残留応力算出装置、残留応力測定装置、残留応力算出方法、残留応力測定方法およびプログラム
【課題】塑性変形している被検査体の内部に残留している応力を、安全かつ正確に測定することが可能な、残留応力算出装置、残留応力測定装置、残留応力算出方法、残留応力測定方法およびプログラムを提供すること。
【解決手段】本発明に係る残留応力算出装置は、塑性変形した金属板中の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得部と、金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、音速情報に基づいて、金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のある音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、算出された塑性変形特徴量を利用して、音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、金属板の残留応力を算出する残留応力算出部と、を備える。
【解決手段】本発明に係る残留応力算出装置は、塑性変形した金属板中の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得部と、金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、音速情報に基づいて、金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のある音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、算出された塑性変形特徴量を利用して、音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、金属板の残留応力を算出する残留応力算出部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、残留応力算出装置、残留応力測定装置、残留応力算出方法、残留応力測定方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板等の被検査体の内部に残留している応力（残留応力）は、複雑で不均一な応力分布を生じ、被検査体の機械的な性質に大きな影響を与えるものであるため、残留応力の大きさを正確に測定することは、被検査体の性能を維持する上で重要な技術である。そのため、金属板等の被検査体に残留している応力を測定するための技術について、様々な検討がなされており、各種の方法が提案されている。
【０００３】
例えば、以下の特許文献１及び特許文献２には、Ｘ線又は中性子線を被検査体に照射し、得られた回折パターンから結晶の格子間隔を測定して、被検査体の応力を測定する方法が開示されている。また、以下の非特許文献１には、被検査体中を伝播する縦波及び横波の音速から音弾性パラメータを測定し、予め測定しておいた主応力和と主応力差の関係から主応力を算出する方法が開示されている。ここで、上記音弾性パラメータとは、主応力和、又は、主応力差と相関のある複数の超音波音速から算出されるパラメータのことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−７８３３６号公報
【特許文献２】特開平８−３２７４７１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】社団法人日本非破壊検査協会編、「音弾性」、１９９４年版、社団法人日本非破壊検査協会、１９９４年１１月、ｐ．２５−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、被検査体表面の残留応力しか測定することができないという問題がある。また、上記特許文献２に記載の方法では、被検査体内部の残留応力も測定可能ではあるが、測定装置が大規模になってしまうという問題がある。また、上記特許文献１及び特許文献２に記載の方法は、Ｘ線又は中性子線を利用する方法であるため、被爆の危険性があるという問題も存在する。
【０００７】
他方、上記非特許文献１の方法は、比較的簡単な測定装置で被検査体内部の残留応力を測定可能ではあるが、被検査体が塑性変形している場合には、測定誤差が大きくなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、塑性変形している被検査体の内部に残留している応力を、安全かつ正確に測定することが可能な、残留応力算出装置、残留応力測定装置、残留応力算出方法、残留応力測定方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得部と、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、を備える残留応力算出装置が提供される。
【００１０】
前記残留応力算出装置は、前記係数と前記塑性変形特徴量との関係を表す相関情報が格納された記憶部を更に備え、前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記記憶部に格納された前記相関情報と、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量とを利用して、前記係数を決定することが好ましい。
【００１１】
前記音弾性パラメータ算出部は、前記音速情報を利用して、前記音弾性パラメータとして音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを算出し、前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量に基づいて、以下の式１における係数ＣＲ及びＲ０、並びに、以下の式２における係数ＣＡ及びＢ０を決定することが好ましい。
【００１２】
ここで、下記式１及び式２において、σ１及びσ２は、金属板中に残留している主応力を表す。
【００１３】
【数１】
【００１４】
前記残留応力算出部は、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂと、前記音弾性パラメータ係数補正部が決定した前記係数Ｒ０、ＣＲ、Ｂ０及びＣＡと、を利用し、前記式１及び前記式２に基づいて金属板に残留している主応力を算出することが好ましい。
【００１５】
前記塑性変形特徴量は、前記金属板に生じた塑性歪であってもよい。
また、前記塑性変形特徴量は、塑性変形に伴う前記金属板の板厚の変化の割合である減肉比であってもよい。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定する音速測定装置と、前記音速測定装置が測定した音速の測定結果を利用して、前記塑性変形した金属板中に残留する応力を算出する残留応力算出装置と、を備え、前記残留応力算出装置は、前記音速測定装置から、前記塑性変形した金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得する音速情報取得部と、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、を有する残留応力測定装置が提供される。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得するステップと、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出するステップと、算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、を含む残留応力算出方法が提供される。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定するステップと、前記金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得するステップと、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出するステップと、算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、を含む残留応力測定方法が提供される。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、コンピュータに、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得機能と、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出機能と、前記音速情報取得機能が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出機能と、前記塑性変形特徴量算出機能が算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正機能と、前記音弾性パラメータ算出機能が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正機能が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出機能と、を実現させるためのプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、金属板内部を伝播する音波の音速の関係から算出した音弾性パラメータと、塑性変形が音弾性パラメータに及ぼす影響を補正するための補正値とを利用して、金属板中の残留応力を算出するため、塑性変形している被検査体の内部に残留している応力を、安全かつ正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る残留応力測定装置の構成を示した説明図である。
【図２】同実施形態に係る音速測定装置の例を示した説明図である。
【図３】同実施形態に係る残留応力算出装置の構成を示したブロック図である。
【図４Ａ】塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図４Ｂ】塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図５Ａ】塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図５Ｂ】塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図６】塑性歪による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【図７】塑性歪による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【図８】塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【図９】塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【図１０】塑性歪と減肉比との関係を示したグラフ図である。
【図１１Ａ】減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図１１Ｂ】減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図１２Ａ】減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図１２Ｂ】減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図１３】減肉比による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【図１４】減肉比による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【図１５】減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【図１６】減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【図１７】同実施形態に係る残留応力算出方法の流れを示した流れ図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る残留応力算出装置のハードウェア構成を示したブロック図である。
【図１９】従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法の流れを示した流れ図である。
【図２０】塑性歪がないときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。
【図２１】塑性歪がないときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。
【図２２】塑性歪があるときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。
【図２３】塑性歪があるときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。
【図２４】塑性歪を考慮しないときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【図２５】塑性歪を考慮しないときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
（目的）
まず、本発明の実施形態について説明するに先立ち、図１９〜図２５を参照しながら従来の音弾性効果を利用した残留応力の測定方法について説明し、従来の残留応力測定方法の問題点を明らかにする。また、この従来の残留応力測定方法の問題点を踏まえたうえでの本発明が目的とするところについて、説明を行う。図１９は、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法の流れを示した流れ図である。図２０及び図２１は、塑性歪がないときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。図２２及び図２３は、塑性歪があるときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。図２４及び図２５は、塑性歪を考慮しないときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【００２４】
まず、図１９を参照しながら、従来の音弾性（ａｃｏｕｓｔｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）効果を利用した残留応力測定方法の流れを簡単に説明する。
【００２５】
従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、まず、所定の音速測定装置を利用して、被検査体（例えば、金属板等）の内部を伝播する音波（超音波）の音速を測定する（ステップＳ１１）。具体的には、音速測定装置を利用して、被検査体の内部に縦波超音波及び横波超音波を発生させて、多重反射エコー間隔を測定したり、共振周波数を測定したりする。これにより、縦波超音波及び横波超音波について、例えば以下のような物理量を測定することができる。
【００２６】
・縦波について
エコー間隔 ＴＬ
共振周波数 ｆＬｎ（ｎは、次数である。）
・横波について
エコー間隔 ＴＳ１，ＴＳ２
共振周波数 ｆＳ１ｎ，ｆＳ２ｎ（ｎは、次数である。）
【００２７】
ここで、音速とエコー間隔の間、及び、音速と共振周波数の間には、超音波の伝播距離（例えば、被検査体の厚み）ｔを用いて、以下の式１１及び式１２で表される関係が成立する。なお、以下の式１１及び式１２において、Ｃは音速を表す。また、ｎは、共振周波数の次数である。
【００２８】
Ｃ＝２ｔ／Ｔ ・・・（式１１）
Ｃ＝２ｆｎｔ／ｎ ・・・（式１２）
【００２９】
ここで、上記式１１において、Ｔは、縦波のエコー間隔ＴＬ及び横波のエコー間隔ＴＳ１，ＴＳ２を指し、上記式１２において、ｆｎは、縦波の共振周波数ｆＬｎ及び横波の共振周波数ｆＳ１ｎ，ｆＳ２ｎを指すものである。
【００３０】
よって、縦波超音波から得られた物理量（エコー間隔又は共振周波数）を利用することで、縦波超音波の音速ＣＬを算出することができ、横波超音波から得られた物理量を利用することで、横波超音波の音速ＣＳ１，ＣＳ２を算出することができる。
【００３１】
続いて、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、測定した音速を利用して、各種の音弾性パラメータを算出する（ステップＳ１３）。このような音弾性パラメータの例として、以下の式１３で表される音速比Ｒと、以下の式１４で表される音響複屈折Ｂと、を挙げることができる。
【００３２】
【数２】
【００３３】
ここで、音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、以下で説明するように音速を測定することが目的ではなく、上記式１３及び式１４に示したような音弾性パラメータを用いて、被検査体に残留している主応力を測定することが目的である。上記式１３及び式１４の内容から明らかなように、音弾性パラメータを表す式の分子及び分母それぞれには、音速が同一の次数で含まれているため、上記式１１及び式１２におけるｔ（超音波の伝播距離）は、分子と分母で打ち消しあうこととなる。従って、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、エコー間隔や共振周波数等の測定値を利用するようにすれば、超音波の伝播距離（例えば、被検査体の厚み等）は、測定する必要はない。
【００３４】
続いて、従来の残留応力測定方法では、算出した音弾性パラメータを利用して、被検査体に残留している応力を算出する（ステップＳ１５）。
【００３５】
ここで、音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂは、被検査体に残留している主応力σ１及びσ２との間に以下の式１５及び式１６で表されるような関係が成立することが知られている。
【００３６】
【数３】
【００３７】
ここで、上記式１５において、ＣＲは主応力和変化による音速比の変化を表す係数であり、定数項Ｒ０は無応力時の音速比である。また、上記式１６において、ＣＡは主応力差変化による音響複屈折の変化を表す係数であり、定数項Ｂ０は被検査体の無応力時の組織異方性を表す。
【００３８】
そこで、ある被検査体について、音速比Ｒと主応力和（σ１＋σ２）との関係、及び、音響複屈折Ｂと主応力差（σ１−σ２）との関係を予め測定しておき、算出した音弾性パラメータから主応力和及び主応力差を算出して、被検査体に残留している主応力σ１及びσ２を算出する。
【００３９】
ここで、被検査体として、引張強度の異なる２種類の鋼板（サンプルＡ：板厚１ｍｍの引張強度９８０ＭＰａ級高張力鋼板、サンプルＢ：板厚１．４ｍｍの引張強度５９０ＭＰａ級高張力鋼板）を用意し、引張試験機により荷重を加えながら音弾性パラメータを測定した。準備した２種類の鋼板には、塑性変形は生じていない。得られた測定結果を、図２０及び図２１に示す。
【００４０】
図２０及び図２１において、上側のグラフ図が音速比Ｒと応力（すなわち、鋼板に加えた荷重の大きさであり、主応力和に相当するもの）との関係を示したグラフ図である。また、下側のグラフ図が音響複屈折Ｂと応力（すなわち、鋼板に加えた荷重の大きさであり、主応力差に相当するもの）との関係を示したグラフ図である。
【００４１】
図２０及び図２１から明らかなように、被検査体である鋼板に塑性変形が生じていない場合、加えた荷重（応力）と音弾性パラメータとの間には、線形関係があることがわかる。従って、この線形関係を利用することで、算出した音弾性パラメータから主応力和及び主応力差を算出することができるため、被検査体に残留している主応力σ１及びσ２を特定することができる。
【００４２】
他方、被検査体に大きな歪が加えられており、被検査体が塑性歪を受けているときの音弾性パラメータの測定結果について説明する。上述のサンプルＡ及びサンプルＢに対して予め所定の塑性歪を与えておき、これら塑性歪が与えられたサンプルに対して、引張試験機により引張応力を加えながら、音弾性パラメータを測定した。
【００４３】
得られた結果を、図２２及び図２３に示した。
なお、鋼板に対して与えた塑性歪の大きさは、鋼板が伸びた割合で示している。例えば、各グラフ図において２％という表記が意味するものは、鋼板に引張応力を加えることで鋼板の長さが２％伸びる程度の引張応力を加えたということである。各グラフ図から明らかなように、塑性歪の存在により、グラフ図の傾きや切片の位置が変化している。グラフ図の傾きや切片の位置が異なるということは、塑性歪が生じることで同一応力条件下であっても音弾性パラメータが変化しているということを示すものである。
【００４４】
図２０及び図２１に示した、塑性歪が存在しないときの音弾性パラメータと応力との関係を利用して、図２２及び図２３に示した音弾性パラメータに基づいて残留応力を算出した結果を、図２４及び図２５に示す。図２４が、サンプルＡについての残留応力測定結果であり、図２５が、サンプルＢについての残留応力測定結果である。
【００４５】
行った測定は、被検査体である鋼板に対して一軸引張試験を行った結果に基づくものである。そのため、引っ張り方向と平行な方向の主応力σ１については引張応力に応じて増加する線形関係が成り立つとともに、引っ張り方向に直交する方向の主応力σ２については、引張応力によらず０近傍で一定の値となることが予想される。図２４及び図２５をみると、塑性歪が大きくなるにつれて、塑性歪がない場合（０％）に比べて測定結果の誤差が大きくなっていることがわかる。
【００４６】
このように、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、弾性変形領域ではなく塑性変形領域に相当する歪みが被検査体に加えられた場合には誤差が大きくなって、被検査体に残留している応力の大きさを正確に測定できないという問題があった。
【００４７】
そこで、本発明者らは、塑性変形した被検査体であっても、被検査体に残留している応力の大きさを正確に算出することが可能な残留応力の算出方法を見いだすことを目的として、鋭意検討を行った。その結果、以下で説明するような、本発明の実施形態に係る残留応力の算出方法及び残留応力の測定方法に想到した。
【００４８】
（第１の実施形態）
＜残留応力測定装置の構成について＞
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る残留応力測定装置の構成について、説明を行う。図１は、本実施形態に係る残留応力測定装置の構成を示した説明図である。
【００４９】
本実施形態に係る残留応力測定装置１０は、被検査体である金属板サンプルＳに残留する応力を測定する装置である。この残留応力測定装置１０は、図１に例示したように、音速測定装置１００と、残留応力算出装置２００と、を主に備える。
【００５０】
また、本実施形態に係る残留応力測定装置１０は、図１に示した装置のほかに、表面粗度を測定する装置や、歪ゲージなどの歪みを測定する装置や、被検査体である金属板の板厚を測定する各種の装置等を備えていてもよい。
【００５１】
［音速測定装置について］
音速測定装置１００は、被検査体である金属板サンプルＳに超音波を発生させて、金属板Ｓ中を伝播する超音波の音速を測定する装置である。この音速測定装置１００は、シングアラウンド法、パルスエコーオーバーラップ法、パルス重畳法、共振法、時間間隔平均法等といったものであってもよい。以下では、例えば図２に示したような、多重反射エコー間隔を利用した音速測定装置１００、又は、共振周波数を利用した音速測定装置１００を使用する場合について説明するが、本発明に係る音速測定装置１００が図２に示した例に限定されるわけではない。
【００５２】
図２は、本実施形態に係る音速測定装置１００の構成を示した説明図である。
まず、図２（ａ）を参照しながら、多重反射エコー間隔を利用した音速測定装置の構成について、簡単に説明する。
【００５３】
多重反射エコー間隔を利用した音速測定装置１００は、図２（ａ）に示したように、パルサーレシーバー１０１と、プローブ１０３と、を主に備える。
【００５４】
パルサーレシーバー１０１は、いわゆる超音波受発信装置であり、後述するプローブ１０３を介して、発生させた超音波を被検査体である金属板Ｓに発信するとともに、金属板Ｓ内で反射した反射波を受信する装置である。
【００５５】
また、プローブ１０３は、パルサーレシーバー１０１が発生させた超音波を金属板Ｓに送信するとともに、金属板Ｓ内で反射した反射波を受信する。
【００５６】
多重反射エコー間隔を利用した音速測定法では、図２（ａ）右側に示したグラフ図のように、第１反射波、第２反射波・・・といった多重反射波を観測し、この反射波の間隔（エコー間隔、図２（ａ）のグラフ図における時間Ｔ）を測定する。多重反射波のエコー間隔は、金属板Ｓの板厚ｔをパラメータとすると、金属板中の音速Ｃとの間に、上記式１１に示したような関係を有するため、この多重反射波のエコー間隔Ｔから金属板Ｓ中の音速を算出することが可能である。
【００５７】
次に、図２（ｂ）を参照しながら、共振周波数を利用した音速測定装置の構成について、簡単に説明する。
【００５８】
共振周波数を利用した音速測定装置１００は、図２（ｂ）に示したように、正弦波発生装置１１１と、バースト波発生装置１１３と、電磁超音波変換素子（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＥＭＡＴ）１１５と、積分器１１７と、を主に備える。
【００５９】
正弦波発生装置１１１は、任意の周波数を有する正弦波を発生させる装置である。正弦波発生装置１１１が発生させた正弦波は、後述するバースト波発生装置１１３がバースト波を発生させる際の搬送波として利用される。
【００６０】
バースト波発生装置１１３は、正弦波発生装置１１１が発生させた正弦波を搬送波として利用し、バースト波を発生させる装置である。バースト波発生装置１１３が発生させたバースト波は、後述するＥＭＡＴ１１５を介して金属板Ｓに発信される。また、バースト波発生装置１１３は、ＥＭＡＴ１１５を介して受信した金属板Ｓ中で反射された反射波を、後述する積分器１１７に伝送する。
【００６１】
電磁超音波変換素子（ＥＭＡＴ）１１５は、バースト波発生装置１１３が発生させたバースト波を振動（すなわち、超音波）に変換して、被検査体である金属板Ｓに伝達させる。また、ＥＭＡＴ１１５は、金属板Ｓ中で反射された反射波を受信して電気信号へと変換し、バースト波発生装置１１３に伝送する。このＥＭＡＴ１１５を利用することで、水や油などの接触媒質が不要となり、金属板Ｓ中を伝播する超音波の音速を非接触で測定することが可能となる。
【００６２】
積分器１１７は、ＥＭＡＴ１１５が受信した超音波（金属板Ｓ中で反射された反射波）に対応する電気信号を積分する装置である。この積分器１１７により、金属板Ｓ中を伝播した超音波の共振周波数を特定することが可能となる。
【００６３】
共振周波数を利用した音速測定法では、図２（ｂ）右側に示したグラフ図のように、共振周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２，・・・を観測し、これらの共振周波数ｆｎを測定する。共振周波数は、金属板Ｓの板厚ｔをパラメータとすると、金属板中の音速Ｃとの間に、上記式１２に示したような関係を有するため、この共振周波数から金属板Ｓ中の音速を算出することが可能である。
【００６４】
なお、図２に示した音速測定装置１００は、被検査体である金属板Ｓに対して縦波超音波及び横波超音波を発生させることが好ましいが、音速測定装置１００が発生させる超音波の種類は、上述の例に限定されるわけではない。音速測定装置１００は、ＳＨ波などの各種の超音波を発生させて、被検査体中を伝播する超音波の音速を測定してもよい。
【００６５】
例えば、表面ＳＨ波を利用して音速を測定する場合には、上記式１５と組み合わせる式として、上記式１６のかわりに以下の式１７に示す音響異方性ΦＳを用いて、音速を測定することが可能である。
【００６６】
【数４】
【００６７】
ここで、上記式１７において、ＶＳ１、ＶＳ２は主応力方向に偏向した表面ＳＨ波の音速であり、ＣＳは、主応力差変化による音響異方性の変化を表す係数である。
【００６８】
このような音速測定装置１００で測定された金属板Ｓ中を伝播する超音波の音速に関する測定結果は、音速に関する音速情報として、後述する残留応力算出装置２００に通知される。
【００６９】
以上、本実施形態に係る音速測定装置１００について説明した。
続いて、図３を参照しながら、本実施形態に係る残留応力測定装置１０が備える残留応力算出装置２００の構成について説明する。
【００７０】
［残留応力算出装置について］
図３は、本実施形態に係る残留応力算出装置２００の構成を示したブロック図である。本実施形態に係る残留応力算出装置２００は、図３に示したように、音速情報取得部２０１と、音弾性パラメータ算出部２０３と、塑性変形特徴量算出部２０５と、音弾性パラメータ係数補正部２０７と、記憶部２０９と、残留応力算出部２１１と、を主に備える。また、残留応力算出装置２００は、更に、表示制御部２１３と、表示部２１５とを備えていてもよい。
【００７１】
音速情報取得部２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。音速情報取得部２０１は、音速測定装置１００が塑性変形した金属板中に超音波を発生させることで測定した金属板中の音速に関する情報（音速情報）を取得する。この音速情報は、縦波超音波を用いて測定された縦波の音速に関する情報と、２種類の横波超音波を用いて測定された横波の音速に関する情報と、を含むことが好ましい。この音速情報は、音速そのものを表す情報であってもよく、エコー間隔や共振周波数などの音速を算出するために利用可能な情報であってもよい。音速情報取得部２０１は、取得した音速情報（すなわち、音速測定値に関する情報）を、後述する音弾性パラメータ算出部２０３に出力する。
【００７２】
音弾性パラメータ算出部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。音弾性パラメータ算出部２０３は、音速情報取得部２０１から通知された音速情報に基づいて、被検査体である金属板Ｓに関する音弾性パラメータを算出する。具体的には、音弾性パラメータ算出部２０３は、音速情報取得部２０１から通知された音速情報に基づいて、金属板中に残留する主応力の和又は差と相関のある物理量を、音弾性パラメータとして算出する。このような、主応力の和又は差と相関のある物理量の例として、例えば、音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを挙げることができる。なお、以下では、音弾性パラメータ算出部２０３が、音弾性パラメータとして、音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを算出する場合について、説明を行うものとする。
【００７３】
音弾性パラメータ算出部２０３は、音速情報取得部２０１から通知された音速情報を利用して、下記式１０１に基づいて音速比Ｒを算出する。また、音弾性パラメータ算出部２０３は、音速情報取得部２０１から通知された音速情報を利用して、下記式１０２に基づいて音響複屈折Ｂを算出する。音弾性パラメータ算出部２０３は、これら音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂの算出が終了すると、算出したこれらの音弾性パラメータを、後述する残留応力算出部２１１に出力する。
【００７４】
【数５】
【００７５】
塑性変形特徴量算出部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。塑性変形特徴量算出部２０５は、金属板の塑性変形の大きさを表す塑性変形特徴量を算出する。この塑性変形特徴量は、歪ゲージ等で測定された塑性変形量そのものであってもよく、塑性変形量に換算可能な、変形前後の板厚から算出される減肉比であってもよい。ここで、変形前後の板厚から算出される減肉比は、以下の式により定義される値である。また、塑性変形量に換算可能な値としては、他に表面粗度や硬度、ＦＥＭ解析結果から推定した塑性変形量等がある。
【００７６】
減肉比＝（ｔ−ｔ０）／ｔ０
【００７７】
ここで、上記減肉比の定義式において、ｔ０は、塑性変形が加えられる前の金属板の板厚を示しており、ｔは、塑性変形が加えられた後の金属板の板厚を示している。
【００７８】
塑性変形特徴量算出部２０５は、取得した塑性変形量そのもの、又は、塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を、後述する音弾性パラメータ係数補正部２０７に出力する。
【００７９】
なお、塑性変形特徴量算出部２０５は、塑性変形特徴量の算出に際して、後述する記憶部２０９等に格納されている各種の検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等を参照してもよい。
【００８０】
音弾性パラメータ係数補正部２０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。音弾性パラメータ係数補正部２０７は、前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う。以下、より詳細に、音弾性パラメータ係数補正部２０７が実施する係数の補正処理について説明する。
【００８１】
先に挙げた式１５及び式１６に示したように、音弾性パラメータ算出部２０３によって算出される音弾性パラメータは、主応力の和及び差を用いて定式化される量である。そこで、本実施形態に係る残留応力算出装置２００では、塑性変形による音弾性パラメータの変化を補正するために、式１５及び式１６等の理論式に含まれる係数の値を補正する。
【００８２】
本実施形態に係る残留応力算出装置２００では、塑性変形特徴量算出部２０５により算出される塑性変形特徴量と、式１５及び式１６等に記載されているような、理論式の係数との関係を表す相関情報を、予め生成しておく。
【００８３】
例えば、音弾性パラメータ算出部２０３の算出する音弾性パラメータが音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂであり、塑性変形特徴量算出部２０５の算出する塑性変形特徴量が塑性歪に関するものである場合を考える。この場合、以下に示す相関情報に対応する検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等が予め作成され、残留応力算出装置２００の記憶部２０９等に格納される。
【００８４】
−塑性歪と式１５に示した係数ＣＲとの関係を表す相関情報
−塑性歪と式１５に示した係数Ｒ０との関係を表す相関情報
−塑性歪と式１６に示した係数ＣＡとの関係を表す相関情報
−塑性歪と式１６に示した係数Ｂ０との関係を表す相関情報
【００８５】
音弾性パラメータ係数補正部２０７は、これらの相関情報に対応する各種の検量線等と、塑性変形特徴量算出部２０５から通知された塑性変形特徴量とを利用して、通知された塑性変形特徴量に対応する係数の値を算出する。これにより、式１５及び式１６に記載されている各係数が補正されたこととなる。
【００８６】
音弾性パラメータ係数補正部２０７は、補正後の係数を、後述する残留応力算出部２１１に出力する。
【００８７】
記憶部２０９は、本実施形態に係る残留応力算出装置２００が備えるストレージ装置の一例である。記憶部２０９には、音弾性パラメータ係数補正部２０７が音弾性パラメータの係数の補正に際して利用する、塑性変形特徴量と比例係数との相関関係及び塑性変形特徴量と定数項との相関関係を示す各種の検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等が格納されている。また、記憶部２０９には、塑性変形特徴量算出部２０５が塑性変形特徴量を算出する際に利用する各種の検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等が格納されていてもよい。更に、記憶部２０９には、本実施形態に係る残留応力算出装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベース等が、適宜記録される。この記憶部２０９は、残留応力算出装置２００が備える各処理部が、自由に読み書きを行うことが可能である。
【００８８】
残留応力算出部２１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。残留応力算出部２１１は、音弾性パラメータ算出部２０３が算出した音弾性パラメータと、音弾性パラメータ係数補正部２０７が補正した係数とを利用して、被検査体である金属板Ｓに残留している主応力の大きさを算出する。以下、残留応力算出部２１１が実行する残留応力の算出手順について、詳細に説明する。
【００８９】
残留応力算出部２１１には、音弾性パラメータ算出部２０３が算出した、主応力の和を用いて定式化される音弾性パラメータと、主応力の差を用いて定式化される音弾性パラメータとが入力される。残留応力算出部２１１は、この２種類の音弾性パラメータの値を、音弾性パラメータ係数補正部２０７から通知された係数を利用して補正する。その後、残留応力算出部２１１は、２種類の補正後の音弾性パラメータを利用して、主応力σ１及び主応力σ２の大きさを算出する。
【００９０】
ここで、音弾性パラメータ算出部２０３により算出される音弾性パラメータが、音速比Ｒ（主応力の和を用いて定式化される音弾性パラメータ）及び音響複屈折Ｂ（主応力の差を用いて定式化される音弾性パラメータ）であるものとする。
【００９１】
残留応力算出部２１１は、音弾性パラメータ算出部２０３より通知された音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを、音弾性パラメータ係数補正部２０７から通知された係数Ｒ０，ＣＲ，Ｂ０，ＣＡを用いて、以下に示す式１０３及び式１０４の右辺に示したように補正する。ここで、以下に示した式１０３及び式１０４は、音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂの定義式（式１５及び式１６）を変形したものである。
【００９２】
補正の結果得られる値は、式１０３及び式１０４の左辺から明らかなように、主応力の和及び主応力の差に対応する値である。そこで、残留応力算出部２１１は、以下に示す式１０５及び式１０６と、補正の結果得られる値とを利用して、金属板Ｓに残留している主応力σ１及びσ２を算出する。
【００９３】
【数６】
【００９４】
このようにして算出される主応力σ１及びσ２は、塑性変形が音弾性パラメータに及ぼす影響を考慮した上で算出されたものであり、塑性変形が生じている被検査体であっても、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法に比べて精度の良い結果を得ることができる。
【００９５】
残留応力算出部２１１は、このようにして算出した被検査体に残留している残留応力の算出結果を、後述する表示制御部２１３に出力する。また、残留応力算出部２１１は、残留応力の算出結果を、残留応力を算出した日時に関する情報や、被検査体に関する情報等と関連付けて、履歴情報として記憶部２０９等に記録してもよい。また、残留応力算出部２１１は、算出した残留応力を、残留応力算出装置２００の外部に設けられた各種の装置に出力してもよい。この算出結果の出力は、所定の通信網を介して直接行われてもよく、各種の記録媒体を介して間接的に行われてもよい。
【００９６】
表示制御部２１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。表示制御部２１３は、残留応力算出部２１１が算出した被検査体である金属板Ｓの残留応力の大きさを残留応力算出装置２００が備える表示部２１５に表示する際の表示制御を行う。また、表示制御部２１３は、残留応力の算出結果以外にも、算出した音弾性パラメータの値や、補正された係数の値や、塑性変形特徴量と音弾性パラメータの係数との間の相関関係を表すグラフ図等など、各種の情報を表示部２１５に表示させることができる。
【００９７】
表示部２１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示部２１５は、表示制御部２１３によって制御されながら、残留応力算出装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置に、残留応力の算出結果を含む各種の情報を表示する。これにより、残留応力算出装置２００の利用者は、被検査体である金属板に残留している残留応力の大きさを、その場で把握することができる。
【００９８】
以上、本実施形態に係る残留応力算出装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００９９】
なお、上述のような本実施形態に係る残留応力算出装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１００】
＜残留応力算出方法の具体例について＞
続いて、本実施形態に係る残留応力算出装置２００が実施する残留応力算出方法の具体例について、図４Ａ〜図１６を参照しながら説明する。
【０１０１】
［塑性変形特徴量として塑性歪を利用する場合について］
まず、図４Ａ〜図９を参照しながら、塑性変形特徴量として塑性歪を利用する場合の例について、具体的に説明する。図４Ａ〜図５Ｂは、塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。図６及び図７は、塑性歪による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。図８及び図９は、塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【０１０２】
以下に示す具体例は、被検査体として引張強度の異なる２種類の鋼板（サンプルＡ：板厚１ｍｍの引張強度９８０ＭＰａ級高張力鋼板、サンプルＢ：板厚１．４ｍｍの引張強度５９０ＭＰａ級高張力鋼板）を用意して、測定を行った結果である。
【０１０３】
まず、図４Ａ〜図５Ｂに着目する。図４Ａ及び図４Ｂは、サンプルＡについて、塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図であり、図５Ａ及び図５Ｂは、サンプルＢについて、塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。また、図４Ａ及び図５Ａは、各サンプルの音速比Ｒに関する測定結果を示しており、図４Ｂ及び図５Ｂは、各サンプルの音響複屈折Ｂに関する測定結果を示している。
【０１０４】
ここで、図４Ａ〜図５Ｂについて、横軸は、被検査体に予め与えられた塑性歪（％）を表しており、塑性歪の大きさは、鋼板が伸びた割合で示している。また、各グラフ図の縦軸は、係数の大きさを示している。各係数は、各塑性歪の値に対応する塑性変形を有するサンプルそれぞれについて引張試験機を用いた測定を行って、例えば図２０及び図２１に示したようなグラフ図を作成し、各グラフ図の傾き及び切片の値を求めることで算出した。また、各グラフ図には、塑性歪と係数との関係を表す近似直線と、その近似式が記してある。
【０１０５】
各グラフ図から明らかなように、係数と塑性歪との間には相関関係が認められ、両者の関係は、例えば線形近似が可能であることがわかった。そこで、各グラフ図から得られた近似式を、塑性歪と係数との相関関係を表す情報として利用し、サンプルＡ及びサンプルＢの残留応力を算出した。
【０１０６】
すなわち、塑性変形特徴量算出部２０５は、塑性変形が加えられる前後の金属板の長さの変化に関する情報を取得して長さの変化の割合を算出し、得られた値を塑性変形特徴量（すなわち、図４Ａ〜図５Ｂにおける塑性歪）とする。また、音弾性パラメータ係数補正部２０７は、該当するサンプルの各近似式に算出された塑性歪の大きさを代入して、各係数を決定する。その後、残留応力算出部２１１は、音弾性パラメータ係数補正部２０７が算出した係数と、音弾性パラメータ算出部２０３が算出した音弾性パラメータとを利用して、サンプルＡ及びサンプルＢの残留応力を算出した。
【０１０７】
得られた結果（残留応力の測定結果）を、図６及び図７に示す。図６及び図７において、横軸は応力（引張応力、単位ＭＰａ）を示し、縦軸は、主応力の大きさ（ＭＰａ）を示している。図６及び図７について、引張応力が加えられた方向に対して平行な方向の主応力σ１に着目すると、金属板に加えられた塑性変形の大きさが変化しても、得られる主応力σ１の大きさには、図２４及び図２５に示したような大きな変化は見られない。また、引っ張り応力が加えられた方向に直交する方向の主応力σ２に着目すると、図６及び図７では、値が０近傍でほぼ一定となっていることがわかる。
【０１０８】
また、図８及び図９は、塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化の様子を示している。図８及び図９は、実際に加えられた引張応力の大きさと算出した主応力との差をプロットしたものである。図８及び図９から明らかなように、塑性歪による補正をしなかった場合（図８（ａ）及び図９（ａ））には、塑性歪の大きさが大きくなるにつれて誤差も大きくなっていることがわかる。また、塑性歪による補正を行った場合（図８（ｂ）及び図９（ｂ））には、塑性歪の大きさが大きくなっても、誤差は大きくなっておらず、また、誤差の絶対値も補正をしなかった場合に比べて小さいことがわかる。
【０１０９】
このように、塑性歪による補正を行った上で残留応力の算出を行うことで、被検査体である金属板に塑性変形が加わっている場合であっても、残留応力を精度良く算出することが可能となる。
【０１１０】
［塑性変形特徴量として減肉比を利用する場合について］
続いて、図１０〜図１６を参照しながら、塑性変形特徴量として減肉比を利用する場合の例について、具体的に説明する。図１０は、塑性歪と減肉比との関係を示したグラフ図である。図１１Ａ〜図１２Ｂは、減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。図１３及び図１４は、減肉比による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。図１５及び図１６は、減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【０１１１】
以下では、塑性変形特徴量として、以下の式１０７で表される減肉比を利用した場合の例について、説明を行う。なお、以下の式１０７について、ｔ０は、塑性変形が加えられる前の金属板の板厚を示しており、ｔは、塑性変形が加えられた後の金属板の板厚を示している。下記式１０７からも明らかなように、減肉比は、塑性変形による板厚の変化の割合を示すパラメータである。
【０１１２】
減肉比＝（ｔ−ｔ０）／ｔ０ ・・・（式１０７）
【０１１３】
ここで、被検査体である金属板の板厚は、マイクロメータ等による測定結果を利用することも可能であり、ＦＥＭ解析による推定結果を利用することも可能であるが、以下に示す例では、マイクロメータによる測定結果を利用した。
【０１１４】
図１０は、上述のサンプルＡ及びサンプルＢについて実際に塑性歪及び減肉比を算出し、その対応関係を示したものである。図１０から明らかなように、塑性歪と減肉比との間には相関関係が認められるため、塑性歪に換えて減肉比を利用することでも、被検査体に残留する残留応力を算出することが可能であると考えられる。
【０１１５】
そこで、サンプルＡ及びサンプルＢについて、塑性変形による減肉比と係数との関係を測定した。得られた結果が、図１１Ａ〜図１２Ｂである。図１１Ａ及び図１１Ｂは、サンプルＡについて、減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図であり、図１２Ａ及び図１２Ｂは、サンプルＢについて、減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。また、図１１Ａ及び図１２Ａは、各サンプルの音速比Ｒに関する測定結果を示しており、図１１Ｂ及び図１２Ｂは、各サンプルの音響複屈折Ｂに関する測定結果を示している。
【０１１６】
なお、図１１Ａ等において、「８．０Ｅ−０６」のような記載がなされているが、これは、「８．０×１０−６」という値に対応している。
【０１１７】
各グラフ図から明らかなように、音弾性パラメータの係数と減肉比との間には相関関係が認められ、両者の関係は、例えば線形近似が可能であることがわかった。そこで、各グラフ図から得られた近似式を、減肉比と音弾性パラメータの係数との相関関係を表す情報として利用し、サンプルＡ及びサンプルＢの残留応力を算出した。
【０１１８】
得られた結果（残留応力の測定結果）を、図１３及び図１４に示す。図１３及び図１４において、横軸は応力（引張応力、単位ＭＰａ）を示し、縦軸は、主応力の大きさ（ＭＰａ）を示している。図１３及び図１４について、引張応力が加えられた方向に対して平行な方向の主応力σ１に着目すると、金属板に加えられた塑性変形の大きさが変化しても、得られる主応力σ１の大きさには、図２４及び図２５に示したような大きな変化は見られない。また、引っ張り応力が加えられた方向に直交する方向の主応力σ２に着目すると、図１３及び図１４では、値が０近傍でほぼ一定となっていることがわかる。
【０１１９】
また、図１５及び図１６は、減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化の様子を示している。図１５及び図１６から明らかなように、減肉比による補正をしなかった場合（図１５（ａ）及び図１６（ａ））には、減肉比の絶対値が大きくなるにつれて誤差も大きくなっていることがわかる。また、減肉比による補正を行った場合（図１５（ｂ）及び図１６（ｂ））には、減肉比の絶対値が大きくなっても、誤差は大きくなっておらず、また、誤差の絶対値も補正をしなかった場合に比べて小さいことがわかる。
【０１２０】
このように、塑性歪そのものではなく塑性歪と相関のある特徴量を利用して補正を行った上で残留応力の算出を行うことで、被検査体である金属板に塑性変形が加わっている場合であっても、残留応力を精度良く算出することが可能となる。
【０１２１】
なお、図４Ａ〜図５Ｂ、及び、図１１Ａ〜図１２Ｂでは、音弾性パラメータの係数と塑性変形特徴量との間の相関関係を線形近似で近似しているが、２次関数、３次関数・・・等の多次関数、指数関数、対数関数等の各種の曲線で近似を行ってもよい。
【０１２２】
＜残留応力算出方法の流れについて＞
続いて、図１７を参照しながら、本実施形態に係る残留応力算出装置２００で実施される残留応力算出方法の流れについて、簡単に説明する。図１７は、本実施形態に係る残留応力算出方法の流れを示した流れ図である。
【０１２３】
なお、以下の説明に先立ち、残留応力算出装置２００の記憶部２０９等には、塑性変形特徴量と音弾性パラメータの係数との相関関係を表す情報が予め格納されているものとする。
【０１２４】
まず、残留応力算出装置２００の音速情報取得部２０１は、例えば音速測定装置１００等から、被検査体である金属板についての音速情報（音速の測定結果）を取得する（ステップＳ１０１）。音速情報取得部２０１は、被検査体についての音速情報を取得すると、取得した音速情報を、音弾性パラメータ算出部２０３に出力する。
【０１２５】
次に、音弾性パラメータ算出部２０３は、音速情報取得部２０１から通知された音速情報を利用して、金属板の音弾性パラメータを算出する（ステップＳ１０３）。算出される音弾性パラメータは、例えば、主応力の和を用いて定式化される音弾性パラメータ、及び、主応力の差を用いて定式化される音弾性パラメータであり、このような音弾性パラメータの一例として、音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを挙げることができる。音弾性パラメータ算出部２０３は、算出した音弾性パラメータを、残留応力算出部２１１に出力する。
【０１２６】
他方、残留応力算出装置２００の塑性変形特徴量算出部２０５は、被検査体である金属板の塑性歪、板厚、長さ等の情報を取得して、塑性変形の度合いを示す特徴量である塑性変形特徴量を算出する（ステップＳ１０５）。このような塑性変形特徴量の一例として、塑性歪や減肉比等を挙げることができる。塑性変形特徴量算出部２０５は、算出した塑性変形特徴量を、音弾性パラメータ係数補正部２０７に出力する。
【０１２７】
音弾性パラメータ係数補正部２０７は、塑性変形特徴量算出部２０５から通知された塑性変形特徴量と、記憶部２０９等に格納されている相関関係を表す情報とを利用して、音弾性パラメータの係数を補正する（ステップＳ１０７）。この音弾性パラメータの係数は、例えば、音弾性パラメータを主応力の和又は差を用いて定式化する際に式中に表れる係数である。音弾性パラメータ係数補正部２０７は、音弾性パラメータの係数を補正すると、補正した音弾性パラメータの係数を残留応力算出部２１１に出力する。
【０１２８】
次に、残留応力算出部２１１は、音弾性パラメータ算出部２０３から通知された音弾性パラメータを、音弾性パラメータ係数補正部２０７から通知された係数を利用して補正する。これにより、塑性変形による影響を考慮した音弾性パラメータの値を得ることができる。その後、残留応力算出部２１１は、補正後の音弾性パラメータを利用して、被検査体である金属板に残留している残留応力を算出する（ステップＳ１０９）。
【０１２９】
以上説明したような流れで処理が行われることにより、本実施形態に係る残留応力算出方法では、被検査体である金属板が塑性変形している場合であっても、精度良く残留応力を算出することが可能となる。
【０１３０】
なお、図１７では、音弾性パラメータを算出するための一連の流れと、塑性変形特徴量を算出するための一連の流れとが平行して実施される場合について示しているが、音弾性パラメータの算出に関する流れと塑性変形特徴量の算出に関する流れとは、平行して行われなくとも良い。
【０１３１】
（ハードウェア構成について）
次に、図１８を参照しながら、本発明の実施形態に係る残留応力算出装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１８は、本発明の実施形態に係る残留応力算出装置２００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１３２】
残留応力算出装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、残留応力算出装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０１３３】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、残留応力算出装置２００内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０１３４】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０１３５】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、残留応力算出装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。残留応力算出装置２００のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、残留応力算出装置２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１３６】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、残留応力算出装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、残留応力算出装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１３７】
ストレージ装置９１３は、残留応力算出装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０１３８】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、残留応力算出装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１３９】
接続ポート９１７は、機器を残留応力算出装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、残留応力算出装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０１４０】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０１４１】
以上、本発明の実施形態に係る残留応力算出装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０１４２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１４３】
例えば、上述の実施形態では、音弾性パラメータとして音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを例に挙げたが、本発明の実施形態に係る残留応力算出方法では、音弾性パラメータは上述の例に限定されるわけではない。例えば、音響複屈折Ｂの替わりに、表面ＳＨ波の音速異方性に関する音弾性パラメータを利用しても良い。
【符号の説明】
【０１４４】
１０ 残留応力測定装置
１００ 音速測定装置
１０１ パルサーレシーバー
１０３ プローブ
１１１ 正弦波発生装置
１１３ バースト波発生装置
１１５ 電磁超音波変換素子（ＥＭＡＴ）
１１７ 積分器
２００ 残量応力算出装置
２０１ 音速情報取得部
２０３ 音弾性パラメータ算出部
２０５ 塑性変形特徴量算出部
２０７ 音弾性パラメータ係数補正部
２０９ 記憶部
２１１ 残留応力算出部
２１３ 表示制御部
２１５ 表示部
Ｓ 金属板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、残留応力算出装置、残留応力測定装置、残留応力算出方法、残留応力測定方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板等の被検査体の内部に残留している応力（残留応力）は、複雑で不均一な応力分布を生じ、被検査体の機械的な性質に大きな影響を与えるものであるため、残留応力の大きさを正確に測定することは、被検査体の性能を維持する上で重要な技術である。そのため、金属板等の被検査体に残留している応力を測定するための技術について、様々な検討がなされており、各種の方法が提案されている。
【０００３】
例えば、以下の特許文献１及び特許文献２には、Ｘ線又は中性子線を被検査体に照射し、得られた回折パターンから結晶の格子間隔を測定して、被検査体の応力を測定する方法が開示されている。また、以下の非特許文献１には、被検査体中を伝播する縦波及び横波の音速から音弾性パラメータを測定し、予め測定しておいた主応力和と主応力差の関係から主応力を算出する方法が開示されている。ここで、上記音弾性パラメータとは、主応力和、又は、主応力差と相関のある複数の超音波音速から算出されるパラメータのことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−７８３３６号公報
【特許文献２】特開平８−３２７４７１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】社団法人日本非破壊検査協会編、「音弾性」、１９９４年版、社団法人日本非破壊検査協会、１９９４年１１月、ｐ．２５−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、被検査体表面の残留応力しか測定することができないという問題がある。また、上記特許文献２に記載の方法では、被検査体内部の残留応力も測定可能ではあるが、測定装置が大規模になってしまうという問題がある。また、上記特許文献１及び特許文献２に記載の方法は、Ｘ線又は中性子線を利用する方法であるため、被爆の危険性があるという問題も存在する。
【０００７】
他方、上記非特許文献１の方法は、比較的簡単な測定装置で被検査体内部の残留応力を測定可能ではあるが、被検査体が塑性変形している場合には、測定誤差が大きくなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、塑性変形している被検査体の内部に残留している応力を、安全かつ正確に測定することが可能な、残留応力算出装置、残留応力測定装置、残留応力算出方法、残留応力測定方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得部と、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、を備える残留応力算出装置が提供される。
【００１０】
前記残留応力算出装置は、前記係数と前記塑性変形特徴量との関係を表す相関情報が格納された記憶部を更に備え、前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記記憶部に格納された前記相関情報と、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量とを利用して、前記係数を決定することが好ましい。
【００１１】
前記音弾性パラメータ算出部は、前記音速情報を利用して、前記音弾性パラメータとして音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを算出し、前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量に基づいて、以下の式１における係数ＣＲ及びＲ０、並びに、以下の式２における係数ＣＡ及びＢ０を決定することが好ましい。
【００１２】
ここで、下記式１及び式２において、σ１及びσ２は、金属板中に残留している主応力を表す。
【００１３】
【数１】
【００１４】
前記残留応力算出部は、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂと、前記音弾性パラメータ係数補正部が決定した前記係数Ｒ０、ＣＲ、Ｂ０及びＣＡと、を利用し、前記式１及び前記式２に基づいて金属板に残留している主応力を算出することが好ましい。
【００１５】
前記塑性変形特徴量は、前記金属板に生じた塑性歪であってもよい。
また、前記塑性変形特徴量は、塑性変形に伴う前記金属板の板厚の変化の割合である減肉比であってもよい。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定する音速測定装置と、前記音速測定装置が測定した音速の測定結果を利用して、前記塑性変形した金属板中に残留する応力を算出する残留応力算出装置と、を備え、前記残留応力算出装置は、前記音速測定装置から、前記塑性変形した金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得する音速情報取得部と、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、を有する残留応力測定装置が提供される。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得するステップと、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出するステップと、算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、を含む残留応力算出方法が提供される。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定するステップと、前記金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得するステップと、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出するステップと、算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、を含む残留応力測定方法が提供される。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、コンピュータに、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得機能と、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出機能と、前記音速情報取得機能が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出機能と、前記塑性変形特徴量算出機能が算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正機能と、前記音弾性パラメータ算出機能が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正機能が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出機能と、を実現させるためのプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、金属板内部を伝播する音波の音速の関係から算出した音弾性パラメータと、塑性変形が音弾性パラメータに及ぼす影響を補正するための補正値とを利用して、金属板中の残留応力を算出するため、塑性変形している被検査体の内部に残留している応力を、安全かつ正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る残留応力測定装置の構成を示した説明図である。
【図２】同実施形態に係る音速測定装置の例を示した説明図である。
【図３】同実施形態に係る残留応力算出装置の構成を示したブロック図である。
【図４Ａ】塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図４Ｂ】塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図５Ａ】塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図５Ｂ】塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図６】塑性歪による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【図７】塑性歪による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【図８】塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【図９】塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【図１０】塑性歪と減肉比との関係を示したグラフ図である。
【図１１Ａ】減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図１１Ｂ】減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図１２Ａ】減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図１２Ｂ】減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。
【図１３】減肉比による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【図１４】減肉比による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【図１５】減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【図１６】減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【図１７】同実施形態に係る残留応力算出方法の流れを示した流れ図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る残留応力算出装置のハードウェア構成を示したブロック図である。
【図１９】従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法の流れを示した流れ図である。
【図２０】塑性歪がないときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。
【図２１】塑性歪がないときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。
【図２２】塑性歪があるときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。
【図２３】塑性歪があるときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。
【図２４】塑性歪を考慮しないときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【図２５】塑性歪を考慮しないときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
（目的）
まず、本発明の実施形態について説明するに先立ち、図１９〜図２５を参照しながら従来の音弾性効果を利用した残留応力の測定方法について説明し、従来の残留応力測定方法の問題点を明らかにする。また、この従来の残留応力測定方法の問題点を踏まえたうえでの本発明が目的とするところについて、説明を行う。図１９は、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法の流れを示した流れ図である。図２０及び図２１は、塑性歪がないときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。図２２及び図２３は、塑性歪があるときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。図２４及び図２５は、塑性歪を考慮しないときの応力測定結果を示したグラフ図である。
【００２４】
まず、図１９を参照しながら、従来の音弾性（ａｃｏｕｓｔｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）効果を利用した残留応力測定方法の流れを簡単に説明する。
【００２５】
従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、まず、所定の音速測定装置を利用して、被検査体（例えば、金属板等）の内部を伝播する音波（超音波）の音速を測定する（ステップＳ１１）。具体的には、音速測定装置を利用して、被検査体の内部に縦波超音波及び横波超音波を発生させて、多重反射エコー間隔を測定したり、共振周波数を測定したりする。これにより、縦波超音波及び横波超音波について、例えば以下のような物理量を測定することができる。
【００２６】
・縦波について
エコー間隔 ＴＬ
共振周波数 ｆＬｎ（ｎは、次数である。）
・横波について
エコー間隔 ＴＳ１，ＴＳ２
共振周波数 ｆＳ１ｎ，ｆＳ２ｎ（ｎは、次数である。）
【００２７】
ここで、音速とエコー間隔の間、及び、音速と共振周波数の間には、超音波の伝播距離（例えば、被検査体の厚み）ｔを用いて、以下の式１１及び式１２で表される関係が成立する。なお、以下の式１１及び式１２において、Ｃは音速を表す。また、ｎは、共振周波数の次数である。
【００２８】
Ｃ＝２ｔ／Ｔ ・・・（式１１）
Ｃ＝２ｆｎｔ／ｎ ・・・（式１２）
【００２９】
ここで、上記式１１において、Ｔは、縦波のエコー間隔ＴＬ及び横波のエコー間隔ＴＳ１，ＴＳ２を指し、上記式１２において、ｆｎは、縦波の共振周波数ｆＬｎ及び横波の共振周波数ｆＳ１ｎ，ｆＳ２ｎを指すものである。
【００３０】
よって、縦波超音波から得られた物理量（エコー間隔又は共振周波数）を利用することで、縦波超音波の音速ＣＬを算出することができ、横波超音波から得られた物理量を利用することで、横波超音波の音速ＣＳ１，ＣＳ２を算出することができる。
【００３１】
続いて、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、測定した音速を利用して、各種の音弾性パラメータを算出する（ステップＳ１３）。このような音弾性パラメータの例として、以下の式１３で表される音速比Ｒと、以下の式１４で表される音響複屈折Ｂと、を挙げることができる。
【００３２】
【数２】
【００３３】
ここで、音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、以下で説明するように音速を測定することが目的ではなく、上記式１３及び式１４に示したような音弾性パラメータを用いて、被検査体に残留している主応力を測定することが目的である。上記式１３及び式１４の内容から明らかなように、音弾性パラメータを表す式の分子及び分母それぞれには、音速が同一の次数で含まれているため、上記式１１及び式１２におけるｔ（超音波の伝播距離）は、分子と分母で打ち消しあうこととなる。従って、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、エコー間隔や共振周波数等の測定値を利用するようにすれば、超音波の伝播距離（例えば、被検査体の厚み等）は、測定する必要はない。
【００３４】
続いて、従来の残留応力測定方法では、算出した音弾性パラメータを利用して、被検査体に残留している応力を算出する（ステップＳ１５）。
【００３５】
ここで、音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂは、被検査体に残留している主応力σ１及びσ２との間に以下の式１５及び式１６で表されるような関係が成立することが知られている。
【００３６】
【数３】
【００３７】
ここで、上記式１５において、ＣＲは主応力和変化による音速比の変化を表す係数であり、定数項Ｒ０は無応力時の音速比である。また、上記式１６において、ＣＡは主応力差変化による音響複屈折の変化を表す係数であり、定数項Ｂ０は被検査体の無応力時の組織異方性を表す。
【００３８】
そこで、ある被検査体について、音速比Ｒと主応力和（σ１＋σ２）との関係、及び、音響複屈折Ｂと主応力差（σ１−σ２）との関係を予め測定しておき、算出した音弾性パラメータから主応力和及び主応力差を算出して、被検査体に残留している主応力σ１及びσ２を算出する。
【００３９】
ここで、被検査体として、引張強度の異なる２種類の鋼板（サンプルＡ：板厚１ｍｍの引張強度９８０ＭＰａ級高張力鋼板、サンプルＢ：板厚１．４ｍｍの引張強度５９０ＭＰａ級高張力鋼板）を用意し、引張試験機により荷重を加えながら音弾性パラメータを測定した。準備した２種類の鋼板には、塑性変形は生じていない。得られた測定結果を、図２０及び図２１に示す。
【００４０】
図２０及び図２１において、上側のグラフ図が音速比Ｒと応力（すなわち、鋼板に加えた荷重の大きさであり、主応力和に相当するもの）との関係を示したグラフ図である。また、下側のグラフ図が音響複屈折Ｂと応力（すなわち、鋼板に加えた荷重の大きさであり、主応力差に相当するもの）との関係を示したグラフ図である。
【００４１】
図２０及び図２１から明らかなように、被検査体である鋼板に塑性変形が生じていない場合、加えた荷重（応力）と音弾性パラメータとの間には、線形関係があることがわかる。従って、この線形関係を利用することで、算出した音弾性パラメータから主応力和及び主応力差を算出することができるため、被検査体に残留している主応力σ１及びσ２を特定することができる。
【００４２】
他方、被検査体に大きな歪が加えられており、被検査体が塑性歪を受けているときの音弾性パラメータの測定結果について説明する。上述のサンプルＡ及びサンプルＢに対して予め所定の塑性歪を与えておき、これら塑性歪が与えられたサンプルに対して、引張試験機により引張応力を加えながら、音弾性パラメータを測定した。
【００４３】
得られた結果を、図２２及び図２３に示した。
なお、鋼板に対して与えた塑性歪の大きさは、鋼板が伸びた割合で示している。例えば、各グラフ図において２％という表記が意味するものは、鋼板に引張応力を加えることで鋼板の長さが２％伸びる程度の引張応力を加えたということである。各グラフ図から明らかなように、塑性歪の存在により、グラフ図の傾きや切片の位置が変化している。グラフ図の傾きや切片の位置が異なるということは、塑性歪が生じることで同一応力条件下であっても音弾性パラメータが変化しているということを示すものである。
【００４４】
図２０及び図２１に示した、塑性歪が存在しないときの音弾性パラメータと応力との関係を利用して、図２２及び図２３に示した音弾性パラメータに基づいて残留応力を算出した結果を、図２４及び図２５に示す。図２４が、サンプルＡについての残留応力測定結果であり、図２５が、サンプルＢについての残留応力測定結果である。
【００４５】
行った測定は、被検査体である鋼板に対して一軸引張試験を行った結果に基づくものである。そのため、引っ張り方向と平行な方向の主応力σ１については引張応力に応じて増加する線形関係が成り立つとともに、引っ張り方向に直交する方向の主応力σ２については、引張応力によらず０近傍で一定の値となることが予想される。図２４及び図２５をみると、塑性歪が大きくなるにつれて、塑性歪がない場合（０％）に比べて測定結果の誤差が大きくなっていることがわかる。
【００４６】
このように、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、弾性変形領域ではなく塑性変形領域に相当する歪みが被検査体に加えられた場合には誤差が大きくなって、被検査体に残留している応力の大きさを正確に測定できないという問題があった。
【００４７】
そこで、本発明者らは、塑性変形した被検査体であっても、被検査体に残留している応力の大きさを正確に算出することが可能な残留応力の算出方法を見いだすことを目的として、鋭意検討を行った。その結果、以下で説明するような、本発明の実施形態に係る残留応力の算出方法及び残留応力の測定方法に想到した。
【００４８】
（第１の実施形態）
＜残留応力測定装置の構成について＞
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る残留応力測定装置の構成について、説明を行う。図１は、本実施形態に係る残留応力測定装置の構成を示した説明図である。
【００４９】
本実施形態に係る残留応力測定装置１０は、被検査体である金属板サンプルＳに残留する応力を測定する装置である。この残留応力測定装置１０は、図１に例示したように、音速測定装置１００と、残留応力算出装置２００と、を主に備える。
【００５０】
また、本実施形態に係る残留応力測定装置１０は、図１に示した装置のほかに、表面粗度を測定する装置や、歪ゲージなどの歪みを測定する装置や、被検査体である金属板の板厚を測定する各種の装置等を備えていてもよい。
【００５１】
［音速測定装置について］
音速測定装置１００は、被検査体である金属板サンプルＳに超音波を発生させて、金属板Ｓ中を伝播する超音波の音速を測定する装置である。この音速測定装置１００は、シングアラウンド法、パルスエコーオーバーラップ法、パルス重畳法、共振法、時間間隔平均法等といったものであってもよい。以下では、例えば図２に示したような、多重反射エコー間隔を利用した音速測定装置１００、又は、共振周波数を利用した音速測定装置１００を使用する場合について説明するが、本発明に係る音速測定装置１００が図２に示した例に限定されるわけではない。
【００５２】
図２は、本実施形態に係る音速測定装置１００の構成を示した説明図である。
まず、図２（ａ）を参照しながら、多重反射エコー間隔を利用した音速測定装置の構成について、簡単に説明する。
【００５３】
多重反射エコー間隔を利用した音速測定装置１００は、図２（ａ）に示したように、パルサーレシーバー１０１と、プローブ１０３と、を主に備える。
【００５４】
パルサーレシーバー１０１は、いわゆる超音波受発信装置であり、後述するプローブ１０３を介して、発生させた超音波を被検査体である金属板Ｓに発信するとともに、金属板Ｓ内で反射した反射波を受信する装置である。
【００５５】
また、プローブ１０３は、パルサーレシーバー１０１が発生させた超音波を金属板Ｓに送信するとともに、金属板Ｓ内で反射した反射波を受信する。
【００５６】
多重反射エコー間隔を利用した音速測定法では、図２（ａ）右側に示したグラフ図のように、第１反射波、第２反射波・・・といった多重反射波を観測し、この反射波の間隔（エコー間隔、図２（ａ）のグラフ図における時間Ｔ）を測定する。多重反射波のエコー間隔は、金属板Ｓの板厚ｔをパラメータとすると、金属板中の音速Ｃとの間に、上記式１１に示したような関係を有するため、この多重反射波のエコー間隔Ｔから金属板Ｓ中の音速を算出することが可能である。
【００５７】
次に、図２（ｂ）を参照しながら、共振周波数を利用した音速測定装置の構成について、簡単に説明する。
【００５８】
共振周波数を利用した音速測定装置１００は、図２（ｂ）に示したように、正弦波発生装置１１１と、バースト波発生装置１１３と、電磁超音波変換素子（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＥＭＡＴ）１１５と、積分器１１７と、を主に備える。
【００５９】
正弦波発生装置１１１は、任意の周波数を有する正弦波を発生させる装置である。正弦波発生装置１１１が発生させた正弦波は、後述するバースト波発生装置１１３がバースト波を発生させる際の搬送波として利用される。
【００６０】
バースト波発生装置１１３は、正弦波発生装置１１１が発生させた正弦波を搬送波として利用し、バースト波を発生させる装置である。バースト波発生装置１１３が発生させたバースト波は、後述するＥＭＡＴ１１５を介して金属板Ｓに発信される。また、バースト波発生装置１１３は、ＥＭＡＴ１１５を介して受信した金属板Ｓ中で反射された反射波を、後述する積分器１１７に伝送する。
【００６１】
電磁超音波変換素子（ＥＭＡＴ）１１５は、バースト波発生装置１１３が発生させたバースト波を振動（すなわち、超音波）に変換して、被検査体である金属板Ｓに伝達させる。また、ＥＭＡＴ１１５は、金属板Ｓ中で反射された反射波を受信して電気信号へと変換し、バースト波発生装置１１３に伝送する。このＥＭＡＴ１１５を利用することで、水や油などの接触媒質が不要となり、金属板Ｓ中を伝播する超音波の音速を非接触で測定することが可能となる。
【００６２】
積分器１１７は、ＥＭＡＴ１１５が受信した超音波（金属板Ｓ中で反射された反射波）に対応する電気信号を積分する装置である。この積分器１１７により、金属板Ｓ中を伝播した超音波の共振周波数を特定することが可能となる。
【００６３】
共振周波数を利用した音速測定法では、図２（ｂ）右側に示したグラフ図のように、共振周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２，・・・を観測し、これらの共振周波数ｆｎを測定する。共振周波数は、金属板Ｓの板厚ｔをパラメータとすると、金属板中の音速Ｃとの間に、上記式１２に示したような関係を有するため、この共振周波数から金属板Ｓ中の音速を算出することが可能である。
【００６４】
なお、図２に示した音速測定装置１００は、被検査体である金属板Ｓに対して縦波超音波及び横波超音波を発生させることが好ましいが、音速測定装置１００が発生させる超音波の種類は、上述の例に限定されるわけではない。音速測定装置１００は、ＳＨ波などの各種の超音波を発生させて、被検査体中を伝播する超音波の音速を測定してもよい。
【００６５】
例えば、表面ＳＨ波を利用して音速を測定する場合には、上記式１５と組み合わせる式として、上記式１６のかわりに以下の式１７に示す音響異方性ΦＳを用いて、音速を測定することが可能である。
【００６６】
【数４】
【００６７】
ここで、上記式１７において、ＶＳ１、ＶＳ２は主応力方向に偏向した表面ＳＨ波の音速であり、ＣＳは、主応力差変化による音響異方性の変化を表す係数である。
【００６８】
このような音速測定装置１００で測定された金属板Ｓ中を伝播する超音波の音速に関する測定結果は、音速に関する音速情報として、後述する残留応力算出装置２００に通知される。
【００６９】
以上、本実施形態に係る音速測定装置１００について説明した。
続いて、図３を参照しながら、本実施形態に係る残留応力測定装置１０が備える残留応力算出装置２００の構成について説明する。
【００７０】
［残留応力算出装置について］
図３は、本実施形態に係る残留応力算出装置２００の構成を示したブロック図である。本実施形態に係る残留応力算出装置２００は、図３に示したように、音速情報取得部２０１と、音弾性パラメータ算出部２０３と、塑性変形特徴量算出部２０５と、音弾性パラメータ係数補正部２０７と、記憶部２０９と、残留応力算出部２１１と、を主に備える。また、残留応力算出装置２００は、更に、表示制御部２１３と、表示部２１５とを備えていてもよい。
【００７１】
音速情報取得部２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。音速情報取得部２０１は、音速測定装置１００が塑性変形した金属板中に超音波を発生させることで測定した金属板中の音速に関する情報（音速情報）を取得する。この音速情報は、縦波超音波を用いて測定された縦波の音速に関する情報と、２種類の横波超音波を用いて測定された横波の音速に関する情報と、を含むことが好ましい。この音速情報は、音速そのものを表す情報であってもよく、エコー間隔や共振周波数などの音速を算出するために利用可能な情報であってもよい。音速情報取得部２０１は、取得した音速情報（すなわち、音速測定値に関する情報）を、後述する音弾性パラメータ算出部２０３に出力する。
【００７２】
音弾性パラメータ算出部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。音弾性パラメータ算出部２０３は、音速情報取得部２０１から通知された音速情報に基づいて、被検査体である金属板Ｓに関する音弾性パラメータを算出する。具体的には、音弾性パラメータ算出部２０３は、音速情報取得部２０１から通知された音速情報に基づいて、金属板中に残留する主応力の和又は差と相関のある物理量を、音弾性パラメータとして算出する。このような、主応力の和又は差と相関のある物理量の例として、例えば、音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを挙げることができる。なお、以下では、音弾性パラメータ算出部２０３が、音弾性パラメータとして、音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを算出する場合について、説明を行うものとする。
【００７３】
音弾性パラメータ算出部２０３は、音速情報取得部２０１から通知された音速情報を利用して、下記式１０１に基づいて音速比Ｒを算出する。また、音弾性パラメータ算出部２０３は、音速情報取得部２０１から通知された音速情報を利用して、下記式１０２に基づいて音響複屈折Ｂを算出する。音弾性パラメータ算出部２０３は、これら音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂの算出が終了すると、算出したこれらの音弾性パラメータを、後述する残留応力算出部２１１に出力する。
【００７４】
【数５】
【００７５】
塑性変形特徴量算出部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。塑性変形特徴量算出部２０５は、金属板の塑性変形の大きさを表す塑性変形特徴量を算出する。この塑性変形特徴量は、歪ゲージ等で測定された塑性変形量そのものであってもよく、塑性変形量に換算可能な、変形前後の板厚から算出される減肉比であってもよい。ここで、変形前後の板厚から算出される減肉比は、以下の式により定義される値である。また、塑性変形量に換算可能な値としては、他に表面粗度や硬度、ＦＥＭ解析結果から推定した塑性変形量等がある。
【００７６】
減肉比＝（ｔ−ｔ０）／ｔ０
【００７７】
ここで、上記減肉比の定義式において、ｔ０は、塑性変形が加えられる前の金属板の板厚を示しており、ｔは、塑性変形が加えられた後の金属板の板厚を示している。
【００７８】
塑性変形特徴量算出部２０５は、取得した塑性変形量そのもの、又は、塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を、後述する音弾性パラメータ係数補正部２０７に出力する。
【００７９】
なお、塑性変形特徴量算出部２０５は、塑性変形特徴量の算出に際して、後述する記憶部２０９等に格納されている各種の検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等を参照してもよい。
【００８０】
音弾性パラメータ係数補正部２０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。音弾性パラメータ係数補正部２０７は、前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う。以下、より詳細に、音弾性パラメータ係数補正部２０７が実施する係数の補正処理について説明する。
【００８１】
先に挙げた式１５及び式１６に示したように、音弾性パラメータ算出部２０３によって算出される音弾性パラメータは、主応力の和及び差を用いて定式化される量である。そこで、本実施形態に係る残留応力算出装置２００では、塑性変形による音弾性パラメータの変化を補正するために、式１５及び式１６等の理論式に含まれる係数の値を補正する。
【００８２】
本実施形態に係る残留応力算出装置２００では、塑性変形特徴量算出部２０５により算出される塑性変形特徴量と、式１５及び式１６等に記載されているような、理論式の係数との関係を表す相関情報を、予め生成しておく。
【００８３】
例えば、音弾性パラメータ算出部２０３の算出する音弾性パラメータが音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂであり、塑性変形特徴量算出部２０５の算出する塑性変形特徴量が塑性歪に関するものである場合を考える。この場合、以下に示す相関情報に対応する検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等が予め作成され、残留応力算出装置２００の記憶部２０９等に格納される。
【００８４】
−塑性歪と式１５に示した係数ＣＲとの関係を表す相関情報
−塑性歪と式１５に示した係数Ｒ０との関係を表す相関情報
−塑性歪と式１６に示した係数ＣＡとの関係を表す相関情報
−塑性歪と式１６に示した係数Ｂ０との関係を表す相関情報
【００８５】
音弾性パラメータ係数補正部２０７は、これらの相関情報に対応する各種の検量線等と、塑性変形特徴量算出部２０５から通知された塑性変形特徴量とを利用して、通知された塑性変形特徴量に対応する係数の値を算出する。これにより、式１５及び式１６に記載されている各係数が補正されたこととなる。
【００８６】
音弾性パラメータ係数補正部２０７は、補正後の係数を、後述する残留応力算出部２１１に出力する。
【００８７】
記憶部２０９は、本実施形態に係る残留応力算出装置２００が備えるストレージ装置の一例である。記憶部２０９には、音弾性パラメータ係数補正部２０７が音弾性パラメータの係数の補正に際して利用する、塑性変形特徴量と比例係数との相関関係及び塑性変形特徴量と定数項との相関関係を示す各種の検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等が格納されている。また、記憶部２０９には、塑性変形特徴量算出部２０５が塑性変形特徴量を算出する際に利用する各種の検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等が格納されていてもよい。更に、記憶部２０９には、本実施形態に係る残留応力算出装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベース等が、適宜記録される。この記憶部２０９は、残留応力算出装置２００が備える各処理部が、自由に読み書きを行うことが可能である。
【００８８】
残留応力算出部２１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。残留応力算出部２１１は、音弾性パラメータ算出部２０３が算出した音弾性パラメータと、音弾性パラメータ係数補正部２０７が補正した係数とを利用して、被検査体である金属板Ｓに残留している主応力の大きさを算出する。以下、残留応力算出部２１１が実行する残留応力の算出手順について、詳細に説明する。
【００８９】
残留応力算出部２１１には、音弾性パラメータ算出部２０３が算出した、主応力の和を用いて定式化される音弾性パラメータと、主応力の差を用いて定式化される音弾性パラメータとが入力される。残留応力算出部２１１は、この２種類の音弾性パラメータの値を、音弾性パラメータ係数補正部２０７から通知された係数を利用して補正する。その後、残留応力算出部２１１は、２種類の補正後の音弾性パラメータを利用して、主応力σ１及び主応力σ２の大きさを算出する。
【００９０】
ここで、音弾性パラメータ算出部２０３により算出される音弾性パラメータが、音速比Ｒ（主応力の和を用いて定式化される音弾性パラメータ）及び音響複屈折Ｂ（主応力の差を用いて定式化される音弾性パラメータ）であるものとする。
【００９１】
残留応力算出部２１１は、音弾性パラメータ算出部２０３より通知された音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを、音弾性パラメータ係数補正部２０７から通知された係数Ｒ０，ＣＲ，Ｂ０，ＣＡを用いて、以下に示す式１０３及び式１０４の右辺に示したように補正する。ここで、以下に示した式１０３及び式１０４は、音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂの定義式（式１５及び式１６）を変形したものである。
【００９２】
補正の結果得られる値は、式１０３及び式１０４の左辺から明らかなように、主応力の和及び主応力の差に対応する値である。そこで、残留応力算出部２１１は、以下に示す式１０５及び式１０６と、補正の結果得られる値とを利用して、金属板Ｓに残留している主応力σ１及びσ２を算出する。
【００９３】
【数６】
【００９４】
このようにして算出される主応力σ１及びσ２は、塑性変形が音弾性パラメータに及ぼす影響を考慮した上で算出されたものであり、塑性変形が生じている被検査体であっても、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法に比べて精度の良い結果を得ることができる。
【００９５】
残留応力算出部２１１は、このようにして算出した被検査体に残留している残留応力の算出結果を、後述する表示制御部２１３に出力する。また、残留応力算出部２１１は、残留応力の算出結果を、残留応力を算出した日時に関する情報や、被検査体に関する情報等と関連付けて、履歴情報として記憶部２０９等に記録してもよい。また、残留応力算出部２１１は、算出した残留応力を、残留応力算出装置２００の外部に設けられた各種の装置に出力してもよい。この算出結果の出力は、所定の通信網を介して直接行われてもよく、各種の記録媒体を介して間接的に行われてもよい。
【００９６】
表示制御部２１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。表示制御部２１３は、残留応力算出部２１１が算出した被検査体である金属板Ｓの残留応力の大きさを残留応力算出装置２００が備える表示部２１５に表示する際の表示制御を行う。また、表示制御部２１３は、残留応力の算出結果以外にも、算出した音弾性パラメータの値や、補正された係数の値や、塑性変形特徴量と音弾性パラメータの係数との間の相関関係を表すグラフ図等など、各種の情報を表示部２１５に表示させることができる。
【００９７】
表示部２１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示部２１５は、表示制御部２１３によって制御されながら、残留応力算出装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置に、残留応力の算出結果を含む各種の情報を表示する。これにより、残留応力算出装置２００の利用者は、被検査体である金属板に残留している残留応力の大きさを、その場で把握することができる。
【００９８】
以上、本実施形態に係る残留応力算出装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【００９９】
なお、上述のような本実施形態に係る残留応力算出装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１００】
＜残留応力算出方法の具体例について＞
続いて、本実施形態に係る残留応力算出装置２００が実施する残留応力算出方法の具体例について、図４Ａ〜図１６を参照しながら説明する。
【０１０１】
［塑性変形特徴量として塑性歪を利用する場合について］
まず、図４Ａ〜図９を参照しながら、塑性変形特徴量として塑性歪を利用する場合の例について、具体的に説明する。図４Ａ〜図５Ｂは、塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。図６及び図７は、塑性歪による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。図８及び図９は、塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【０１０２】
以下に示す具体例は、被検査体として引張強度の異なる２種類の鋼板（サンプルＡ：板厚１ｍｍの引張強度９８０ＭＰａ級高張力鋼板、サンプルＢ：板厚１．４ｍｍの引張強度５９０ＭＰａ級高張力鋼板）を用意して、測定を行った結果である。
【０１０３】
まず、図４Ａ〜図５Ｂに着目する。図４Ａ及び図４Ｂは、サンプルＡについて、塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図であり、図５Ａ及び図５Ｂは、サンプルＢについて、塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。また、図４Ａ及び図５Ａは、各サンプルの音速比Ｒに関する測定結果を示しており、図４Ｂ及び図５Ｂは、各サンプルの音響複屈折Ｂに関する測定結果を示している。
【０１０４】
ここで、図４Ａ〜図５Ｂについて、横軸は、被検査体に予め与えられた塑性歪（％）を表しており、塑性歪の大きさは、鋼板が伸びた割合で示している。また、各グラフ図の縦軸は、係数の大きさを示している。各係数は、各塑性歪の値に対応する塑性変形を有するサンプルそれぞれについて引張試験機を用いた測定を行って、例えば図２０及び図２１に示したようなグラフ図を作成し、各グラフ図の傾き及び切片の値を求めることで算出した。また、各グラフ図には、塑性歪と係数との関係を表す近似直線と、その近似式が記してある。
【０１０５】
各グラフ図から明らかなように、係数と塑性歪との間には相関関係が認められ、両者の関係は、例えば線形近似が可能であることがわかった。そこで、各グラフ図から得られた近似式を、塑性歪と係数との相関関係を表す情報として利用し、サンプルＡ及びサンプルＢの残留応力を算出した。
【０１０６】
すなわち、塑性変形特徴量算出部２０５は、塑性変形が加えられる前後の金属板の長さの変化に関する情報を取得して長さの変化の割合を算出し、得られた値を塑性変形特徴量（すなわち、図４Ａ〜図５Ｂにおける塑性歪）とする。また、音弾性パラメータ係数補正部２０７は、該当するサンプルの各近似式に算出された塑性歪の大きさを代入して、各係数を決定する。その後、残留応力算出部２１１は、音弾性パラメータ係数補正部２０７が算出した係数と、音弾性パラメータ算出部２０３が算出した音弾性パラメータとを利用して、サンプルＡ及びサンプルＢの残留応力を算出した。
【０１０７】
得られた結果（残留応力の測定結果）を、図６及び図７に示す。図６及び図７において、横軸は応力（引張応力、単位ＭＰａ）を示し、縦軸は、主応力の大きさ（ＭＰａ）を示している。図６及び図７について、引張応力が加えられた方向に対して平行な方向の主応力σ１に着目すると、金属板に加えられた塑性変形の大きさが変化しても、得られる主応力σ１の大きさには、図２４及び図２５に示したような大きな変化は見られない。また、引っ張り応力が加えられた方向に直交する方向の主応力σ２に着目すると、図６及び図７では、値が０近傍でほぼ一定となっていることがわかる。
【０１０８】
また、図８及び図９は、塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化の様子を示している。図８及び図９は、実際に加えられた引張応力の大きさと算出した主応力との差をプロットしたものである。図８及び図９から明らかなように、塑性歪による補正をしなかった場合（図８（ａ）及び図９（ａ））には、塑性歪の大きさが大きくなるにつれて誤差も大きくなっていることがわかる。また、塑性歪による補正を行った場合（図８（ｂ）及び図９（ｂ））には、塑性歪の大きさが大きくなっても、誤差は大きくなっておらず、また、誤差の絶対値も補正をしなかった場合に比べて小さいことがわかる。
【０１０９】
このように、塑性歪による補正を行った上で残留応力の算出を行うことで、被検査体である金属板に塑性変形が加わっている場合であっても、残留応力を精度良く算出することが可能となる。
【０１１０】
［塑性変形特徴量として減肉比を利用する場合について］
続いて、図１０〜図１６を参照しながら、塑性変形特徴量として減肉比を利用する場合の例について、具体的に説明する。図１０は、塑性歪と減肉比との関係を示したグラフ図である。図１１Ａ〜図１２Ｂは、減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。図１３及び図１４は、減肉比による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。図１５及び図１６は、減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
【０１１１】
以下では、塑性変形特徴量として、以下の式１０７で表される減肉比を利用した場合の例について、説明を行う。なお、以下の式１０７について、ｔ０は、塑性変形が加えられる前の金属板の板厚を示しており、ｔは、塑性変形が加えられた後の金属板の板厚を示している。下記式１０７からも明らかなように、減肉比は、塑性変形による板厚の変化の割合を示すパラメータである。
【０１１２】
減肉比＝（ｔ−ｔ０）／ｔ０ ・・・（式１０７）
【０１１３】
ここで、被検査体である金属板の板厚は、マイクロメータ等による測定結果を利用することも可能であり、ＦＥＭ解析による推定結果を利用することも可能であるが、以下に示す例では、マイクロメータによる測定結果を利用した。
【０１１４】
図１０は、上述のサンプルＡ及びサンプルＢについて実際に塑性歪及び減肉比を算出し、その対応関係を示したものである。図１０から明らかなように、塑性歪と減肉比との間には相関関係が認められるため、塑性歪に換えて減肉比を利用することでも、被検査体に残留する残留応力を算出することが可能であると考えられる。
【０１１５】
そこで、サンプルＡ及びサンプルＢについて、塑性変形による減肉比と係数との関係を測定した。得られた結果が、図１１Ａ〜図１２Ｂである。図１１Ａ及び図１１Ｂは、サンプルＡについて、減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図であり、図１２Ａ及び図１２Ｂは、サンプルＢについて、減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。また、図１１Ａ及び図１２Ａは、各サンプルの音速比Ｒに関する測定結果を示しており、図１１Ｂ及び図１２Ｂは、各サンプルの音響複屈折Ｂに関する測定結果を示している。
【０１１６】
なお、図１１Ａ等において、「８．０Ｅ−０６」のような記載がなされているが、これは、「８．０×１０−６」という値に対応している。
【０１１７】
各グラフ図から明らかなように、音弾性パラメータの係数と減肉比との間には相関関係が認められ、両者の関係は、例えば線形近似が可能であることがわかった。そこで、各グラフ図から得られた近似式を、減肉比と音弾性パラメータの係数との相関関係を表す情報として利用し、サンプルＡ及びサンプルＢの残留応力を算出した。
【０１１８】
得られた結果（残留応力の測定結果）を、図１３及び図１４に示す。図１３及び図１４において、横軸は応力（引張応力、単位ＭＰａ）を示し、縦軸は、主応力の大きさ（ＭＰａ）を示している。図１３及び図１４について、引張応力が加えられた方向に対して平行な方向の主応力σ１に着目すると、金属板に加えられた塑性変形の大きさが変化しても、得られる主応力σ１の大きさには、図２４及び図２５に示したような大きな変化は見られない。また、引っ張り応力が加えられた方向に直交する方向の主応力σ２に着目すると、図１３及び図１４では、値が０近傍でほぼ一定となっていることがわかる。
【０１１９】
また、図１５及び図１６は、減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化の様子を示している。図１５及び図１６から明らかなように、減肉比による補正をしなかった場合（図１５（ａ）及び図１６（ａ））には、減肉比の絶対値が大きくなるにつれて誤差も大きくなっていることがわかる。また、減肉比による補正を行った場合（図１５（ｂ）及び図１６（ｂ））には、減肉比の絶対値が大きくなっても、誤差は大きくなっておらず、また、誤差の絶対値も補正をしなかった場合に比べて小さいことがわかる。
【０１２０】
このように、塑性歪そのものではなく塑性歪と相関のある特徴量を利用して補正を行った上で残留応力の算出を行うことで、被検査体である金属板に塑性変形が加わっている場合であっても、残留応力を精度良く算出することが可能となる。
【０１２１】
なお、図４Ａ〜図５Ｂ、及び、図１１Ａ〜図１２Ｂでは、音弾性パラメータの係数と塑性変形特徴量との間の相関関係を線形近似で近似しているが、２次関数、３次関数・・・等の多次関数、指数関数、対数関数等の各種の曲線で近似を行ってもよい。
【０１２２】
＜残留応力算出方法の流れについて＞
続いて、図１７を参照しながら、本実施形態に係る残留応力算出装置２００で実施される残留応力算出方法の流れについて、簡単に説明する。図１７は、本実施形態に係る残留応力算出方法の流れを示した流れ図である。
【０１２３】
なお、以下の説明に先立ち、残留応力算出装置２００の記憶部２０９等には、塑性変形特徴量と音弾性パラメータの係数との相関関係を表す情報が予め格納されているものとする。
【０１２４】
まず、残留応力算出装置２００の音速情報取得部２０１は、例えば音速測定装置１００等から、被検査体である金属板についての音速情報（音速の測定結果）を取得する（ステップＳ１０１）。音速情報取得部２０１は、被検査体についての音速情報を取得すると、取得した音速情報を、音弾性パラメータ算出部２０３に出力する。
【０１２５】
次に、音弾性パラメータ算出部２０３は、音速情報取得部２０１から通知された音速情報を利用して、金属板の音弾性パラメータを算出する（ステップＳ１０３）。算出される音弾性パラメータは、例えば、主応力の和を用いて定式化される音弾性パラメータ、及び、主応力の差を用いて定式化される音弾性パラメータであり、このような音弾性パラメータの一例として、音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを挙げることができる。音弾性パラメータ算出部２０３は、算出した音弾性パラメータを、残留応力算出部２１１に出力する。
【０１２６】
他方、残留応力算出装置２００の塑性変形特徴量算出部２０５は、被検査体である金属板の塑性歪、板厚、長さ等の情報を取得して、塑性変形の度合いを示す特徴量である塑性変形特徴量を算出する（ステップＳ１０５）。このような塑性変形特徴量の一例として、塑性歪や減肉比等を挙げることができる。塑性変形特徴量算出部２０５は、算出した塑性変形特徴量を、音弾性パラメータ係数補正部２０７に出力する。
【０１２７】
音弾性パラメータ係数補正部２０７は、塑性変形特徴量算出部２０５から通知された塑性変形特徴量と、記憶部２０９等に格納されている相関関係を表す情報とを利用して、音弾性パラメータの係数を補正する（ステップＳ１０７）。この音弾性パラメータの係数は、例えば、音弾性パラメータを主応力の和又は差を用いて定式化する際に式中に表れる係数である。音弾性パラメータ係数補正部２０７は、音弾性パラメータの係数を補正すると、補正した音弾性パラメータの係数を残留応力算出部２１１に出力する。
【０１２８】
次に、残留応力算出部２１１は、音弾性パラメータ算出部２０３から通知された音弾性パラメータを、音弾性パラメータ係数補正部２０７から通知された係数を利用して補正する。これにより、塑性変形による影響を考慮した音弾性パラメータの値を得ることができる。その後、残留応力算出部２１１は、補正後の音弾性パラメータを利用して、被検査体である金属板に残留している残留応力を算出する（ステップＳ１０９）。
【０１２９】
以上説明したような流れで処理が行われることにより、本実施形態に係る残留応力算出方法では、被検査体である金属板が塑性変形している場合であっても、精度良く残留応力を算出することが可能となる。
【０１３０】
なお、図１７では、音弾性パラメータを算出するための一連の流れと、塑性変形特徴量を算出するための一連の流れとが平行して実施される場合について示しているが、音弾性パラメータの算出に関する流れと塑性変形特徴量の算出に関する流れとは、平行して行われなくとも良い。
【０１３１】
（ハードウェア構成について）
次に、図１８を参照しながら、本発明の実施形態に係る残留応力算出装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１８は、本発明の実施形態に係る残留応力算出装置２００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１３２】
残留応力算出装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、残留応力算出装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０１３３】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、残留応力算出装置２００内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０１３４】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０１３５】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、残留応力算出装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。残留応力算出装置２００のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、残留応力算出装置２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１３６】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、残留応力算出装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、残留応力算出装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１３７】
ストレージ装置９１３は、残留応力算出装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０１３８】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、残留応力算出装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１３９】
接続ポート９１７は、機器を残留応力算出装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、残留応力算出装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０１４０】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０１４１】
以上、本発明の実施形態に係る残留応力算出装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【０１４２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１４３】
例えば、上述の実施形態では、音弾性パラメータとして音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを例に挙げたが、本発明の実施形態に係る残留応力算出方法では、音弾性パラメータは上述の例に限定されるわけではない。例えば、音響複屈折Ｂの替わりに、表面ＳＨ波の音速異方性に関する音弾性パラメータを利用しても良い。
【符号の説明】
【０１４４】
１０ 残留応力測定装置
１００ 音速測定装置
１０１ パルサーレシーバー
１０３ プローブ
１１１ 正弦波発生装置
１１３ バースト波発生装置
１１５ 電磁超音波変換素子（ＥＭＡＴ）
１１７ 積分器
２００ 残量応力算出装置
２０１ 音速情報取得部
２０３ 音弾性パラメータ算出部
２０５ 塑性変形特徴量算出部
２０７ 音弾性パラメータ係数補正部
２０９ 記憶部
２１１ 残留応力算出部
２１３ 表示制御部
２１５ 表示部
Ｓ 金属板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得部と、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、
前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、
前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、
前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、
を備えることを特徴とする、残留応力算出装置。
【請求項２】
前記残留応力算出装置は、前記係数と前記塑性変形特徴量との関係を表す相関情報が格納された記憶部を更に備え、
前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記記憶部に格納された前記相関情報と、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量とを利用して、前記係数を決定することを特徴とする、請求項１に記載の残留応力算出装置。
【請求項３】
前記音弾性パラメータ算出部は、前記音速情報を利用して、前記音弾性パラメータとして音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを算出し、
前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量に基づいて、以下の式１における係数ＣＲ及びＲ０、並びに、以下の式２における係数ＣＡ及びＢ０を決定することを特徴とする、請求項２に記載の残留応力算出装置。
ここで、下記式１及び式２において、σ１及びσ２は、金属板中に残留している主応力を表す。
【数１】
【請求項４】
前記残留応力算出部は、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂと、前記音弾性パラメータ係数補正部が決定した前記係数Ｒ０、ＣＲ、Ｂ０及びＣＡと、を利用し、前記式１及び前記式２に基づいて金属板に残留している主応力を算出することを特徴とする、請求項３に記載の残留応力算出装置。
【請求項５】
前記塑性変形特徴量は、前記金属板に生じた塑性歪であることを特徴とする、請求項１に記載の残留応力算出装置。
【請求項６】
前記塑性変形特徴量は、塑性変形に伴う前記金属板の板厚の変化の割合である減肉比であることを特徴とする、請求項１に記載の残留応力算出装置。
【請求項７】
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定する音速測定装置と、
前記音速測定装置が測定した音速の測定結果を利用して、前記塑性変形した金属板中に残留する応力を算出する残留応力算出装置と、
を備え、
前記残留応力算出装置は、
前記音速測定装置から、前記塑性変形した金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得する音速情報取得部と、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、
前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、
前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、
前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、
を有することを特徴とする、残留応力測定装置。
【請求項８】
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得するステップと、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出するステップと、
算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、
算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、
を含むことを特徴とする、残留応力算出方法。
【請求項９】
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定するステップと、
前記金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得するステップと、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出するステップと、
算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、
算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、
を含むことを特徴とする、残留応力測定方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得機能と、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出機能と、
前記音速情報取得機能が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出機能と、
前記塑性変形特徴量算出機能が算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正機能と、
前記音弾性パラメータ算出機能が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正機能が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出機能と、
を実現させるためのプログラム。
【請求項１】
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得部と、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、
前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、
前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、
前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、
を備えることを特徴とする、残留応力算出装置。
【請求項２】
前記残留応力算出装置は、前記係数と前記塑性変形特徴量との関係を表す相関情報が格納された記憶部を更に備え、
前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記記憶部に格納された前記相関情報と、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量とを利用して、前記係数を決定することを特徴とする、請求項１に記載の残留応力算出装置。
【請求項３】
前記音弾性パラメータ算出部は、前記音速情報を利用して、前記音弾性パラメータとして音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂを算出し、
前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量に基づいて、以下の式１における係数ＣＲ及びＲ０、並びに、以下の式２における係数ＣＡ及びＢ０を決定することを特徴とする、請求項２に記載の残留応力算出装置。
ここで、下記式１及び式２において、σ１及びσ２は、金属板中に残留している主応力を表す。
【数１】
【請求項４】
前記残留応力算出部は、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音速比Ｒ及び音響複屈折Ｂと、前記音弾性パラメータ係数補正部が決定した前記係数Ｒ０、ＣＲ、Ｂ０及びＣＡと、を利用し、前記式１及び前記式２に基づいて金属板に残留している主応力を算出することを特徴とする、請求項３に記載の残留応力算出装置。
【請求項５】
前記塑性変形特徴量は、前記金属板に生じた塑性歪であることを特徴とする、請求項１に記載の残留応力算出装置。
【請求項６】
前記塑性変形特徴量は、塑性変形に伴う前記金属板の板厚の変化の割合である減肉比であることを特徴とする、請求項１に記載の残留応力算出装置。
【請求項７】
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定する音速測定装置と、
前記音速測定装置が測定した音速の測定結果を利用して、前記塑性変形した金属板中に残留する応力を算出する残留応力算出装置と、
を備え、
前記残留応力算出装置は、
前記音速測定装置から、前記塑性変形した金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得する音速情報取得部と、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、
前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、
前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、
前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、
を有することを特徴とする、残留応力測定装置。
【請求項８】
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得するステップと、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出するステップと、
算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、
算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、
を含むことを特徴とする、残留応力算出方法。
【請求項９】
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定するステップと、
前記金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得するステップと、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出するステップと、
算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、
算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、
を含むことを特徴とする、残留応力測定方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得機能と、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出機能と、
前記音速情報取得機能が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出機能と、
前記塑性変形特徴量算出機能が算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正機能と、
前記音弾性パラメータ算出機能が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正機能が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出機能と、
を実現させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−１９６９５３（Ｐ２０１１−１９６９５３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６９８７（Ｐ２０１０−６６９８７）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
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