CN101622534B - 超声波检查装置 - Google Patents

Abstract

提供一种超声波检查装置，其通过利用激光而谋求装置小型化，同时能够防止被检体劣化、变形，并且能够进行范围广泛的优良的检查。提供一种超声波检查装置(1)，具有激光装置(5)及体积检查用超声波发送部(17)，该激光装置(5)发射激光；该体积检查用超声波发送部(17)具有被照射该激光装置(5)所发射的激光而产生超声波C的发送振膜(39)，将该体积检查用超声波发送部(17)的发送振膜(39)产生的超声波(C)照射到被检体上进行检查。另外，提供一种进行混合检查的超声波检查装置(1)，其增加具备表面检查用超声波发送部(19)，以能够进行体积检查和表面检查这样性格不同的检查即混合检查。

Description

超声波检查装置

技术领域

本发明涉及超声波检查装置。 

背景技术

利用超声波的检查装置在例如医疗、原子探伤检查等中已经实现实用化。例如，超声波探伤试验能够比较简单地检测出材料内部的缺陷，所以，在结构材料的重要部分的检查中被使用并达到了很好的效果。在超声波探伤试验中，对于超声波的发送，例如专利文献1中所示那样采用压电元件。 

该压电元件由于例如直径为20mm左右而较大，所以装置变得大型化。因此，对狭窄部分或复杂形状的部件的测定很难。另外，由于压电元件的固有频率限制了超声波的频率带域，所以，存在着用于部件表面的图象显示等方面还不是很合适的问题。 

为解决这些问题，提案有如专利文献2示出的激光超声波法。 

该方法中，使用光纤对被检体照射激光，由该激光在被检体表面激励起超声波，然后由接收激光检测出在被检体中传播了的超声波。通过感知该超声波的变化，从而检测出缺陷，通过对接收的超声波进行频率分析也可以进行深度的确定。 

即，因为超声波产生中采用了纤细的光纤，所以装置可以实现小型化，能够对应狭窄部分或复杂形状的部件进行测定。 

[专利文献1]特开JP2000-28589号公报 

[专利文献2]特开JP2005-43139号公报 

发明内容

然而，如专利文献2所示，因为激光直接照射到被检体上，所以恐怕会产生被检体劣化、变形等问题。 

另外，如果如此地限制激光强度则不能进行充分的检查，或者，作为检查目标的被检体的范围会受限制，这样的问题存在。 

进一步，在激光不能通过的场合，例如，在高速增殖炉的冷却材料即钠中，存在不能进行检查的问题。 

本发明鉴于上述问题而提出，目的在于提供一种超声波检查装置，通过利用激光而谋求装置小型化，同时能够防止被检体劣化、变形，并且能够进行范围广泛的优良的检查。 

本发明为解决上述课题，采用如下的手段。 

本发明的一个形态，提供一种超声波检查装置，具有激光装置、超声波发送部和超声波接收部，该激光装置发射激光；该超声波发送部具有被照射该激光装置所发射的激光而产生超声波的第一振膜，且该超声波发送部的该第一振膜产生的超声波照射到被检体而进行检查；该超声波接收部具有用于接收由上述被检体反射的超声波并进行振动的第二振膜、和对该第二振膜发射激光同时接收由该第二振膜反射的激光的激光部件；并且，在该激光装置中，具有把向该第一振膜入射的激光进行强度调整而使该第一振膜产生的超声波的强度和频率得以调整的强度调整机构；上述超声波发送部具有多个，分别产生频率不同的超声波；且多个上述超声波发送部及多个上述超声波接收部被一体保持在超声波检查装置的检查体；上述检查体具有作为箱体的本体、在上述本体的一面的中央部所安装的且用于光纤插通的通路部；并且多个上述超声波发送部的第一振膜及多个上述超声波接收部的第二振膜均被设置成面向上述本体的与上述通路部相对的面。 

根据本形态，通过激光装置发射的激光照射到第一振膜上，第一振膜产生超声波，将该超声波照射到被检体上，所以能够防止被检体劣化、变形。 

这样，因为可以安装高输出的激光，所以能够增加产生的超声波的强度。由此能够进行良好的检查。另外，因为即使与被检体相隔的距离增大也能够进行充分的检查，所以能够增大指向角。这样，因为能够减小分辨率，所以能够提高检查精度。 

此时，激光的输出优选控制在第一振膜不被激光劣化或损伤而健全的范围内。 

进一步，通过使用光纤传送激光，因为能够减小超声波发送部，所以能够实现超声波检查装置的小型化。 

另外，因为检查中使用超声波，所以在激光不能通过之处例如在高速增殖炉的冷却材料的钠中，也能够进行检查。 

这样，因为通过强度调整机构能够调整向第一振膜入射的激光的强度，所以能够调整第一振膜产生的超声波的强度和频率。 

这样，因为能够产生对应被检体的种类，检查场所等合适的超声波，所以能够提高检查精度，检查效率等。 

作为强度调整机构，具有调整激光装置的输出、调整激光脉冲幅度、ND过滤器(Neutral Density Filter)等调整激光光量的过滤器和聚光透镜等调整入射到第一振膜上的激光的光斑直径的、这样的强度调整机构。 

另外，在上述形态中，上述第一振膜优选具有规定的频率特性。 

这样，根据被检体的种类，检查种类，通过采用具有最适当的超声波发送部的超声波检查装置，从而能够提高检查精度，检查效率等。 

第一振膜可以采用单一材料形成，也可以采用多种材料叠合的包层板，也可以是复合多种材料的复合材料形成。 

另外，在上述形态中，上述第一振膜优选采用对上述激光的吸收效率良好的振膜。 

这样，激光的能量大部分移行到第一振膜上，所以能够提高能量效率。 

另外，在上述形态中，上述第一振膜优选至少在上述激光照射的面进行涂覆。 

这样，因为涂层抑制了由于激光而导致的第一振膜的劣化或损伤，所以能够增强激光的强度，能够增强产生的超声波的强度。 

另外，如果涂覆激光吸收效率好的涂材，因为激光能量大部分移行到第一振膜上，所以能够提高能量效率。 

这样，1台超声波检查装置，即可应对被检体种类，检查场所等变化。 

另外，例如还用于体积检查、表面检查那样规格不同的检查即混合检查。 

另外，在上述形态中，优选具有超声波接收部，该超声波接收部具有用于接收由上述被检体反射的超声波并进行振动的第二振膜、和对该第二振膜发射激光同时接收由该第二振膜反射的激光的激光材料，该超声波接收部优选和上述超声波发送部被一体地保持。 

这样，因为超声波发送部和超声波接收部无须独立地设定位置，所以能够有效地进行检查。 

根据本发明，通过激光装置发射的激光照射到第一振膜上而在第一振膜上产生超声波，并将该超声波照射到被检体上，所以能够防止被检体劣化、变形。 

这样能够进行良好的检查，能够实现超声波检查装置的小型化。 

附图说明

图1为示出本发明一实施方式超声波检查装置整体简要结构方块图。 

图2为示出本发明一实施方式检查体简要结构截面图。 

图3为示出本发明一实施方式超声波发送***简要结构方块图。 

图4为示出本发明一实施方式超声波接收部简要结构截面图。 

图5为示出激光强度和产生的超声波强度的关系的图表。 

图6为示出本发明一实施方式检查体的另一实施方式的部分正视图。 

符号说明 

1超声波检查装置  5激光装置  17体积检查用超声波发送部  19表面检查用超声波发送部  21超声波接收部  33ND过滤器  35聚光透镜  39发送振膜  51接收振膜  53结构材料 

具体实施方式

下面参照图1～图5针对本发明一实施方式之超声波检查装置1进行说明。超声波检查装置1因为要进行高速增殖炉的冷却材料的钠中的部件的超声波探伤，所以，进行检查内部状态的体积检查和检查表面状态的表面检查。 

图1为示出本发明一实施方式超声波检查装置整体简要结构方块图。 

在超声波检查装置1中，具有发送接收超声波的检查体3、发送超声波发送用激光的激光装置5、接收超声波接收用激光的接收激光部7、在保管发送接收数据的同时指示激光装置5和指示接收激光部7的动作的数据收集装置9、处理发送接收数据并进行显示的数据处理·显示装置11。 

在接收激光部7中，具有振荡发射激光的激光振荡器6、将激光导入导出光纤的光开关8、和使发送激光和接收激光产生干涉的激光干涉仪10。 

图2为示出检查体3的简要结构的截面图。 

在检查体3中，具有呈大致方体形状的箱体的本体13；呈圆筒形状且安装于本体的一面的大致中央部的、并光纤插通的通路部15；安装于本体13内部的体积检查用超声波发送部(超声波发送部)17；表面检查用超声波发送部(超声波发送部)19；和多个超声波接收部21。 

体积检查用超声波发送部17、表面检查用超声波发送部19和超声波接收部21，大致呈圆筒形状，以轴线与本体13的安装有通路部15的面交叉的方向，被安装于本体13的离开通路部15的一侧。 

多个超声波接收部21以大致等间隔的方式配置成矩阵状(例如10列×10行)。 

体积检查用超声波发送部17和表面检查用超声波发送部19分别设置于超声波接收部21组的大致中央部。 

体积检查用超声波发送部17和表面检查用超声波发送部19，还有激光装置5，分别由光纤23连接。(参照图2、3)。 

体积检查用超声波发送部17和表面检查用超声波发送部19结构大致相同，所以下面针对体积检查用超声波发送部17进行说明。 

激光装置5中，具有激光振荡器25、激光光路27、将激光导入光纤的例如由光开关等构成的导入部29。 

激光光路27中，具有一对反射镜31、ND过滤器33和聚光透镜35。 

ND过滤器33按照多个过滤器可互换的方式具备，通过对它们进行交换调节激光的光量。 

聚光透镜35可沿着激光光路27移动，能够调整入射到光纤23的激光束径(入射到后述的发送振膜(第一振膜)39的激光的束径)。 

在体积检查用超声波发送部17中具有：中空的大致呈圆筒形状的本体37、安装于本体37的一端部的发送振膜39、耐热减振器40、设置于发送振膜39的另一端而将将其支持的拾取环41、将配置于拾取环41的另一端的光纤23设置成规定位置关系的连接部件即套圈43、配置于套圈43的另一端而压住套圈43的偏心孔环45、和与本体37的另一端部的中空部螺合而压住配置于一端的部件的压簧47。 

体积检查用超声波发送部17和表面检查用超声波发送部19设置成发送振膜39面向本体13的与通路部15相对向的面。 

发送振膜39例如采用不锈钢制，成直径为4mm，厚度为30～50μm。 

作为发送振膜39，采用合适材料和尺寸(厚度等)。另外，发送振膜39也可以可以采用单一材料形成，也可以采用多种材料叠合的包层板，也可以是复合多种材料的复合材料形成。 

作为发送振膜39的材料、尺寸等，可以通过考虑激光装置5发出的激光强度及由此产生的超声波的强度和频率特性而作出选择。另外，发送振膜39为了提高能量效率而优选采用激光吸收效率高的材料。 

另外，发送振膜39也可以对表面施加涂层，以抑制劣化、损伤。 

作为涂层材料，例如使激光透过的波长透过性好的光学材料即石英玻璃，蓝宝石、硅土等，在提高能量效率上是优选的。 

另外，还可以考虑采用铁、铝的氧化膜。这些氧化膜可以提高激光的吸收率，还可以抑制劣化、损伤。 

图4为超声波接收部21的简要结构的截面图。 

超声波接收部21大致呈圆筒形状，在一端侧，连接与光开关8连结的光纤49。在超声波接收部21的另一端部，安装接收振膜(第二振膜)51。 

超声波接收部21设置成接收振膜51面向本体13的与通路部15相对向的面。 

下面针对以上说明的本实施方式中的超声波检查装置1的动作进行说明。 

将检查体3配置成与作为检查目标的结构材料(被检体)53相对向。在进行用于检查结构部件53的内部的瑕疵55的体积检查的场合中，采用体积检查用超声波发送部17。 

当激光振荡器25振荡发射激光时，激光通过激光光路27入射至导入部29。激光由导入部29转换成能够通过体积检查用超声波发送部17侧光纤23的形态。该转换后的激光通过光纤23从套圈43照射到发送振膜39上。 

如果在发送振膜39上照射激光，则发送振膜39产生超声波。 

此时，产生的超声波的强度对应激光输出或激光的能量密度，且按照图5实线所示发生变化。 

在激光输出或激光能量密度等小的场合，激光的能量会使得温度上升，产生的超声波强度小。该部分称为热模式。 

如果激光输出或激光能量密度进一步变大，则产生的超声波强度急剧放大。在该阶段，因为发送振膜39呈被激光烧蚀的状态，所以称之为烧蚀模式。 

如果激光输出或激光能量密度等进一步放大，则向发送振膜39的烧蚀作用变大并部分气体化，而将激光散射或吸收，所以，激光向发送振膜39供给的能量比例降低。因此，产生的超声波强度的增加率变小，所以激光的能量效率变低。该状态称为气体制动模式。 

因此，考虑能量效率和发送振膜39的损伤，激光强度(激光输出或激光能量密度等)可选择在烧蚀模式范围中。 

对于选择的能量而言，在没有得到必要的超声波强度的场合，例如对发送振膜39施加涂层。 

如果涂覆铁、铝等氧化膜，则因为对激光的吸收效率提高，所以如图5一点点划线所示那样所产生的超声波强度增加。 

另外，如果涂覆如石英玻璃这样的透过激光性能良好的涂层，则因为其抑制了烧蚀，所以如图5二点点划线所示那样所产生的超声波强度增加。 

另外，如果由此还不够的话，则直接设定发送振膜39的大小、材质等。 

这样，体积检查用超声波发送部17的发送振膜39产生的超声波C向结构材料53照射。 

该超声波C按照频率以2～5MHz为主的方式进行调整。换言之，产生的超声波C的频率以2～5MHz为主，由此设定发送振膜39的材质、尺寸、激光装置5的激光强度等条件。 

结构材料53上照射的超声波C被结构材料53反射，向检查体3行进，使各超声波接收部21的接收振膜51震动。此时，结构部件53如果存在瑕疵55，则超声波C在瑕疵55处方向发生改变，接收振膜51的震动相位将偏离规定的状态。 

此时，接收激光部7的激光振荡器6振荡发射激光，通过光开关8、光纤49照射到接收振膜51上。照射的激光在接收振膜51上发生反射，通过逆光路返回激光干涉仪10。 

因为接收振膜51振动，所以从激光振荡器发出且返回激光干涉仪10的激光的移动距离发生变动。通过使之与激光振荡器6的发送激光产生干涉，从而明确变动状态。 

将该数据保存于数据收集装置9中，将保存的数据用数据处理·显示装置11进行处理，检查有无瑕疵55的存在，如果有，则计算出其位置等，并进行显示。 

接下来，在进行检查结构材料53的表面状况的表面检查的场合中，使用表面检查用超声波发送部19。 

此时，表面检查用超声波发送部19的发送振膜39产生的超声波C按照频率以10MHz为主的方式进行调整。换言之，产生的超声波C的频率以10MHz为主，由此设定发送振膜39的材质、尺寸、激光装置5的激光强度等条件。 

这样，如果设定产生的超声波C的频率以10MHz为主体，则超声波C不会深入到结构部件53的内部，而是在表面发生反射，因此能够检查表面的状态。 

另外，针对检查动作，因为和体积检查一样，这里省略其重复的说明。 

这样，超声波检查装置1因为包括产生的超声波C的频率不同的体积检查用超声波发送部17和表面检查用超声波发送部19，所以通过切换使用它们，从而能够进行体积检查和表面检查这样规格不同的检查即混合检查，且由1台机器即可进行。 

这样，通过根据结构体53的种类、检查种类，选择使用具有最合适的发送振膜39的超声波检查装置1，从而能够提高检查精度、检查效率等。 

这样，通过激光装置5发射的激光照射到发送振膜39上，从而使发送振膜 39产生超声波C，将该超声波C照射到结构部件53上，所以能够防止结构部件53的劣化、变形。 

这样，因为安装了高输出的激光，所以，能够增强产生的超声波C的强度。因此，能够进行良好的检查。 

另外，因为即使增大与结构部件53之间的距离也能够充分的进行检查，所以，能够增大指向角。这样，能够减少分辨率，所以能够提高检查精度。 

进一步，通过在激光的发送中采用光纤23、49，从而能够减小体积检查用超声波发送部17和表面检查用超声波发送部19，所以能够实现超声波检查装置1的小型化。 

另外，因为在检查中采用了超声波C，所以，在激光不能通过的地方，例如在高速增殖炉的冷却材料的钠中也能够进行检查。 

另外，本发明并非仅限于本实施方式，在不脱离本发明要旨的范围内可以对其进行各种合适的变更。 

例如，体积检查用超声波发送部17、表面检查用超声波发送部19和超声波接收部21的配置，如图6所示也可。 

本体13例如被分割成200mm×200mm的基本上为正方形的形状，其表面被分割成9个基本上为正方形的形状。在该分割的大致为正方形部分的大致中心位置处，分别设置体积检查用超声波发送部17；仅在位于中央的被分割的大致为正方形的部分，在其大致中心位置，设置表面检查用超声波发送部19。 

体积检查用超声波发送部17的本体37的外径例如为2mm左右。此外，表面检查用超声波发送部19的本体37的外径例如为2.5mm左右。 

超声波接收部21外径例如为1mm左右，各分割的大致为正方形的部分分别设置成15行×15列的矩阵状。在图6中，超声波接收部21相对较小，其中示出了其设置位置。即，超声波接收部21设置在图6的各分割的大致为正方形部分记载的纵线和横线的交叉点上。该纵线和横线现实中是不存在的。 

该各分割的大致为正方形部分纵横上分别呈3列配置，所以，超声波接收部21被设置成了45行×45列的矩阵状。因此，超声波接收部21整体上有2025个。 

这样，通过增多其个数，不但提高检查效率，而且能够提高分辨率等检查精度。 

另外，无须同时具有体积检查用超声波发送部17和表面检查用超声波发送部19，根据目的仅设置其中一个也可以。 

Claims (4)

1.一种超声波检查装置，其中，

具有激光装置、超声波发送部和超声波接收部，该激光装置发射激光；该超声波发送部具有被照射该激光装置所发射的激光而产生超声波的第一振膜，且该超声波发送部的该第一振膜产生的超声波照射到被检体而进行检查；该超声波接收部具有用于接收由上述被检体反射的超声波并进行振动的第二振膜、和对该第二振膜发射激光同时接收由该第二振膜反射的激光的激光部件，并且，在上述激光装置中，具有把向上述第一振膜入射的上述激光进行强度调整而使上述第一振膜产生的超声波的强度和频率得以调整的强度调整机构，

上述超声波发送部具有多个，分别产生频率不同的超声波；

且多个上述超声波发送部及多个上述超声波接收部被一体保持在超声波检查装置的检查体；

上述检查体具有作为箱体的本体、在上述本体的一面的中央部所安装的且用于光纤插通的通路部；

并且多个上述超声波发送部的第一振膜及多个上述超声波接收部的第二振膜均被设置成面向上述本体的与上述通路部相对的面。

2.如权利要求1所述超声波检查装置，其中，

上述第一振膜具有规定的频率特性。

3.如权利要求1所述超声波检查装置，其中，

上述第一振膜对上述激光的吸收效率良好。

4.如权利要求1所述超声波检查装置，其中，

上述第一振膜至少在上述激光照射的面进行涂覆。

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