JPH0658350B2 - 複合材料の光学的非破壊検査方法 - Google Patents
複合材料の光学的非破壊検査方法Info
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- JPH0658350B2 JPH0658350B2 JP62096020A JP9602087A JPH0658350B2 JP H0658350 B2 JPH0658350 B2 JP H0658350B2 JP 62096020 A JP62096020 A JP 62096020A JP 9602087 A JP9602087 A JP 9602087A JP H0658350 B2 JPH0658350 B2 JP H0658350B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ この発明は複合材料の光学的非破壊検査方法、特にはり
合せ系の複合材料の光学的非破壊検査方法に関するもの
である。
合せ系の複合材料の光学的非破壊検査方法に関するもの
である。
複合材料は物理的或いは化学的方法によって、２種類以
上の素材を合体させ、或いは二以上の層を形成させて得
られる材料であって、単一の材料に比べて軽くて強いと
いう二つの優れた特性を兼ね備えているため、最近航空
機等の一部の材料として用いられている。
上の素材を合体させ、或いは二以上の層を形成させて得
られる材料であって、単一の材料に比べて軽くて強いと
いう二つの優れた特性を兼ね備えているため、最近航空
機等の一部の材料として用いられている。
ところが、複合材料の内部に接着不良等の欠陥が存在す
るとその特性が失われ、例えば航空機においては重大な
事故につながりかねない。従って、そういった複合材料
を非破壊検査することは重要である。
るとその特性が失われ、例えば航空機においては重大な
事故につながりかねない。従って、そういった複合材料
を非破壊検査することは重要である。
［従来の技術］ 複合材料を光学的に非破壊検査する一方法として、光学
干渉法が知られている。この光学干渉法はホログラフィ
やスペックル干渉法を用い、複合材料を加振して接着不
良箇所の共振モードから接着不良の形を求めるもので、
この手段は良く知られている。また接着不良の形が円形
（半径ｒ）の時、その深さｄは共振周波数ｆに対し ｆ＝ｋｄ／ｒ２であることがＲ．Ｋ．Ｅｒｆによって指
摘された。ここで定数ｋは、 であり、βは共振モードによって定まる定数、Ｅはヤン
グ率、ρは密度、νはポアソン比である。
干渉法が知られている。この光学干渉法はホログラフィ
やスペックル干渉法を用い、複合材料を加振して接着不
良箇所の共振モードから接着不良の形を求めるもので、
この手段は良く知られている。また接着不良の形が円形
（半径ｒ）の時、その深さｄは共振周波数ｆに対し ｆ＝ｋｄ／ｒ２であることがＲ．Ｋ．Ｅｒｆによって指
摘された。ここで定数ｋは、 であり、βは共振モードによって定まる定数、Ｅはヤン
グ率、ρは密度、νはポアソン比である。
(Holographic Nondestructive Testing R.K.Erf著 Acad
emic Press) ［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、この従来の光学的検査法では、複合材料にお
ける接着不良等の欠陥の形が求められるのであるが、欠
陥の形は一般に任意であるためその欠陥の複合材料の深
さ方向の位置を求めることができない。
emic Press) ［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、この従来の光学的検査法では、複合材料にお
ける接着不良等の欠陥の形が求められるのであるが、欠
陥の形は一般に任意であるためその欠陥の複合材料の深
さ方向の位置を求めることができない。
複合材料の欠陥を修理をするためには、欠陥の形状の他
にその深さ位置を知ることが必要であるので、複合材料
の接着不良等の欠陥の形と深さを共に求め得る光学的非
破壊検査技術の開発が望まれている。
にその深さ位置を知ることが必要であるので、複合材料
の接着不良等の欠陥の形と深さを共に求め得る光学的非
破壊検査技術の開発が望まれている。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、複合材料の光学的非破壊検査方法を提供することを
目的とするものである。
て、複合材料の光学的非破壊検査方法を提供することを
目的とするものである。
（ロ）発明の構成 ［問題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の複合材料の光学的非破
壊検査方法は、同じ材料製の一若しくは二以上の層から
なる複合材料の被検体の検査部位の少なくとも一方の表
面の共振モードを光学干渉法によって求め、かつその時
の共振周波数を求め、次に前記被検体の前記検査部位の
他方の表面若しくは前記被検体の前記検査部位の前記表
面に貼合させた前記被検体と同じ材料からなる貼合材の
表面において同じ共振モードを示す他の共振周波数を求
め、前記両共振周波数から前記被検体の検査部位の肉厚
方向の欠陥の位置を導出することを特徴としている。
壊検査方法は、同じ材料製の一若しくは二以上の層から
なる複合材料の被検体の検査部位の少なくとも一方の表
面の共振モードを光学干渉法によって求め、かつその時
の共振周波数を求め、次に前記被検体の前記検査部位の
他方の表面若しくは前記被検体の前記検査部位の前記表
面に貼合させた前記被検体と同じ材料からなる貼合材の
表面において同じ共振モードを示す他の共振周波数を求
め、前記両共振周波数から前記被検体の検査部位の肉厚
方向の欠陥の位置を導出することを特徴としている。
以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
明する。
第１図にはこの発明の複合材料の光学的非破壊検査方法
において使用する非破壊検査装置１が示されている。
において使用する非破壊検査装置１が示されている。
非破壊検査装置１は干渉計２、加振装置３、処理装置４
とを備えている。干渉計２はレーザ光源５、ビームスプ
リッタ６、ミラー７、ミラー８、レンズ１１、ピンホー
ル１２、偏光板１３、開口１４、レンズ１５、テレビカ
メラ１６、モニタ１７、ビームスプリッタ１８、ピエゾ
素子２１、ミラー２２、拡散板２３及びハーフミラー２
４を備えている。
とを備えている。干渉計２はレーザ光源５、ビームスプ
リッタ６、ミラー７、ミラー８、レンズ１１、ピンホー
ル１２、偏光板１３、開口１４、レンズ１５、テレビカ
メラ１６、モニタ１７、ビームスプリッタ１８、ピエゾ
素子２１、ミラー２２、拡散板２３及びハーフミラー２
４を備えている。
加振装置３は複合材料の被検体２５を加振するためのも
ので、振動発生装置２６、増幅器２７及び加振子２８を
備えている。
ので、振動発生装置２６、増幅器２７及び加振子２８を
備えている。
処理装置４はＤ／Ａコンバータ３１、処理機３２及びフ
レームストアメモリ３３を備えている。
レームストアメモリ３３を備えている。
［作用］ この発明の複合材料の光学的非破壊検査方法は第１図に
示すような非破壊検査装置１を使用して次のように行
う。
示すような非破壊検査装置１を使用して次のように行
う。
複合材料である被検体２５に加振子２８を取り付け、振
動発生装置２６で発生した振動によって被検体２５を振
動させる。
動発生装置２６で発生した振動によって被検体２５を振
動させる。
一方、レーザ光源５を発光させる。レーザ光源５からの
ビームはビームスプリッタ６で２分割され、一方のビー
ム３５はミラー７、ミラー８で光路変更し、レンズ１
１、ピンホール１２で発散光となって被検体２５の検査
部位の表面を照明し、更に検査部位で反射してテレビカ
メラ１６のスクリーン面３４に達する。このスクリーン
面３４に達した一方のビームは振動している検査部位の
表面によって位相変調を受けている。
ビームはビームスプリッタ６で２分割され、一方のビー
ム３５はミラー７、ミラー８で光路変更し、レンズ１
１、ピンホール１２で発散光となって被検体２５の検査
部位の表面を照明し、更に検査部位で反射してテレビカ
メラ１６のスクリーン面３４に達する。このスクリーン
面３４に達した一方のビームは振動している検査部位の
表面によって位相変調を受けている。
次に、ビームスプリッタ６によって分割された他方のビ
ーム３６はハーフミラー１８で反射されてピエゾ素子２
１に取付けられている反射面（図示せず）で反射され、
ハーフミラー１８を透過してミラー２２で光路変更し、
拡散板２３で拡散され、ハーフミラー２４で反射されて
テレビカメラ１６のスクリーン面３４に達する。この他
方のビーム３６はピエゾ素子２１によって位相遷移を受
ける。
ーム３６はハーフミラー１８で反射されてピエゾ素子２
１に取付けられている反射面（図示せず）で反射され、
ハーフミラー１８を透過してミラー２２で光路変更し、
拡散板２３で拡散され、ハーフミラー２４で反射されて
テレビカメラ１６のスクリーン面３４に達する。この他
方のビーム３６はピエゾ素子２１によって位相遷移を受
ける。
一方のビーム３５と他方のビーム３６とはテレビカメラ
１６のスクリーン面３４上で干渉する。かくして、例え
ばピエゾ素子２１でビーム３６の位相を遷移させた３つ
の干渉波面をフレームストアメモリ３３に取込み、処理
機３２で演算することによって、振動状態を示す干渉縞
が得られる。この干渉縞をモニタ１７で観測する。
１６のスクリーン面３４上で干渉する。かくして、例え
ばピエゾ素子２１でビーム３６の位相を遷移させた３つ
の干渉波面をフレームストアメモリ３３に取込み、処理
機３２で演算することによって、振動状態を示す干渉縞
が得られる。この干渉縞をモニタ１７で観測する。
このモニタ１７で観測する干渉縞の形から任意の一つの
共振モードを特定する。それと同時に、その特定された
共振モードにおける共振周波数ｆn を処理機３２に入力
しておく。
共振モードを特定する。それと同時に、その特定された
共振モードにおける共振周波数ｆn を処理機３２に入力
しておく。
次に被検体２５を裏返して被検体２５について同じ測定
を行って、先に特定された共振モードと同じ共振モード
における共振周波数ｆn ′を求め、処理機３２に入力す
る。
を行って、先に特定された共振モードと同じ共振モード
における共振周波数ｆn ′を求め、処理機３２に入力す
る。
被検体２５の検査部位における欠陥の形状は干渉縞の形
状から直接求めることができる。
状から直接求めることができる。
次に欠陥の深さは、共振周波数ｆn ，ｆn ′から次の演
算を処理機３２によって行うことによって求める。
算を処理機３２によって行うことによって求める。
第２図及び第３図に示す如く、欠陥４１が被検体２５の
検査部位４２の表面４３の下方ｄの深さにあるとする
と、ｆn を表面４３側の共振周波数、ｆn ′を裏面４４
側の共振周波数として、 ｆn ＝Ｋ（ｄ／ＦＲ2） …（１） ｆ′n ＝Ｋ（ｔ−ｄ）ＦＲ２ …（２） （１）、（２）式から ｄ＝ｔ／｛１＋（ｆ′n ／ｆn ）｝ …（３） ここで ＦＲ２：欠陥の形に依存する関数 Ｒ ：投影面における欠陥を横断する直線のうち、欠
陥の縁と交わる部分を両端とする部分の長さ、例えば円
における直径の長さ、楕円における長軸または短軸の長
さＫ：欠陥の形と材料によって定まる定数 ｔ：厚さ 従って（３）式から明らかなように、被検体２５の厚さ
ｔと共振周波数ｆn ，ｆn ′とだけから欠陥４１の深さ
位置ｄを求めることができる。
検査部位４２の表面４３の下方ｄの深さにあるとする
と、ｆn を表面４３側の共振周波数、ｆn ′を裏面４４
側の共振周波数として、 ｆn ＝Ｋ（ｄ／ＦＲ2） …（１） ｆ′n ＝Ｋ（ｔ−ｄ）ＦＲ２ …（２） （１）、（２）式から ｄ＝ｔ／｛１＋（ｆ′n ／ｆn ）｝ …（３） ここで ＦＲ２：欠陥の形に依存する関数 Ｒ ：投影面における欠陥を横断する直線のうち、欠
陥の縁と交わる部分を両端とする部分の長さ、例えば円
における直径の長さ、楕円における長軸または短軸の長
さＫ：欠陥の形と材料によって定まる定数 ｔ：厚さ 従って（３）式から明らかなように、被検体２５の厚さ
ｔと共振周波数ｆn ，ｆn ′とだけから欠陥４１の深さ
位置ｄを求めることができる。
以上の第２図、第３図に示す場合は各層が同じ材料から
なる複数層を貼合して複合材とした場合の被検体２５の
検査をする検査方法であるが、この場合、被検体２５を
マクロ的には単一材料とみなせるものである。次に、第
４図及び第５図に示すように、被検体２５が他の物体４
５に取り付けられて或いは被検体２５の裏面に他の材料
の層が貼り合わされていて被検体２５の裏面４４からの
測定ができないときは、被検体２５の表面４３からの測
定によって共振周波数ｆn を求めた後に、被検体２５と
同じ材料からなる厚さΔｄが既知の貼合材４６を表面４
３に貼合し、その貼合材４６からの測定によって共振周
波数ｆn ′を求める。この場合には ｆn ＝Ｋ｛ｄ／ＦＲ2）｝ ｆn ′＝Ｋ｛（ｄ＋Δｄ）／ＦＲ2）｝ より欠陥４１の深さ位置ｄは次のように求まる。
なる複数層を貼合して複合材とした場合の被検体２５の
検査をする検査方法であるが、この場合、被検体２５を
マクロ的には単一材料とみなせるものである。次に、第
４図及び第５図に示すように、被検体２５が他の物体４
５に取り付けられて或いは被検体２５の裏面に他の材料
の層が貼り合わされていて被検体２５の裏面４４からの
測定ができないときは、被検体２５の表面４３からの測
定によって共振周波数ｆn を求めた後に、被検体２５と
同じ材料からなる厚さΔｄが既知の貼合材４６を表面４
３に貼合し、その貼合材４６からの測定によって共振周
波数ｆn ′を求める。この場合には ｆn ＝Ｋ｛ｄ／ＦＲ2）｝ ｆn ′＝Ｋ｛（ｄ＋Δｄ）／ＦＲ2）｝ より欠陥４１の深さ位置ｄは次のように求まる。
ｄ＝Δｄ／｛（ｆn ′／ｆn ）−１｝ ［実験例］ 第６図に示すように、被検体として３層からなる複合板
材を作成し、中間層を切欠いて欠陥部とし、その欠陥部
において表層と裏層を未接着とした。
材を作成し、中間層を切欠いて欠陥部とし、その欠陥部
において表層と裏層を未接着とした。
表層の厚さｔ１＝０．１２５mm 中間層の厚さｔ３＝０．３mm 裏層の厚さｔ２＝０．２５４mm 測定回数ｎ＝７ 実験結果を下表及び第７図に示す。測定結果は誤差が最
大で±５％、２乗平均で３，４％であり、極めて高精度
に欠陥の深さ位置を測定できることが明らかとなった。
大で±５％、２乗平均で３，４％であり、極めて高精度
に欠陥の深さ位置を測定できることが明らかとなった。
（ハ）発明の効果 このように、この発明の複合材料の光学的非破壊検査方
法では、複合接着材料の接着不良をホログラフィやスペ
ックル干渉法を用いて検査する場合、被検体を周波数を
スキャンしながら加振し、表面から観測された接着不良
箇所の共振モードと同一の共振モードを裏面からも観測
することによって、共振モードにおける干渉縞の形から
接着不良の形が求まり、表面と裏面からのそれぞれの共
振周波数の値から接着不良の深さが求まる。また、裏面
からの観測が不可能な場合には、仮の処理として表面か
らの測定が終了した後に表面と同じ材質の薄板を貼りつ
けることにより、貼りつける前後のある一定の共振モー
ドの共振周波数の変化から接着不良の深さを求めること
ができる。
法では、複合接着材料の接着不良をホログラフィやスペ
ックル干渉法を用いて検査する場合、被検体を周波数を
スキャンしながら加振し、表面から観測された接着不良
箇所の共振モードと同一の共振モードを裏面からも観測
することによって、共振モードにおける干渉縞の形から
接着不良の形が求まり、表面と裏面からのそれぞれの共
振周波数の値から接着不良の深さが求まる。また、裏面
からの観測が不可能な場合には、仮の処理として表面か
らの測定が終了した後に表面と同じ材質の薄板を貼りつ
けることにより、貼りつける前後のある一定の共振モー
ドの共振周波数の変化から接着不良の深さを求めること
ができる。
こうして、この発明の複合材料の光学的非破壊検査方法
では材料定数の値が分らない場合でも、また接着不良の
形が任意であっても接着不良箇所の深さを容易に知るこ
とができる。
では材料定数の値が分らない場合でも、また接着不良の
形が任意であっても接着不良箇所の深さを容易に知るこ
とができる。
第１図はこの発明の実施に使用する非破壊検査装置の一
例を示す構成説明図、第２図は被検体の平面説明図、第
３図は第２図におけるIII−III部断面図、第４図は他の
被検体の平面説明図、第５図は第４図におけるＶ−Ｖ部
断面図、第６図は実験に供した被検体の縦断面説明図、
及び第７図は欠陥の深さの測定結果を示すグラフであ
る。 １……非破壊検査装置、２……干渉計、３……加振装
置、４……処理装置、５……レーザ光源、６……ビーム
スプリッタ、７……ミラー、８……ミラー、１１……レ
ンズ、１２……ピンホール、１３……偏光板、１４……
開口、１５……レンズ、１６……テレビカメラ、１７…
…モニタ、１８……ビームスプリッタ、２１……ピエゾ
素子、２２……ミラー、１３……拡散板、２４……ハー
フミラー、２５……被検体、２６……振動発生装置、２
７……増幅器、２８……加振子、３１……Ｄ／Ａコンバ
ータ、３２……処理機、３３……フレームストアメモ
リ、３４……スクリーン面、３５……一方のビーム、３
６……他方のビーム、４１……欠陥、４２……検査部
位、４３……表面、４４……裏面、４５……他の物体
例を示す構成説明図、第２図は被検体の平面説明図、第
３図は第２図におけるIII−III部断面図、第４図は他の
被検体の平面説明図、第５図は第４図におけるＶ−Ｖ部
断面図、第６図は実験に供した被検体の縦断面説明図、
及び第７図は欠陥の深さの測定結果を示すグラフであ
る。 １……非破壊検査装置、２……干渉計、３……加振装
置、４……処理装置、５……レーザ光源、６……ビーム
スプリッタ、７……ミラー、８……ミラー、１１……レ
ンズ、１２……ピンホール、１３……偏光板、１４……
開口、１５……レンズ、１６……テレビカメラ、１７…
…モニタ、１８……ビームスプリッタ、２１……ピエゾ
素子、２２……ミラー、１３……拡散板、２４……ハー
フミラー、２５……被検体、２６……振動発生装置、２
７……増幅器、２８……加振子、３１……Ｄ／Ａコンバ
ータ、３２……処理機、３３……フレームストアメモ
リ、３４……スクリーン面、３５……一方のビーム、３
６……他方のビーム、４１……欠陥、４２……検査部
位、４３……表面、４４……裏面、４５……他の物体
Claims (1)
- 【請求項１】同じ材料製の一若しくは二以上の層からな
る複合材料の被検体の検査部位の少なくとも一方の表面
の共振モードを光学干渉法によって求め、かつその時の
共振周波数を求め、次に前記被検体の前記検査部位の他
方の表面若しくは前記被検体の前記検査部位の前記表面
に貼合させた前記被検体と同じ材料からなる貼合材の表
面において同じ共振モードを示す他の共振周波数を求
め、前記両共振周波数から前記被検体の検査部位の肉厚
方向の欠陥の位置を導出することを特徴とする複合材料
の光学的非破壊検査方法
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62096020A JPH0658350B2 (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 複合材料の光学的非破壊検査方法 |
| US07/174,430 US4871255A (en) | 1987-04-17 | 1988-03-28 | Optical nondestructive testing method of composite materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62096020A JPH0658350B2 (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 複合材料の光学的非破壊検査方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63261159A JPS63261159A (ja) | 1988-10-27 |
| JPH0658350B2 true JPH0658350B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=14153604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62096020A Expired - Lifetime JPH0658350B2 (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 複合材料の光学的非破壊検査方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4871255A (ja) |
| JP (1) | JPH0658350B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5679899A (en) * | 1995-03-06 | 1997-10-21 | Holographics Inc. | Method and apparatus for non-destructive testing of structures |
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| US7812616B2 (en) * | 2006-10-24 | 2010-10-12 | Arinc Incorporated | Systems and methods for detecting variations in composite structures |
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| KR101007456B1 (ko) | 2009-01-02 | 2011-01-14 | 한국원자력연구원 | 충격파 가시화를 이용한 레이저 비파괴 검사 장치 |
| JP6791029B2 (ja) * | 2017-06-12 | 2020-11-25 | 株式会社島津製作所 | 欠陥検出方法及び欠陥検出装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1423509A (en) * | 1972-11-02 | 1976-02-04 | Rolls Royce | Method and apparatus for testing an object |
-
1987
- 1987-04-17 JP JP62096020A patent/JPH0658350B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-03-28 US US07/174,430 patent/US4871255A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63261159A (ja) | 1988-10-27 |
| US4871255A (en) | 1989-10-03 |
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