超音波式応力測定装置及び超音波式応力測定方法
【課題】装置の大型化を防ぐと共に、作業効率の向上を図ることができる超音波式応力測定装置及び超音波式応力測定方法を提供すること。
【解決手段】第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2により、振動方向が水平方向の超音波音速度データを２つ得ることができる。これら２つの音速度データの平均値を求めれば、この平均値の音速度データは、２つの横波探触子Ｐ1，Ｐ2の中間位置つまり縦波探触子Ｐ0の位置で水平方向の横波超音波を送受信することにより得られたデータと見做すことができる。第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4についても同様に考えることができる。したがって、図１（ｂ）のように各探触子を配置すれば、駆動機構の力を借りなくても、探触子を入れ換えたのと同様の効果を得ることができる。
【解決手段】第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2により、振動方向が水平方向の超音波音速度データを２つ得ることができる。これら２つの音速度データの平均値を求めれば、この平均値の音速度データは、２つの横波探触子Ｐ1，Ｐ2の中間位置つまり縦波探触子Ｐ0の位置で水平方向の横波超音波を送受信することにより得られたデータと見做すことができる。第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4についても同様に考えることができる。したがって、図１（ｂ）のように各探触子を配置すれば、駆動機構の力を借りなくても、探触子を入れ換えたのと同様の効果を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料劣化診断等の技術に用いる超音波式応力測定装置及び超音波式応力測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
材料劣化の診断を正確に行うためには残留応力を高精度に測定する必要がある。残留応力を測定する手法には種々のものがあるが、超音波を用いる手法は、測定が簡単であり、また材料を破壊する必要がないので比較的広汎に実施されている。
【０００３】
そして、超音波を用いる手法についても種々のものがあり、その中の有力な手法として弾性表面波を利用して残留応力を測定する手法がある。ところが、この弾性表面波を利用する手法の場合、表面組織音響異方性を求める必要があるが、通常、材料には表面組織音響異方性及び応力異方性の双方が混在しており、表面組織音響異方性だけを分離して求める技術は存在していなかった。
【０００４】
そこで、出願人は先に特許文献１に係る出願において、表面組織音響異方性を分離する技術を提示している。これは、縦波探触子の送受信により得られる縦波超音波データと、横波探触子の送受信により得られる、２以上の異なる振動方向を有する横波超音波データとから、それぞれ縦波音速度、横波音速度、及び弾性表面波音速度を求め、これらの音速度データに基づき表面組織音響異方性を演算するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７６３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に係る装置では、縦波探触子及び横波探触子を同一位置に配置して送受信動作を行うようにしており、また、横波探触子については少なくとも直交する２方向の振動方向の超音波データを得られるようにする必要がある。そのため、特許文献１に係る装置では、縦波探触子と横波探触子との入れ換え、及び横波探触子の回転を可能にするための駆動機構を具備している。
【０００７】
しかし、このような駆動機構を具備することは装置全体の大形化につながり、また、探触子の入れ換え及び回転の際のセットアップ作業に少なからぬ時間及び労力を要し、作業効率の低下を招く結果となる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を防ぐと共に、作業効率の向上を図ることができる超音波式応力測定装置及び超音波式応力測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、応力測定対象材料の内部を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に振動方向が水平方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4を配設して成る探触子組立体と、前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に振動方向が水平方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4を配設し、更に前記第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2のそれぞれ外側に進行方向が水平方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6を配設すると共に、前記第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4のそれぞれ外側に進行方向が垂直方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8を配設して成る探触子組立体と、前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に進行方向が水平方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に進行方向が垂直方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8を配設し、更に前記垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7の水平方向両側に振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3を配設すると共に、前記垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8の水平方向両側に振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2を配設して成る探触子組立体と、前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に進行方向が水平方向である弾性表面波を受信する第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に進行方向が垂直方向である弾性表面波を受信する第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82を配設し、更に前記第１の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81の水平方向両側に振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3を配設すると共に、前記第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ82の水平方向両側に振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2を配設して成る探触子組立体と、前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62同士を結ぶ延長線上であって前記探触子組立体の外側の位置に配設され、前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62に対して、前記進行方向が水平方向である弾性表面波を送信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5と、前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82同士を結ぶ延長線上であって前記探触子組立体の外側の位置に配設され、前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82に対して、前記進行方向が垂直方向である弾性表面波を送信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7と、前記探触子組立体の各探触子、及びこの探触子組立体の外側位置に配設された各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、を備え、しかも、前記測定データ解析部は、前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62の各受信時点間の時間差に基づき水平方向弾性表面波の音速度を求めると共に、前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82の各受信時点間の時間差に基づき垂直方向弾性表面波の音速度を求めるものである、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、応力測定対象材料の内部を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定方法において、縦波探触子が縦波超音波を受信し、前記縦波探触子を中心にして水平方向両側に配設された第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が、振動方向が水平方向である横波超音波を送受信し、前記縦波探触子を中心にして垂直方向両側に配設された第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が、振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信し、前記第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が受信した各音速度データの平均値を算出して垂直方向横波超音波の音速度データとし、前記第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が受信した各音速度データの平均値を算出して垂直方向横波超音波の音速度データとし、前記水平方向横波超音波の音速度データ及び前記垂直方向横波超音波の音速度データから水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを演算し、この水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを用いて表面組織音響異方性を演算して残留応力の解析を行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、装置の大型化を防ぐと共に、作業効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図。
【図５】図４の構成の動作を説明するための波形チャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【００１７】
図１（ａ）において、被検査材１（応力測定対象材料）の上面に接触媒質２を介して、１つの縦波探触子Ｐ0及び４つの横波探触子Ｐ1〜Ｐ4（図１（ａ）ではＰ1，Ｐ0，Ｐ2のみを図示）が配設されて成る探触子組立体３が配置されている。これらの縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4はいずれも送受信兼用探触子であり、被検査材１の内部に向けて縦波超音波Ｗ0及び横波超音波Ｗ1〜Ｗ4（図１（ａ）ではＷ1，Ｗ0，Ｗ2のみを図示）を送信すると共に、底面からの反射波の受信も行うようになっている。
【００１８】
縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4の送受信動作は超音波送受信制御部４により制御されるようになっている。そして、超音波送受信制御部４は、縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4からの測定データを測定データ解析部５に送出し、測定データ解析部５は、これらの測定データを用いて被検査材１の残留応力の解析を行うようになっている。
【００１９】
なお図示は省略しているが、探触子組立体３は、実際には、縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4を一体的に収納又は保持するカバー部材又はホルダ部材を有している。
【００２０】
また、接触媒質２としては、可能であれば縦波探触子Ｐ0には縦波専用のものを使用し、横波探触子Ｐ1〜Ｐ4には横波専用のものを使用するのが好ましいが、２種類の接触媒質を隣接した位置に使用すると実際には両者が融合状態になる。したがって、本実施形態では接触媒質２として横波専用のものを使用するようにしている。
【００２１】
探触子組立体３を構成する縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4の平面上での配設状態は図１（ｂ）に示す通りである。なお、図１（ａ）における探触子Ｐ1，Ｐ0，Ｐ2は、図１（ｂ）のＡ−Ａ矢視により示されたものである。また、横波探触子Ｐ1〜Ｐ4の水平方向及び垂直方向の矢印は、それぞれの探触子の振動方向を示している。
【００２２】
図１（ｂ）において、縦波超音波Ｗ0を送受信する縦波探触子Ｐ0が中心に配設されており、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側には、振動方向が水平方向である横波超音波Ｗ1，Ｗ2を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が配設されている。また、縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側には、振動方向が垂直方向である横波超音波Ｗ3，Ｗ4を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が配設されている。
【００２３】
縦波探触子の送受信動作及び横波探触子の送受信動作は、本来的には同一位置において行われるのが好ましい。そのため、特許文献１の従来装置では、縦波探触子の送受信動作が終了した後に、駆動機構の力を借りて縦波探触子と横波探触子とを入れ換えるようにしている。しかし、上記の図１（ｂ）のように各探触子を配置すれば、駆動機構の力を借りなくても、探触子を入れ換えたのと同様の効果を得ることができる。
【００２４】
すなわち、第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2により、振動方向が水平方向の超音波音速度データを２つ得ることができる。これら２つの音速度データの平均値を求めれば、この平均値の音速度データは、２つの横波探触子Ｐ1，Ｐ2の中間位置つまり縦波探触子Ｐ0の位置で水平方向の横波超音波を送受信することにより得られたデータと見做すことができるのである。第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4についても同様に考えることができる。
【００２５】
次に、本実施形態に係る装置を用いて行う応力測定のための作業すなわち超音波式応力測定方法につき説明する。オペレータは、まず、探触子組立体３の各探触子の先端部に接触媒質２を塗布した後、この探触子組立体３を被検査材１の上面に配置する。
【００２６】
次いで、オペレータは、超音波送受信制御部４の操作釦（図示せず）を操作して、縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4に送受信動作を同時に行わせる。そして、超音波送受信制御部４は、縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4からの受信データを測定データ解析部５に送出する。測定データ解析部５は、超音波送受信制御部４からの各探触子の超音波受信データを入力すると、各超音波の音速度データを求めて被検査材１の残留応力の解析を行う。
【００２７】
このとき、測定データ解析部５は、水平方向横波超音波の音速度データとしては第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2の各音速度データの平均値を採用し、また、垂直方向横波超音波の音速度データとしては第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4の平均値を採用する。
【００２８】
そして、測定データ解析部５は、上記のようにして得られた縦波超音波及び横波超音波の各音速度データから水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを近似式により演算して求め、更にこれらの弾性表面波音速度データを用いて表面組織音響異方性の演算を行って残留応力の解析を行う。このときの演算の内容は特許文献１に開示されているので、重複した記載は省略する。
【００２９】
このように、図１の構成によれば、縦波探触子と、水平方向横波探触子及び垂直方向横波探触子とを実質的に同一位置に配置したのと同様に見なすことができるので、従来装置のように縦波探触子と横波探触子とを入れ換えるための駆動機構を具備させる必要がなくなる。それ故、装置全体が大形化するのを防ぐことができ、また、探触子の入れ換え及び回転の際のセットアップ作業に少なからぬ時間及び労力を要することもなくなるので作業効率の向上を図ることができる。
【００３０】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図２が図１と異なるのは探触子組立体３Aの構成である。
【００３１】
図１の第１の実施形態では、縦波超音波及び横波超音波の各音速度データから測定データ解析部５が水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを近似式により演算して求めるようにしていたので、用いる探触子は縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4だけであり、弾性表面波用の探触子は用いていなかった。これに対し、図２の第２の実施形態では、弾性表面波送信探触子Ｐ5，Ｐ7及び弾性表面波受信探触子Ｐ6，Ｐ8（図２（ａ）ではＰ5，Ｐ6のみを図示）を付加することにより弾性表面波Ｗ56，Ｗ78（図２（ａ）ではＷ56のみを図示）の送信及び受信を行うようにし、これにより直接的に弾性表面波音速度データを得られる構成としている。
【００３２】
探触子組立体３Aを構成する縦波探触子Ｐ0、横波探触子Ｐ1〜Ｐ4、弾性表面波送信探触子Ｐ5，Ｐ7及び弾性表面波受信探触子Ｐ6，Ｐ8の平面上での配設状態は図２（ｂ）に示す通りである。
【００３３】
すなわち、縦波超音波Ｗ0を送受信する縦波探触子Ｐ0が中心に配設されており、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側には、振動方向が水平方向である横波超音波Ｗ1，Ｗ2を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が配設されている。また、縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側には、振動方向が垂直方向である横波超音波Ｗ3，Ｗ4を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が配設されている。ここまでは図１（ｂ）と同様の配設状態である。
【００３４】
しかし、図２（ｂ）では更に、第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2のそれぞれ外側に進行方向が水平方向である弾性表面波Ｗ56をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6が配設されると共に、第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4のそれぞれ外側に進行方向が垂直方向である弾性表面波Ｗ78をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8が配設されている。
【００３５】
したがって、この第２の実施形態における測定データ解析部５は、水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを求めるために、第１の実施形態のように、縦波超音波及び横波超音波の各音速度データから近似式を用いて演算する必要はなく、探触子Ｐ5，Ｐ6及び探触子Ｐ7，Ｐ8の測定結果から直接的に求めることができる。それ故、応力解析の精度を向上させると共に、演算時間を短縮することができる。
【００３６】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図３が図２と異なるのは探触子組立体３Ｂにおける各探触子の配設状態である。
【００３７】
図２（ｂ）において、本来は、探触子Ｐ5，Ｐ6を探触子Ｐ1，Ｐ2と同一位置とすると共に、探触子Ｐ7，Ｐ8を探触子Ｐ3，Ｐ4と同一位置として、全ての探触子の測定データをほぼ同じ領域内で得られるようにすることが応力解析精度を向上させるためには望ましい。しかし、探触子の入れ換えを行わない限りこれらの探触子を同一位置に配設することは不可能である。そのため、図２（ｂ）では、探触子Ｐ1，Ｐ2の外側に探触子Ｐ5，Ｐ6を配設し、探触子Ｐ3，Ｐ4の外側に探触子Ｐ7，Ｐ8を配設するようにしている。
【００３８】
つまり、探触子Ｐ5，Ｐ6間の距離は探触子Ｐ1，Ｐ2間の距離よりも長くなり、探触子Ｐ7，Ｐ8間の距離は探触子Ｐ3，Ｐ4間の距離よりも長くなっている。したがって、全ての探触子の測定データがほぼ同じ領域内で得られたものであるとは言い難い。そこで、この第３の実施形態では、次善の策として、水平方向における探触子Ｐ5，Ｐ6間の距離を探触子Ｐ1，Ｐ2間の距離と等しくすると共に、垂直方向における探触子Ｐ7，Ｐ8間の距離を探触子Ｐ3，Ｐ4間の距離と等しくしている。
【００３９】
探触子組立体３Ｂを構成する縦波探触子Ｐ0、横波探触子Ｐ1〜Ｐ4、弾性表面波送信探触子Ｐ5，Ｐ7及び弾性表面波受信探触子Ｐ6，Ｐ8の平面上での配設状態は図３（ｂ）に示す通りである。
【００４０】
すなわち、縦波超音波Ｗ0を送受信する縦波探触子Ｐ0が中心に配設されており、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側には、進行方向が水平方向である弾性表面波Ｗ56をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6が配設されると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側には、進行方向が垂直方向である弾性表面波Ｗ78をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8が配設されている。
【００４１】
更に、垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7の水平方向両側には、振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波Ｗ1，Ｗ3を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3が配設されると共に、前記垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8の水平方向両側には、振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波Ｗ4，Ｗ2を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2が配設されている。
【００４２】
このような図３（ｂ）における各探触子の配設状態は、表現を変えれば、図１（ｂ）における探触子Ｐ1，Ｐ2及び探触子Ｐ3，Ｐ4を探触子Ｐ0を中心にして４５°だけ時計回り方向に回転させ、探触子Ｐ0の水平方向両側に探触子Ｐ5，Ｐ6、探触子Ｐ0の垂直方向両側に探触子Ｐ7，Ｐ8を配設したものである、ということもできる。
【００４３】
ここで、図３（ｂ）における探触子Ｐ1，Ｐ2の各音速度データは、探触子の配設位置が異なることから図１（ｂ）の場合とは異なるものとなる可能性がある。しかし、両者の平均値を取れば、これらは同じになる筈であるから測定上、解析上は問題となることはない。探触子Ｐ3，Ｐ4についても同様である。
【００４４】
そして、水平方向における探触子Ｐ5，Ｐ6間の距離は探触子Ｐ1，Ｐ2間の距離と等しく、垂直方向における探触子Ｐ7，Ｐ8間の距離は探触子Ｐ3，Ｐ4間の距離と等しくなっているので、全ての探触子の測定データがほぼ同じ領域内で得られるようになっている。したがって、このような配設状態を有する本実施形態の探触子組立体３Bによれば、応力解析精度を向上させることができる。
【００４５】
また、図３（ｂ）と図２（ｂ）とを対比してみれば明らかなように、探触子組立体３Bは探触子組立体３Aに比べて外形寸法が小さくコンパクトになっている。したがって、本実施形態の探触子組立体３Bを用いることにより測定時の作業性も向上させることができる。
【００４６】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図４が図３と異なるのは探触子組立体３Cにおける各探触子の配設状態と、探触子組立体３Cの外部に探触子Ｐ5，Ｐ7が配設されている点である。この探触子組立体３Cに組み込まれる弾性表面波探触子Ｐ61，Ｐ62，Ｐ81，Ｐ82は受信用のものであり、外部に配設される上記の探触子Ｐ5，Ｐ7は送信用の弾性表面波探触子である。
【００４７】
探触子組立体３Ｃを構成する縦波探触子Ｐ0、横波探触子Ｐ1〜Ｐ4、弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62，Ｐ81，Ｐ82の平面上での配設状態、及び探触子組立体３Cの外部に配設される弾性表面波送信探触子Ｐ5，Ｐ7の平面上での配設状態は図４（ｂ）に示す通りである。
【００４８】
すなわち、縦波超音波Ｗ0を送受信する縦波探触子Ｐ0が中心に配設されており、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側には、進行方向が水平方向である弾性表面波Ｗ56を受信する第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62が配設されると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側には、進行方向が垂直方向である弾性表面波Ｗ78を受信する第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82が配設されている。
【００４９】
更に、第１の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81の水平方向両側には、振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波Ｗ1，Ｗ3を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3が配設されると共に、第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ82の水平方向両側には、振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波Ｗ4，Ｗ2を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2が配設されている。
【００５０】
また、水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5が、第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62同士を結ぶ延長線上であって探触子組立体３Ｃの外側の位置に配設されている。この水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5が、第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62に対して、進行方向が水平方向である弾性表面波Ｗ56を送信するようになっている。
【００５１】
また、垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7が、第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82同士を結ぶ延長線上であって探触子組立体３Ｃの外側の位置に配設されている。この垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7が、第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82に対して、進行方向が垂直方向である弾性表面波Ｗ78を送信するようになっている。
【００５２】
そして、測定データ解析部５は、第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62の各受信時点間の時間差に基づき水平方向弾性表面波Ｗ56の音速度を求めると共に、第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82の各受信時点間の時間差に基づき垂直方向弾性表面波Ｗ78の音速度を求めるようになっている。
【００５３】
上記のように、本実施形態の測定データ解析部５が、弾性表面波の音速度を２つの受信探触子の各受信時点間の時間差に基づき求めることとした理由を図５の波形チャートを参照しつつ説明する。
【００５４】
例えば弾性表面波Ｗ56の音速度を求めるには、通常、探触子Ｐ5の送信タイミングと探触子Ｐ61（又はＰ62）の受信タイミングとの間の時間Ｔ1で探触子Ｐ5，Ｐ61間の距離を割ればよい。しかし、探触子Ｐ5の送信タイミング付近、又は探触子Ｐ61の受信タイミング付近にノイズパルスが発生した場合、オペレータ（又は測定データ解析部５の演算手段）はこのノイズパルス発生時点を送信タイミング又は受信タイミングと誤認識することがある。このような場合には、時間Ｔ1の誤差が大きくなり、音速度も不正確なものとなる。
【００５５】
しかし、本実施形態のように、２つの受信探触子Ｐ61，Ｐ62を設けた場合、これらの受信タイミングにノイズパルスが発生するとしても、必ず双方のタイミングにノイズパルスが発生し、一方のタイミングのみにノイズパルスが発生するということはない。したがって、これらのノイズパルス発生時点を受信タイミングと誤認識したとしても、これら２つのノイズパルス発生時点間の時間差は、結局、ノイズパルスが発生しなかった場合の時間差ΔＴと同じになり、測定精度に影響を及ぼすことはない。受信探触子Ｐ81，Ｐ82についても同様に考えることができる。
【００５６】
以上のことから、本実施形態の構成は、探触子組立体の配置個所がノイズパルスの発生しやすい環境であるような場合に有効であるということができる。
【００５７】
なお、図３の第３の実施形態において、全ての探触子の測定データがほぼ同じ領域内で得られるようにすることが応力解析精度を向上させるためには望ましい旨を記述した。しかし、図４の探触子配設状態は、探触子Ｐ5，Ｐ7が探触子組立体３Cの外側に配設されているので、全ての探触子の測定データがほぼ同じ領域内で得られるとは言い難い面がある。したがって、図３の構成又は図４の構成のいずれを採用するかについては、探触子組立体の配置個所付近の環境や被検査材１の種類などの種々の条件を考慮した上で決定することが好ましい。
【符号の説明】
【００５８】
１：被検査材（応力測定対象材料）
２：接触媒質
３，３A，３B，３C：探触子組立体
４：超音波送受信制御部
５：測定データ解析部
Ｐ0：縦波探触子
Ｐ1：第１の水平方向横波探触子
Ｐ2：第２の水平方向横波探触子
Ｐ3：第１の垂直方向横波探触子
Ｐ4：第２の垂直方向横波探触子
Ｐ5：水平方向弾性表面波送信探触子
Ｐ6：水平方向弾性表面波受信探触子
Ｐ61：第１の水平方向弾性表面波受信探触子
Ｐ62：第２の水平方向弾性表面波受信探触子
Ｐ7：垂直方向弾性表面波送信探触子
Ｐ8：垂直方向弾性表面波受信探触子
Ｐ81：第１の垂直方向弾性表面波受信探触子
Ｐ82：第２の垂直方向弾性表面波受信探触子
Ｗ0：縦波超音波
Ｗ1：横波超音波
Ｗ2：横波超音波
Ｗ56：水平方向弾性表面波
Ｗ78：垂直方向弾性表面波
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料劣化診断等の技術に用いる超音波式応力測定装置及び超音波式応力測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
材料劣化の診断を正確に行うためには残留応力を高精度に測定する必要がある。残留応力を測定する手法には種々のものがあるが、超音波を用いる手法は、測定が簡単であり、また材料を破壊する必要がないので比較的広汎に実施されている。
【０００３】
そして、超音波を用いる手法についても種々のものがあり、その中の有力な手法として弾性表面波を利用して残留応力を測定する手法がある。ところが、この弾性表面波を利用する手法の場合、表面組織音響異方性を求める必要があるが、通常、材料には表面組織音響異方性及び応力異方性の双方が混在しており、表面組織音響異方性だけを分離して求める技術は存在していなかった。
【０００４】
そこで、出願人は先に特許文献１に係る出願において、表面組織音響異方性を分離する技術を提示している。これは、縦波探触子の送受信により得られる縦波超音波データと、横波探触子の送受信により得られる、２以上の異なる振動方向を有する横波超音波データとから、それぞれ縦波音速度、横波音速度、及び弾性表面波音速度を求め、これらの音速度データに基づき表面組織音響異方性を演算するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７６３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に係る装置では、縦波探触子及び横波探触子を同一位置に配置して送受信動作を行うようにしており、また、横波探触子については少なくとも直交する２方向の振動方向の超音波データを得られるようにする必要がある。そのため、特許文献１に係る装置では、縦波探触子と横波探触子との入れ換え、及び横波探触子の回転を可能にするための駆動機構を具備している。
【０００７】
しかし、このような駆動機構を具備することは装置全体の大形化につながり、また、探触子の入れ換え及び回転の際のセットアップ作業に少なからぬ時間及び労力を要し、作業効率の低下を招く結果となる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を防ぐと共に、作業効率の向上を図ることができる超音波式応力測定装置及び超音波式応力測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、応力測定対象材料の内部を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に振動方向が水平方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4を配設して成る探触子組立体と、前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に振動方向が水平方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4を配設し、更に前記第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2のそれぞれ外側に進行方向が水平方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6を配設すると共に、前記第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4のそれぞれ外側に進行方向が垂直方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8を配設して成る探触子組立体と、前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に進行方向が水平方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に進行方向が垂直方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8を配設し、更に前記垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7の水平方向両側に振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3を配設すると共に、前記垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8の水平方向両側に振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2を配設して成る探触子組立体と、前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に進行方向が水平方向である弾性表面波を受信する第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に進行方向が垂直方向である弾性表面波を受信する第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82を配設し、更に前記第１の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81の水平方向両側に振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3を配設すると共に、前記第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ82の水平方向両側に振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2を配設して成る探触子組立体と、前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62同士を結ぶ延長線上であって前記探触子組立体の外側の位置に配設され、前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62に対して、前記進行方向が水平方向である弾性表面波を送信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5と、前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82同士を結ぶ延長線上であって前記探触子組立体の外側の位置に配設され、前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82に対して、前記進行方向が垂直方向である弾性表面波を送信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7と、前記探触子組立体の各探触子、及びこの探触子組立体の外側位置に配設された各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、を備え、しかも、前記測定データ解析部は、前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62の各受信時点間の時間差に基づき水平方向弾性表面波の音速度を求めると共に、前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82の各受信時点間の時間差に基づき垂直方向弾性表面波の音速度を求めるものである、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、応力測定対象材料の内部を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定方法において、縦波探触子が縦波超音波を受信し、前記縦波探触子を中心にして水平方向両側に配設された第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が、振動方向が水平方向である横波超音波を送受信し、前記縦波探触子を中心にして垂直方向両側に配設された第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が、振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信し、前記第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が受信した各音速度データの平均値を算出して垂直方向横波超音波の音速度データとし、前記第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が受信した各音速度データの平均値を算出して垂直方向横波超音波の音速度データとし、前記水平方向横波超音波の音速度データ及び前記垂直方向横波超音波の音速度データから水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを演算し、この水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを用いて表面組織音響異方性を演算して残留応力の解析を行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、装置の大型化を防ぐと共に、作業効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図。
【図５】図４の構成の動作を説明するための波形チャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【００１７】
図１（ａ）において、被検査材１（応力測定対象材料）の上面に接触媒質２を介して、１つの縦波探触子Ｐ0及び４つの横波探触子Ｐ1〜Ｐ4（図１（ａ）ではＰ1，Ｐ0，Ｐ2のみを図示）が配設されて成る探触子組立体３が配置されている。これらの縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4はいずれも送受信兼用探触子であり、被検査材１の内部に向けて縦波超音波Ｗ0及び横波超音波Ｗ1〜Ｗ4（図１（ａ）ではＷ1，Ｗ0，Ｗ2のみを図示）を送信すると共に、底面からの反射波の受信も行うようになっている。
【００１８】
縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4の送受信動作は超音波送受信制御部４により制御されるようになっている。そして、超音波送受信制御部４は、縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4からの測定データを測定データ解析部５に送出し、測定データ解析部５は、これらの測定データを用いて被検査材１の残留応力の解析を行うようになっている。
【００１９】
なお図示は省略しているが、探触子組立体３は、実際には、縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4を一体的に収納又は保持するカバー部材又はホルダ部材を有している。
【００２０】
また、接触媒質２としては、可能であれば縦波探触子Ｐ0には縦波専用のものを使用し、横波探触子Ｐ1〜Ｐ4には横波専用のものを使用するのが好ましいが、２種類の接触媒質を隣接した位置に使用すると実際には両者が融合状態になる。したがって、本実施形態では接触媒質２として横波専用のものを使用するようにしている。
【００２１】
探触子組立体３を構成する縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4の平面上での配設状態は図１（ｂ）に示す通りである。なお、図１（ａ）における探触子Ｐ1，Ｐ0，Ｐ2は、図１（ｂ）のＡ−Ａ矢視により示されたものである。また、横波探触子Ｐ1〜Ｐ4の水平方向及び垂直方向の矢印は、それぞれの探触子の振動方向を示している。
【００２２】
図１（ｂ）において、縦波超音波Ｗ0を送受信する縦波探触子Ｐ0が中心に配設されており、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側には、振動方向が水平方向である横波超音波Ｗ1，Ｗ2を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が配設されている。また、縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側には、振動方向が垂直方向である横波超音波Ｗ3，Ｗ4を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が配設されている。
【００２３】
縦波探触子の送受信動作及び横波探触子の送受信動作は、本来的には同一位置において行われるのが好ましい。そのため、特許文献１の従来装置では、縦波探触子の送受信動作が終了した後に、駆動機構の力を借りて縦波探触子と横波探触子とを入れ換えるようにしている。しかし、上記の図１（ｂ）のように各探触子を配置すれば、駆動機構の力を借りなくても、探触子を入れ換えたのと同様の効果を得ることができる。
【００２４】
すなわち、第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2により、振動方向が水平方向の超音波音速度データを２つ得ることができる。これら２つの音速度データの平均値を求めれば、この平均値の音速度データは、２つの横波探触子Ｐ1，Ｐ2の中間位置つまり縦波探触子Ｐ0の位置で水平方向の横波超音波を送受信することにより得られたデータと見做すことができるのである。第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4についても同様に考えることができる。
【００２５】
次に、本実施形態に係る装置を用いて行う応力測定のための作業すなわち超音波式応力測定方法につき説明する。オペレータは、まず、探触子組立体３の各探触子の先端部に接触媒質２を塗布した後、この探触子組立体３を被検査材１の上面に配置する。
【００２６】
次いで、オペレータは、超音波送受信制御部４の操作釦（図示せず）を操作して、縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4に送受信動作を同時に行わせる。そして、超音波送受信制御部４は、縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4からの受信データを測定データ解析部５に送出する。測定データ解析部５は、超音波送受信制御部４からの各探触子の超音波受信データを入力すると、各超音波の音速度データを求めて被検査材１の残留応力の解析を行う。
【００２７】
このとき、測定データ解析部５は、水平方向横波超音波の音速度データとしては第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2の各音速度データの平均値を採用し、また、垂直方向横波超音波の音速度データとしては第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4の平均値を採用する。
【００２８】
そして、測定データ解析部５は、上記のようにして得られた縦波超音波及び横波超音波の各音速度データから水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを近似式により演算して求め、更にこれらの弾性表面波音速度データを用いて表面組織音響異方性の演算を行って残留応力の解析を行う。このときの演算の内容は特許文献１に開示されているので、重複した記載は省略する。
【００２９】
このように、図１の構成によれば、縦波探触子と、水平方向横波探触子及び垂直方向横波探触子とを実質的に同一位置に配置したのと同様に見なすことができるので、従来装置のように縦波探触子と横波探触子とを入れ換えるための駆動機構を具備させる必要がなくなる。それ故、装置全体が大形化するのを防ぐことができ、また、探触子の入れ換え及び回転の際のセットアップ作業に少なからぬ時間及び労力を要することもなくなるので作業効率の向上を図ることができる。
【００３０】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図２が図１と異なるのは探触子組立体３Aの構成である。
【００３１】
図１の第１の実施形態では、縦波超音波及び横波超音波の各音速度データから測定データ解析部５が水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを近似式により演算して求めるようにしていたので、用いる探触子は縦波探触子Ｐ0及び横波探触子Ｐ1〜Ｐ4だけであり、弾性表面波用の探触子は用いていなかった。これに対し、図２の第２の実施形態では、弾性表面波送信探触子Ｐ5，Ｐ7及び弾性表面波受信探触子Ｐ6，Ｐ8（図２（ａ）ではＰ5，Ｐ6のみを図示）を付加することにより弾性表面波Ｗ56，Ｗ78（図２（ａ）ではＷ56のみを図示）の送信及び受信を行うようにし、これにより直接的に弾性表面波音速度データを得られる構成としている。
【００３２】
探触子組立体３Aを構成する縦波探触子Ｐ0、横波探触子Ｐ1〜Ｐ4、弾性表面波送信探触子Ｐ5，Ｐ7及び弾性表面波受信探触子Ｐ6，Ｐ8の平面上での配設状態は図２（ｂ）に示す通りである。
【００３３】
すなわち、縦波超音波Ｗ0を送受信する縦波探触子Ｐ0が中心に配設されており、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側には、振動方向が水平方向である横波超音波Ｗ1，Ｗ2を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が配設されている。また、縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側には、振動方向が垂直方向である横波超音波Ｗ3，Ｗ4を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が配設されている。ここまでは図１（ｂ）と同様の配設状態である。
【００３４】
しかし、図２（ｂ）では更に、第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2のそれぞれ外側に進行方向が水平方向である弾性表面波Ｗ56をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6が配設されると共に、第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4のそれぞれ外側に進行方向が垂直方向である弾性表面波Ｗ78をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8が配設されている。
【００３５】
したがって、この第２の実施形態における測定データ解析部５は、水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを求めるために、第１の実施形態のように、縦波超音波及び横波超音波の各音速度データから近似式を用いて演算する必要はなく、探触子Ｐ5，Ｐ6及び探触子Ｐ7，Ｐ8の測定結果から直接的に求めることができる。それ故、応力解析の精度を向上させると共に、演算時間を短縮することができる。
【００３６】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図３が図２と異なるのは探触子組立体３Ｂにおける各探触子の配設状態である。
【００３７】
図２（ｂ）において、本来は、探触子Ｐ5，Ｐ6を探触子Ｐ1，Ｐ2と同一位置とすると共に、探触子Ｐ7，Ｐ8を探触子Ｐ3，Ｐ4と同一位置として、全ての探触子の測定データをほぼ同じ領域内で得られるようにすることが応力解析精度を向上させるためには望ましい。しかし、探触子の入れ換えを行わない限りこれらの探触子を同一位置に配設することは不可能である。そのため、図２（ｂ）では、探触子Ｐ1，Ｐ2の外側に探触子Ｐ5，Ｐ6を配設し、探触子Ｐ3，Ｐ4の外側に探触子Ｐ7，Ｐ8を配設するようにしている。
【００３８】
つまり、探触子Ｐ5，Ｐ6間の距離は探触子Ｐ1，Ｐ2間の距離よりも長くなり、探触子Ｐ7，Ｐ8間の距離は探触子Ｐ3，Ｐ4間の距離よりも長くなっている。したがって、全ての探触子の測定データがほぼ同じ領域内で得られたものであるとは言い難い。そこで、この第３の実施形態では、次善の策として、水平方向における探触子Ｐ5，Ｐ6間の距離を探触子Ｐ1，Ｐ2間の距離と等しくすると共に、垂直方向における探触子Ｐ7，Ｐ8間の距離を探触子Ｐ3，Ｐ4間の距離と等しくしている。
【００３９】
探触子組立体３Ｂを構成する縦波探触子Ｐ0、横波探触子Ｐ1〜Ｐ4、弾性表面波送信探触子Ｐ5，Ｐ7及び弾性表面波受信探触子Ｐ6，Ｐ8の平面上での配設状態は図３（ｂ）に示す通りである。
【００４０】
すなわち、縦波超音波Ｗ0を送受信する縦波探触子Ｐ0が中心に配設されており、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側には、進行方向が水平方向である弾性表面波Ｗ56をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6が配設されると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側には、進行方向が垂直方向である弾性表面波Ｗ78をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8が配設されている。
【００４１】
更に、垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7の水平方向両側には、振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波Ｗ1，Ｗ3を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3が配設されると共に、前記垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8の水平方向両側には、振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波Ｗ4，Ｗ2を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2が配設されている。
【００４２】
このような図３（ｂ）における各探触子の配設状態は、表現を変えれば、図１（ｂ）における探触子Ｐ1，Ｐ2及び探触子Ｐ3，Ｐ4を探触子Ｐ0を中心にして４５°だけ時計回り方向に回転させ、探触子Ｐ0の水平方向両側に探触子Ｐ5，Ｐ6、探触子Ｐ0の垂直方向両側に探触子Ｐ7，Ｐ8を配設したものである、ということもできる。
【００４３】
ここで、図３（ｂ）における探触子Ｐ1，Ｐ2の各音速度データは、探触子の配設位置が異なることから図１（ｂ）の場合とは異なるものとなる可能性がある。しかし、両者の平均値を取れば、これらは同じになる筈であるから測定上、解析上は問題となることはない。探触子Ｐ3，Ｐ4についても同様である。
【００４４】
そして、水平方向における探触子Ｐ5，Ｐ6間の距離は探触子Ｐ1，Ｐ2間の距離と等しく、垂直方向における探触子Ｐ7，Ｐ8間の距離は探触子Ｐ3，Ｐ4間の距離と等しくなっているので、全ての探触子の測定データがほぼ同じ領域内で得られるようになっている。したがって、このような配設状態を有する本実施形態の探触子組立体３Bによれば、応力解析精度を向上させることができる。
【００４５】
また、図３（ｂ）と図２（ｂ）とを対比してみれば明らかなように、探触子組立体３Bは探触子組立体３Aに比べて外形寸法が小さくコンパクトになっている。したがって、本実施形態の探触子組立体３Bを用いることにより測定時の作業性も向上させることができる。
【００４６】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る超音波式応力測定装置の説明図であり、（ａ）は概略ブロック構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図４が図３と異なるのは探触子組立体３Cにおける各探触子の配設状態と、探触子組立体３Cの外部に探触子Ｐ5，Ｐ7が配設されている点である。この探触子組立体３Cに組み込まれる弾性表面波探触子Ｐ61，Ｐ62，Ｐ81，Ｐ82は受信用のものであり、外部に配設される上記の探触子Ｐ5，Ｐ7は送信用の弾性表面波探触子である。
【００４７】
探触子組立体３Ｃを構成する縦波探触子Ｐ0、横波探触子Ｐ1〜Ｐ4、弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62，Ｐ81，Ｐ82の平面上での配設状態、及び探触子組立体３Cの外部に配設される弾性表面波送信探触子Ｐ5，Ｐ7の平面上での配設状態は図４（ｂ）に示す通りである。
【００４８】
すなわち、縦波超音波Ｗ0を送受信する縦波探触子Ｐ0が中心に配設されており、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側には、進行方向が水平方向である弾性表面波Ｗ56を受信する第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62が配設されると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側には、進行方向が垂直方向である弾性表面波Ｗ78を受信する第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82が配設されている。
【００４９】
更に、第１の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81の水平方向両側には、振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波Ｗ1，Ｗ3を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3が配設されると共に、第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ82の水平方向両側には、振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波Ｗ4，Ｗ2を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2が配設されている。
【００５０】
また、水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5が、第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62同士を結ぶ延長線上であって探触子組立体３Ｃの外側の位置に配設されている。この水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5が、第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62に対して、進行方向が水平方向である弾性表面波Ｗ56を送信するようになっている。
【００５１】
また、垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7が、第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82同士を結ぶ延長線上であって探触子組立体３Ｃの外側の位置に配設されている。この垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7が、第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82に対して、進行方向が垂直方向である弾性表面波Ｗ78を送信するようになっている。
【００５２】
そして、測定データ解析部５は、第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62の各受信時点間の時間差に基づき水平方向弾性表面波Ｗ56の音速度を求めると共に、第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82の各受信時点間の時間差に基づき垂直方向弾性表面波Ｗ78の音速度を求めるようになっている。
【００５３】
上記のように、本実施形態の測定データ解析部５が、弾性表面波の音速度を２つの受信探触子の各受信時点間の時間差に基づき求めることとした理由を図５の波形チャートを参照しつつ説明する。
【００５４】
例えば弾性表面波Ｗ56の音速度を求めるには、通常、探触子Ｐ5の送信タイミングと探触子Ｐ61（又はＰ62）の受信タイミングとの間の時間Ｔ1で探触子Ｐ5，Ｐ61間の距離を割ればよい。しかし、探触子Ｐ5の送信タイミング付近、又は探触子Ｐ61の受信タイミング付近にノイズパルスが発生した場合、オペレータ（又は測定データ解析部５の演算手段）はこのノイズパルス発生時点を送信タイミング又は受信タイミングと誤認識することがある。このような場合には、時間Ｔ1の誤差が大きくなり、音速度も不正確なものとなる。
【００５５】
しかし、本実施形態のように、２つの受信探触子Ｐ61，Ｐ62を設けた場合、これらの受信タイミングにノイズパルスが発生するとしても、必ず双方のタイミングにノイズパルスが発生し、一方のタイミングのみにノイズパルスが発生するということはない。したがって、これらのノイズパルス発生時点を受信タイミングと誤認識したとしても、これら２つのノイズパルス発生時点間の時間差は、結局、ノイズパルスが発生しなかった場合の時間差ΔＴと同じになり、測定精度に影響を及ぼすことはない。受信探触子Ｐ81，Ｐ82についても同様に考えることができる。
【００５６】
以上のことから、本実施形態の構成は、探触子組立体の配置個所がノイズパルスの発生しやすい環境であるような場合に有効であるということができる。
【００５７】
なお、図３の第３の実施形態において、全ての探触子の測定データがほぼ同じ領域内で得られるようにすることが応力解析精度を向上させるためには望ましい旨を記述した。しかし、図４の探触子配設状態は、探触子Ｐ5，Ｐ7が探触子組立体３Cの外側に配設されているので、全ての探触子の測定データがほぼ同じ領域内で得られるとは言い難い面がある。したがって、図３の構成又は図４の構成のいずれを採用するかについては、探触子組立体の配置個所付近の環境や被検査材１の種類などの種々の条件を考慮した上で決定することが好ましい。
【符号の説明】
【００５８】
１：被検査材（応力測定対象材料）
２：接触媒質
３，３A，３B，３C：探触子組立体
４：超音波送受信制御部
５：測定データ解析部
Ｐ0：縦波探触子
Ｐ1：第１の水平方向横波探触子
Ｐ2：第２の水平方向横波探触子
Ｐ3：第１の垂直方向横波探触子
Ｐ4：第２の垂直方向横波探触子
Ｐ5：水平方向弾性表面波送信探触子
Ｐ6：水平方向弾性表面波受信探触子
Ｐ61：第１の水平方向弾性表面波受信探触子
Ｐ62：第２の水平方向弾性表面波受信探触子
Ｐ7：垂直方向弾性表面波送信探触子
Ｐ8：垂直方向弾性表面波受信探触子
Ｐ81：第１の垂直方向弾性表面波受信探触子
Ｐ82：第２の垂直方向弾性表面波受信探触子
Ｗ0：縦波超音波
Ｗ1：横波超音波
Ｗ2：横波超音波
Ｗ56：水平方向弾性表面波
Ｗ78：垂直方向弾性表面波
【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力測定対象材料の内部を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、
前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に振動方向が水平方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4を配設して成る探触子組立体と、
前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、
前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、
を備えたことを特徴とする超音波式応力測定装置。
【請求項２】
応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、
前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に振動方向が水平方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4を配設し、更に前記第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2のそれぞれ外側に進行方向が水平方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6を配設すると共に、前記第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4のそれぞれ外側に進行方向が垂直方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8を配設して成る探触子組立体と、
前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、
前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、
を備えたことを特徴とする超音波式応力測定装置。
【請求項３】
応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、
前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に進行方向が水平方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に進行方向が垂直方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8を配設し、更に前記垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7の水平方向両側に振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3を配設すると共に、前記垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8の水平方向両側に振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2を配設して成る探触子組立体と、
前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、
前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、
を備えたことを特徴とする超音波式応力測定装置。
【請求項４】
応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、
前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に進行方向が水平方向である弾性表面波を受信する第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に進行方向が垂直方向である弾性表面波を受信する第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82を配設し、更に前記第１の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81の水平方向両側に振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3を配設すると共に、前記第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ82の水平方向両側に振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2を配設して成る探触子組立体と、
前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62同士を結ぶ延長線上であって前記探触子組立体の外側の位置に配設され、前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62に対して、前記進行方向が水平方向である弾性表面波を送信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5と、
前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82同士を結ぶ延長線上であって前記探触子組立体の外側の位置に配設され、前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82に対して、前記進行方向が垂直方向である弾性表面波を送信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7と、
前記探触子組立体の各探触子、及びこの探触子組立体の外側位置に配設された各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、
前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、
を備え、
しかも、前記測定データ解析部は、
前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62の各受信時点間の時間差に基づき水平方向弾性表面波の音速度を求めると共に、前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82の各受信時点間の時間差に基づき垂直方向弾性表面波の音速度を求めるものである、
ことを特徴とする超音波式応力測定装置。
【請求項５】
応力測定対象材料の内部を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定方法において、
縦波探触子が縦波超音波を受信し、
前記縦波探触子を中心にして水平方向両側に配設された第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が、振動方向が水平方向である横波超音波を送受信し、
前記縦波探触子を中心にして垂直方向両側に配設された第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が、振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信し、
前記第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が受信した各音速度データの平均値を算出して垂直方向横波超音波の音速度データとし、
前記第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が受信した各音速度データの平均値を算出して垂直方向横波超音波の音速度データとし、
前記水平方向横波超音波の音速度データ及び前記垂直方向横波超音波の音速度データから水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを演算し、この水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを用いて表面組織音響異方性を演算して残留応力の解析を行う、
ことを特徴とする超音波式応力測定方法。
【請求項１】
応力測定対象材料の内部を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、
前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に振動方向が水平方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4を配設して成る探触子組立体と、
前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、
前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、
を備えたことを特徴とする超音波式応力測定装置。
【請求項２】
応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、
前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に振動方向が水平方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信する第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4を配設し、更に前記第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2のそれぞれ外側に進行方向が水平方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6を配設すると共に、前記第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4のそれぞれ外側に進行方向が垂直方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8を配設して成る探触子組立体と、
前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、
前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、
を備えたことを特徴とする超音波式応力測定装置。
【請求項３】
応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、
前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に進行方向が水平方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5及び水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ6を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に進行方向が垂直方向である弾性表面波をそれぞれ送信及び受信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7及び垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8を配設し、更に前記垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7の水平方向両側に振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3を配設すると共に、前記垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ8の水平方向両側に振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2を配設して成る探触子組立体と、
前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、
前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、
を備えたことを特徴とする超音波式応力測定装置。
【請求項４】
応力測定対象材料の内部又は表面を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波と、進行方向が互いに直交する２つの弾性表面波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置において、
前記縦波超音波を送受信する縦波探触子Ｐ0を中心に配設し、この縦波探触子Ｐ0の水平方向両側に進行方向が水平方向である弾性表面波を受信する第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62を配設すると共に、この縦波探触子Ｐ0の垂直方向両側に進行方向が垂直方向である弾性表面波を受信する第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82を配設し、更に前記第１の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81の水平方向両側に振動方向がそれぞれ水平方向及び垂直方向である横波超音波を送受信する第１の水平方向横波探触子Ｐ1及び第１の垂直方向横波探触子Ｐ3を配設すると共に、前記第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ82の水平方向両側に振動方向がそれぞれ垂直方向及び水平方向である横波超音波を送受信する第２の垂直方向横波探触子Ｐ4及び第２の水平方向横波探触子Ｐ2を配設して成る探触子組立体と、
前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62同士を結ぶ延長線上であって前記探触子組立体の外側の位置に配設され、前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62に対して、前記進行方向が水平方向である弾性表面波を送信する水平方向弾性表面波送信探触子Ｐ5と、
前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82同士を結ぶ延長線上であって前記探触子組立体の外側の位置に配設され、前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82に対して、前記進行方向が垂直方向である弾性表面波を送信する垂直方向弾性表面波送信探触子Ｐ7と、
前記探触子組立体の各探触子、及びこの探触子組立体の外側位置に配設された各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、
前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、
を備え、
しかも、前記測定データ解析部は、
前記第１及び第２の水平方向弾性表面波受信探触子Ｐ61，Ｐ62の各受信時点間の時間差に基づき水平方向弾性表面波の音速度を求めると共に、前記第１及び第２の垂直方向弾性表面波受信探触子Ｐ81，Ｐ82の各受信時点間の時間差に基づき垂直方向弾性表面波の音速度を求めるものである、
ことを特徴とする超音波式応力測定装置。
【請求項５】
応力測定対象材料の内部を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する２つの横波超音波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定方法において、
縦波探触子が縦波超音波を受信し、
前記縦波探触子を中心にして水平方向両側に配設された第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が、振動方向が水平方向である横波超音波を送受信し、
前記縦波探触子を中心にして垂直方向両側に配設された第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が、振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信し、
前記第１及び第２の水平方向横波探触子Ｐ1，Ｐ2が受信した各音速度データの平均値を算出して垂直方向横波超音波の音速度データとし、
前記第１及び第２の垂直方向横波探触子Ｐ3，Ｐ4が受信した各音速度データの平均値を算出して垂直方向横波超音波の音速度データとし、
前記水平方向横波超音波の音速度データ及び前記垂直方向横波超音波の音速度データから水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを演算し、この水平方向及び垂直方向の弾性表面波音速度データを用いて表面組織音響異方性を演算して残留応力の解析を行う、
ことを特徴とする超音波式応力測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２３６８９２（Ｐ２０１０−２３６８９２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８２４２６（Ｐ２００９−８２４２６）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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