【発明の詳細な説明】
紫外線照射及び検査システム及び蛍光染料漏れ検出方法
発明の背景
本発明は、液漏れ検出方法に関し、殊に、一般に「ブラックライト」と呼ばれ
る、典型的な紫外線の如き、ある波長光で照射された際に蛍光を発する染料を用
いる漏れ検出に関する。
従来の技術
紫外線源は、一般に、殺菌、探鉱、文書調査、歯科工作物硬化及び漏れ検出等
に用いられる。
蛍光染料は、典型例においては、空調システムの冷却手段の如き、検査される
装置中の液体に混合される潤滑油に混合される。
漏れが有る場合、漏出液中の染料は、紫外線照射された際に蛍光を発し、これ
によって漏出液は、容易に可視状態となる。
かかる染料は、より短波長の紫外線によって励起されると、特定の可視波長帯
で蛍光を発し、あるいは、発光する。
かかる漏れ検出を、殊に明るい環境において、容易で信頼性あるもとするため
に、適正な波長で光照射する強力な光源であって、又、可視光を発光しない光源
を使用する必要がある。若し、可視光が、検査される表面から反射されると、蛍
光による光が不明確になってしまう。
今日において、使用可能な光源は、充分な強度を有せず、又、かなりの可視光
を発光し、信頼性のある検査を行うための蛍光発光と可視光反射光とのコントラ
ストが不充分であった。
又、フィルタレンズにより可視光を吸収して除去する試みにおいては、過熱の
問題も発生する。
かかる過熱は、レンズの割れや寿命短縮をもたらし、殊に、レンズ上に水滴が
衝突すると、破砕されたガラスがユーザに事故をもたらすこととなる。
より強力な光源を創造する試みにおいて、一般に、石英エンベロープランプ(e
nvelope lamp)から発光された紫外線波長光を集中して振向ける反射器が設けら
れる。従来の反射器は、典型的に粗製成形され、又、酸化珪素の如き保護被覆に
よる破壊干渉構成(destruction interference setup)に起因する低効率のもので
あった。
本発明の目的は、染料から発光された蛍光のより容易で、より信頼性のある検
査を可能とする蛍光漏れ検出のための増強された強度の紫外線照射のシステムを
提供することにある。
本発明の他の目的は、ガラスフィルタの発熱を伴うことなく、可視波長を除去
するためにガラスフィルタを通して導かれる強力な紫外線ビームを発光する紫外
線源を提供することにある。
発明の開示
上記目的及び以下の明細書と請求項によって明らかとなるその他の目的は、紫
外線ランプと結合され、漏れ出て、照射された染料から発光された蛍光について
最大のコントラストを達成するために、ある可視波長を濾光(filter)する検査用
接眼鏡(viewing eyeglass)と組合された、改良されたパラボラ反射器(parabolic
reflector)及びフィルタを有するシステムによって達成される。
改良された反射器は、正確に形成された放物線形(parabolic shape)を有する
。反射面に適用され、異なる屈折を有する二層の被覆が行われる。これ等の被覆
は、反射光が位相において入射光(incident light)に近接する如くに、相殺位相
シフト(offsetting phase shift)させることによって、入射光ビームと反射紫外
線ビームの干渉を最小化する。これが、他の場合には生起する、入射及び反射光
ビーム間の破壊干渉を最小化することによって、反射紫外線ビームの強度を最大
化する。紫外線源は、反射のパラボラ（放物線）の焦点に設置された石英エンベ
ロープタングステンハロゲンランプが好ましい。
反射器からの紫外線ビームは、次いで、可視光除去のために用いられた従来の
光吸収フィルタにおいて発生した如き、フィルタにおける発熱を最小化するため
に、吸収と言うよりは、むしろ選択的反射率法(process of selective reflecta
nce)によって、反射光ビームから選択的に可視光を除くための光学フィルタを通
される。
被覆層の組合せが、これを達成するために、ほうけい酸塩ガラス(borosilicat
e glass)ディスクに適用される。連続する高及び低屈折の被覆層群は、紫外波長
以上で、赤外波長帯以下の、４７５ｎｍから７００ｎｍまでの波長帯の選択的反
射率を作るために用いられる。
赤外光は、フィルタ後部の閉じ込められた空間の加熱を減少するために、フィ
ルタを通過させられる。
システムの最後の要素は、一対の濾光検査用接眼鏡(filtering viewing eyegl
ass)であって、検査者の眼に対する、照射された染料の蛍光のコントラスト及び
可視性を増加する様に、照射光の波長における蛍光光の波長により下の部分をブ
ロック(block)するために、蛍光光の波長より丁度下の波長を吸収するものであ
る。
以上の総合の結果、実用的な構成要素を用いて、最小の可視光を含む紫外線光
の強いビームが造られる。蛍光光は、この様にして強く、又、照射ビームからの
反射された可視光の入射によってマスキング(masking)されないものとなる。
図面の説明
図１は、本発明によるシステムの主要構成要素を示す図面である。
図２は、パラボラ反射器構成要素の拡大部分断面図である。
実施の形態
以下の詳細記述において、ある特定の技術用語が明瞭のために使用され、又、
米国特許法第１１２条（３５ＵＳＣ１１２）の要求するところに基づいて、特定
の実施形態が記載されるが、しかし、その様に限定し、又、解釈されるべきでは
なく、本発明が請求項の範囲内で多くの形や変化を採り得ることが理解さるべき
である。
本発明によるシステムは、せん光灯と異なった、移動式の紫外線源を用い、又
、パラボラ形(parabolic shape)の大体焦点に位置するランプ１４を設置された
ハウジング１２（一部分のみが断面状で示される）中に設置された、パラボラ形
反射器(parabolically shaped reflector)１０を有している。
ランプ１４は、高色温度のキセノンランプ(Xenon lamp，＞3500K)で、又、実
質的に長紫外線を発するものが好ましい。エンベロープ(envelop)は、かかる長
波紫外線に対するそれ自身の透過性が高い石英製とされる。
ランプ１４は、又、反射器のパラボラ形の焦点に位置せしめられ得る如くに相
対的に小型にされる。
好適な球(bulb)としては、オスラム シルバニア(Osram Sylvania)からの番号
ＦＣＲ６４６２５ＨＬＸのものが部分として使用され得る。
パラボラ反射器(parabolic reflector)は、正確に形成されたステンレススチ
ール心金(mandrel)上にニッケルを精密電鋳したもの(precision electoroformed
of nickel)である。
０．１８７インチ(inch)の焦点が、ランプ１４をビーム濃度を最大化する如き
パラボラの焦点に、大体に位置せしめることを可能とする。
ランプ１４は、１１０ボルト(vac)(あるいは、２２０ボルト、を１２ボルトに
下げる変圧器で構成されることも出来る、適当な電力供給手段１６によって電力
供給される。
自動車バッテリ(auto battery)の如き、１２ボルト直流電力供給手段も使用可
能である。ランプ１４には、代表的せん光灯が必要とするより実質的に大きい、
高電力源を必要とするために、１００ワットの電力が引かれる。好ましくは、ラ
ンプ１４の点灯時間を最小化するために、ランプ１４の点滅の切替えに、標準的
にオフスプリングバイアスを掛けたスイッチ(normally off spring biased swit
ch)を用いたリレーが用いられる。
パラボラ反射器１２の反射面１８は、二層の被覆(coating)を有し、又、反射
面１８から反射される間に光が通過する各媒体(media)の境界面の屈折に起因す
る破壊干渉を除去する如くに設計される。短波長紫外線の屈折が、反射紫外線の
破壊干渉を起し、又、強度を減じる、入射光と反射光の間の位相差を通常生起す
る。
表面１８は、被覆を施され、一層はアルミウム層、一層は二酸化珪素(silicon
dioxide)層である。二酸化珪素と空気及び二酸化珪素とアルミニウムの境界面は
、相反対する二重屈折(double refraction)を起し、又、これが、他の場合には
生起する、可能性のある破壊干渉を除去する如くに、互に相殺する。
第１被覆１８Ａは、アルニウム層で、他方、第２被覆１８Ｂは、二酸化珪素層
である（図２参照）。二酸化珪素の層厚は、目的達成のために、均質で正確に構
成されねばならず、厚さは、「クオタースタック(quarter stack)」原理によっ
て決定される。
各境界面の屈折率、即ち、二酸化珪素と空気、二酸化珪素とアルミニウムの各
境界面の屈折率は、反射光の効果的な位相変化を決定する。層厚０．０５７ミク
ロン(micron)のアルミニウム及び層厚０．０６６ミクロンの二酸化珪素が、この
目的のために首尾良く用いられる。二酸化珪素−空気界面が、約１３度(dgree)
の前進位相変化(forward phase shift)を、二酸化珪素−アルミニウム界面が、
約１３度の遅れ位相変化(lagging phase shift)を生起し、これによって互に相
殺する。
これまで、二酸化珪素被覆は、単に基板をかき傷及び酸化から保護するために
用いられてきたが、しかしながら、紫外線波長の反射強化の達成のためには、充
分に均一でも、適切な厚さでも無かった。
この用途に適した被覆をされたパラボラ反射器は、米国カリフォルニア州のア
メリカンガルバノ社(American Galvano)(312 N．Cota St.，Unit 1，Corona，Ca
lifornia 91720)からの物が使用出来る。
ガラスディスクフィルタ(glass disk filter)２０は、ランプ１２及びパラボ
ラ表面１８から発せられる紫外線ビームを受けるために設置された、本発明のシ
ステムのもう一つの構成要素である。
フィルタ２０は、ランプ１４及び反射器１０から受けた紫外線の可視光成分を
減少する如くに設計される。
かかるフィルタは、従来において使用されて来たが、しかし、可視光を吸収す
ることによってその透過を防ぐ如くに設計されて来た。これが、高強度の光源の
使用に際して、レンズの過熱をもたらし、ガラスの部分点は急冷に基づく水滴と
接触した様な場合に、割れあるいは破壊の危険増大をもたらす。
本発明の概念によれば、吸収よりむしろ可視光を反射し、レンズ２０の熱を大
いに減少する被覆が施される。
フイルタ２０自身としては、ボロシリケートガラス(borosilicate glass)が好
ましく、商業的に「パイレックス(Pyrex)」（商標）が使用可能であり、又、こ
れは、熱衝撃からの割れを最小化する如くに非常に低い熱膨張係数を有する。
漏れ検出に代表的に用いられる蛍光染料は、紫外線波長３２０ｎｍから４７５
ｎｍの励起範囲を有する。かかる紫外線によって励起された場合、４９５から５
００ｎｍの蛍光を発する。
かくして、４７５ｎｍから７００ｎｍまでの波長を反射する間に、３２０ｎｍ
から４７５ｎｍまでの励起波長の透過を最大化することが出来る。
７００ｎｍを越える光は、不可視の赤外範囲に属し、又、殊に反射器１０の過
熱を避けるために、フィルタ２０を通して、閉じこめられた空間の外に透過出来
る如くにされる。
特殊被覆が、４７５ｎｍ以上で、７００ｎｍ以下の可視光を、フィルタ２０で
反射するために施される。
ピー・エッチ・マックロード(P.H.McCloud)によって開発された「クオターウ
エイブ スタック(quarterwave stack)」原理を用いて、高及び低屈折の二層を
、３２０ｎｍから４７５ｎｍまで及び７００ｎｍから１３００ｎｍまでの波長の
透過を可能とし、４７５ｎｍから７００ｎｍまでの波長のみを反射させるために
、積層することが出来る。
この積層(stack)は、フィルタ及びフィル２０の内側表面上の被覆、これは酸
化チタン(titanium oxide)とすることが出来るが、から形成される。
ガラス及び酸化チタンは、上記範囲の波長を反射するために必要な厚さとされ
る。
ふっ化マグネシウム(magnesium fluoride)の如き、その他の被覆が、各種の厚
さで施されることも出来、又、残った透過可視光を除くために、他のボロシリケ
ート表面にも施されることが出来る。
一般的方法論は、４７５ｎｍ以上で大略７００ｎｍまでの反射光帯域巾を創出
する。かかる帯域巾を中心とする波長の平均は５３７．５ｎｍとなり、従って、
２２５ｎｍの反射帯域巾の使用が必要である。
この目的のための好適な反射−透過フィルタレンズ(reflecting-transmitting
filter lens)としては、米国カリフォルニア州のゼット シー アンド アー
ル コーティングス フォー オプティクス社(Z，C&R Coatings for Optics，I
nc.)(1250 E．223rd．Street，Suite 111，Corson，California 90745)からの物
が使用出来る。
システムは、又、漏れ液２８中の照射された染料から発せられる４９５〜５０
０ｎｍ範囲にある蛍光光波長を、被検査体２６からの反射範囲の光源照射光がマ
スキングしない様に、４００から４８０ｎｍまでの光波長を吸収する如くに設計
された、特殊検査眼鏡(special viewing glasses)２４の使用を含んでいる。
かかる狭波長帯ブロッキング眼鏡レンズ(narrow band blocing eyeglass lens
)としては、米国ミシガン州のノイア メディカル社(Noire medical)(6155 Pont
iac Trail South Lyon，Michigan 48178)からの物が使用出来る。
かくして、強力な紫外線照明光源が提供され、又、それによって発生された蛍
光光が、フィルタ２０によってさえぎられ、又、接眼鏡２４に吸収された、反射
可視光の最小化に基づいて、高度に可視状態となる。
これが転じて、漏れ検出検査を、相対的に明るく照らされた現場においても、
より容易で、より信頼出来るものとする。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Ultraviolet irradiation and inspection system and fluorescent dye leak detection method
Background of the Invention
The present invention relates to a method for detecting a liquid leak, and more particularly to a method for detecting a liquid leak, which is generally referred to as “black light”.
Use a dye that fluoresces when irradiated with light of a certain wavelength, such as typical ultraviolet light.
Leak detection.
Conventional technology
UV sources generally include sterilization, exploration, documentation, dental work hardening and leak detection, etc.
Used for
Fluorescent dyes are typically tested, such as cooling means in air conditioning systems
It is mixed with the lubricating oil that is mixed with the liquid in the device.
If there is a leak, the dye in the leak will fluoresce when exposed to ultraviolet light,
Thus, the leaked liquid is easily made visible.
Such dyes, when excited by shorter wavelength ultraviolet light, have a specific visible wavelength range.
Fluoresces or emits light.
To make such leak detection easy and reliable, especially in bright environments
In addition, a powerful light source that irradiates light with an appropriate wavelength and that does not emit visible light
You need to use If visible light is reflected from the surface being inspected,
The light caused by light becomes unclear.
Today, the available light sources do not have sufficient intensity, and
Of the fluorescent light and visible light reflected light for reliable inspection.
The strike was inadequate.
Also, attempts to absorb and remove visible light with a filter lens may result in overheating.
Problems also arise.
Such overheating causes the lens to crack and shortens its life, and in particular, water droplets on the lens
In the event of a collision, the shattered glass will cause an accident for the user.
In an attempt to create more powerful light sources, quartz envelope lamps (e
(nvelope lamp)
It is. Conventional reflectors are typically crude molded and have a protective coating, such as silicon oxide.
Low efficiency due to destruction interference setup
there were.
An object of the present invention is to provide an easier and more reliable detection of the fluorescence emitted from the dye.
System with enhanced intensity for fluorescence leak detection
To provide.
Another object of the present invention is to eliminate visible wavelengths without generating heat of the glass filter.
Emits a powerful UV beam guided through a glass filter to achieve
To provide a radiation source.
Disclosure of the invention
The above object and other objects which will become apparent from the following description and claims,
Combined with an external lamp, leaks out and emits fluorescence from the irradiated dye
For inspections that filter certain visible wavelengths to achieve maximum contrast
An improved parabolic reflector, combined with a viewing eyeglass
reflector and a system having filters.
Improved reflector has a precisely shaped parabolic shape
. Applied to the reflective surface, a two-layer coating with different refraction is performed. These coatings
Is the canceling phase so that the reflected light is close to the incident light in phase.
By shifting (offsetting phase shift), the incident light beam and reflected ultraviolet
Minimize line beam interference. This is the incident and reflected light that would otherwise occur
Maximizes reflected UV beam intensity by minimizing destructive interference between beams
Become The ultraviolet light source is a quartz envelope placed at the focal point of a reflective parabola.
Rope tungsten halogen lamps are preferred.
The UV beam from the reflector was then used to remove the conventional light used for visible light removal.
To minimize heat generation in the filter, such as occurs in light absorbing filters
Instead of absorption, rather than the process of selective reflecta
through an optical filter to selectively remove visible light from the reflected light beam.
Is done.
The combination of coating layers is achieved by achieving a borosilicat glass (borosilicat glass).
e glass) applied to discs. Continuous high and low refractive index coating layers
As described above, the selective reaction of the wavelength band from 475 nm to 700 nm below the infrared wavelength band is performed.
Used to create emissivity.
Infrared light is used to reduce heating of the enclosed space behind the filter.
Let it pass through Ruta.
The last element of the system is a pair of filtering viewing eyeglasses.
ass), the contrast of the fluorescence of the irradiated dye with respect to the examiner's eye and
The lower part is blocked by the wavelength of the fluorescent light at the wavelength of the irradiation light so as to increase the visibility.
Absorbs a wavelength just below the wavelength of the fluorescent light for blocking.
You.
As a result of the above, ultraviolet light including the minimum visible light can be
A strong beam is created. The fluorescent light is thus strong, and
It is not masked by the incident of the reflected visible light.
Description of the drawings
FIG. 1 shows the main components of the system according to the invention.
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view of a parabolic reflector component.
Embodiment
In the following detailed description, certain technical terms are used for clarity,
Identified as required by 35 U.S.C. 112 (35USC112)
Is described, but should be so limited and should not be construed
Rather, it is to be understood that this invention may take many forms and changes within the scope of the claims.
It is.
The system according to the invention uses a mobile UV source, different from a flashlight, and
, With lamp 14 located at the approximate focal point of the parabolic shape
Parabolic shape installed in housing 12 (only part of which is shown in cross-section)
It has a parabolically shaped reflector 10.
The lamp 14 is a high color temperature xenon lamp (Xenon lamp,> 3500K).
Those that qualitatively emit long ultraviolet rays are preferred. The envelope is the long
It is made of quartz which has high transparency to wave ultraviolet rays.
The lamp 14 is also offset so that it can be located at the parabolic focus of the reflector.
On the contrary, it is made smaller.
Suitable bulbs include numbers from Osram Sylvania
FCR64625HLX's can be used as part.
Parabolic reflectors are precisely formed stainless steel
Precision electroformed nickel (mandrel)
of nickel).
A 0.187 inch focal point will allow lamp 14 to maximize beam density.
It is possible to place it roughly at the focus of the parabola.
Lamp 14 is 110 volts (vac) (or 220 volts to 12 volts).
The power is supplied by a suitable power supply means 16, which may be comprised of a step-down transformer.
Supplied.
12 volt DC power supply, such as an auto battery, can be used
Noh. Lamp 14 is substantially larger than a typical flashlight requires,
To require a high power source, 100 watts of power is drawn. Preferably, la
In order to minimize the lighting time of the lamp 14, the switching of the blinking of the lamp 14 is standard.
Normally off spring biased switch
ch) is used.
The reflecting surface 18 of the parabolic reflector 12 has a two-layer coating and
Due to refraction at the interface of each media through which light passes while being reflected from surface 18.
It is designed to eliminate destructive interference. Short wavelength UV refraction is
Usually causes a phase difference between incident and reflected light, causing destructive interference and reducing intensity
You.
The surface 18 is coated, one layer of aluminum and one layer of silicon dioxide.
dioxide) layer. The interface between silicon dioxide and air and between silicon dioxide and aluminum
Causes an opposite double refraction, which in other cases
Cancel each other out so as to eliminate any potential destructive interference that may occur.
The first coating 18A is an aluminum layer, while the second coating 18B is a silicon dioxide layer.
(See FIG. 2). The silicon dioxide layer thickness should be uniform and accurate to achieve the purpose.
Must be formed, and the thickness is determined by the `` quarter stack '' principle.
Is determined.
Refractive index of each interface, that is, silicon dioxide and air, silicon dioxide and aluminum
The refractive index of the interface determines the effective phase change of the reflected light. 0.057 micron layer thickness
Aluminum and silicon dioxide with a layer thickness of 0.066 micron
Used successfully for purpose. Silicon dioxide-air interface is about 13 degrees (dgree)
Of the silicon dioxide-aluminum interface,
A lagging phase shift of about 13 degrees occurs, thereby causing mutual lag.
Kill.
Heretofore, silicon dioxide coatings have simply been used to protect the substrate from scratching and oxidation.
However, to achieve enhanced reflection of ultraviolet wavelengths,
Neither was it evenly uniform or of the appropriate thickness.
Coated parabolic reflectors suitable for this application are available from California, USA.
American Galvano (312 N. Cota St., Unit 1, Corona, Ca
lifornia 91720) can be used.
The glass disk filter 20 includes a lamp 12 and a paraboloid.
Of the present invention installed to receive the ultraviolet beam emitted from the
Another component of the stem.
The filter 20 filters the visible light component of the ultraviolet light received from the lamp 14 and the reflector 10.
Designed to be reduced.
Such filters have been used in the past, but absorb visible light.
It has been designed so as to prevent its transmission. This is the high intensity light source
In use, it causes the lens to overheat and the glass spots will be
In the event of contact, this increases the risk of cracking or breaking.
In accordance with the concepts of the present invention, it reflects visible light rather than absorbs, and increases the heat of lens 20.
A very reduced coating is applied.
As the filter 20 itself, borosilicate glass is preferable.
Furthermore, "Pyrex" (trademark) is commercially available.
It has a very low coefficient of thermal expansion so as to minimize cracking from thermal shock.
Fluorescent dyes typically used for leak detection are ultraviolet wavelengths from 320 nm to 475
It has an excitation range of nm. When excited by such ultraviolet light, 495 to 5
It fluoresces at 00 nm.
Thus, while reflecting wavelengths from 475 nm to 700 nm, 320 nm
To 475 nm of the excitation wavelength can be maximized.
Light above 700 nm belongs to the invisible infrared range and, in particular,
In order to avoid heat, it can pass through the filter 20 and out of the enclosed space.
It is as if.
When the special coating is 475 nm or more and visible light of 700 nm or less,
Applied to reflect.
`` Quotau '' developed by P.H.McCloud (P.H.McCloud)
Using the "waver stack" principle, two layers of high and low refractive
Of wavelengths from 320 nm to 475 nm and from 700 nm to 1300 nm
To allow transmission and reflect only wavelengths from 475 nm to 700 nm
Can be laminated.
This stack is a coating on the inner surface of the filter and fill 20, which is an acid
It can be titanium oxide, but is formed from.
Glass and titanium oxide have the necessary thickness to reflect wavelengths in the above range.
You.
Other coatings, such as magnesium fluoride, are available in various thicknesses.
It can also be applied with other borosilikes to remove the remaining transmitted visible light.
It can also be applied to the surface of the sheet.
General methodology creates a reflected light bandwidth above 475nm up to approximately 700nm
I do. The average of the wavelengths centered on such bandwidth is 537.5 nm, and therefore
It is necessary to use a reflection bandwidth of 225 nm.
Suitable reflecting-transmitting filter lenses for this purpose
(filter lens)
Le Coatings for Optics, Inc. (Z, C & R Coatings for Optics, I
nc.) (1250 E. 223rd. Street, Suite 111, Corson, California 90745)
Can be used.
The system also provides for 495-50 emanating from the irradiated dye in the effluent 28.
The fluorescent light wavelength in the 0 nm range is reflected by the light source irradiation light in the reflection range from the test object 26.
Designed to absorb light wavelengths from 400 to 480nm to avoid sking
Including the use of special viewing glasses 24.
Such a narrow band blocing eyeglass lens
) Include Noire medical in Michigan, U.S.A. (6155 Pont
iac Trail South Lyon, Michigan 48178) can be used.
Thus, a powerful UV illumination source is provided and the fluorescent light generated thereby is provided.
Light reflected by the filter 20 and absorbed by the eyepiece 24
It becomes highly visible based on the minimization of visible light.
This has changed, and the leak detection inspection has been performed even in a relatively brightly lit site.
Make it easier and more reliable.