイバ一群と第２光ファイバ一群の前
   記環状リングとの間にスペーサ部材が介設されており、
   該スペーサ部材は、該環状リングを第１光ファイバ一群
   に同心関係に整列させるようになされている特許請求の
   範囲第５項記載の照射装置。 ７）前記第１光ファイバ一群の光ビーム発出端は、前記
   第２光ファイバ一群の環状リングの光ビーム捕捉端に対
   して引込められている特許請求の範囲第４項記載の照射
   装置。 ８）前記第２光ファイバ一群の環状リングの光ビ−ム捕
   捉端は、前記照射円周バンドから前記環状リングを構成
   する第２光ファイバ一群への光の伝送を最適化するため
   に所定の角度で斜切されている特許請求の範囲第４項記
   載の照射装置。 ９）前記環状リングの光ビーム捕捉端の前記斜切は、該
   光ビーム捕捉端に所定の曲率半径の凸状表面を形成する
   ことによって施されたものである特＃１８請求の範囲第
   ８項記載の照射装置。 １０）前記第２光ファイバ一群の光ファイバーの数は、
   第１光ファイバ一群の光ファイバーの数より多い特許請
   求の範囲第４項記載の照射装置。 １１）前記第１光ファイバ一群の光ファイバーの直圧は
   、ｍ２光ファイバー群の光ファイバーの直径より大きい
   ％許請求の範囲第４項記載の照射装置。 １２）前記伝送手段から発出した前記光ビーム全前記タ
   ーゲット上に焦点合わせし、かつ、前記照射円周バンド
   からの前記光ビームを前記光ビーム捕捉手段に向けて焦
   点合わせするための焦点合わせ手段が設けられている特
   許請求の範囲第１項記載の照射装置。 １６）前記焦点合わせ手段は、前記光ビーム伝送手段と
   ターゲットとの間に介設されている特許請求の範囲第１
   ２項記載の照射装置。 １４）前記焦点合わせ手段は、前記ターゲットと光ビー
   ム捕捉手段との間に介設されている特許請求の範囲第１
   ２項記載の照射装置。 １５）前記焦点合わせ手段懐、１対の平凸レンズから成
   るものである特許請求の範囲第１２項記載の照射装置。 １６）前記１対の平凸レンズの間に絞り孔手段が介設さ
   れている特許請求の範囲第１５項記載の照射装置０ １７）前記ターゲットは、反射性ボールベアリングであ
   る％昨請求の範囲第１項記載の照射装置。 １８）前記ターゲットは、凹面コーンである特許請求の
   範囲第１項記載の照射装置。