JP2002022711A - 超音波特性測定方法、音響異方性測定方法及び音響異方性測定装置 - Google Patents
超音波特性測定方法、音響異方性測定方法及び音響異方性測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属薄板における超音波共振周波数や超音波
音速、及び音響異方性を精度良く、かつ短時間で測定で
きる方法及び装置を提供する。 【解決手段】 任意波形発生手段３は、チャープパルス
波形を発生し、電圧増幅器４に送信する。電圧増幅器４
は、送信されてきた波形を増幅しダイプレクサー５に送
信する。ダイプレクサー５は、電圧増幅器４からの送信
波を電磁超音波センサー６に送り、送信が終わると同時
に、電磁超音波センサー６で受信される波形を、Ａ／Ｄ
変換器８に送る。周波数解析手段９は、Ａ／Ｄ変換器８
で得られたＡスコープを周期解析しスペクトルを得る。
異方性算出手段１０は、このスペクトルからスペクトル
のピークを検出して共振周波数を決定し、その比から音
響異方性を算出し、表示部１１にその結果を送る。
音速、及び音響異方性を精度良く、かつ短時間で測定で
きる方法及び装置を提供する。 【解決手段】 任意波形発生手段３は、チャープパルス
波形を発生し、電圧増幅器４に送信する。電圧増幅器４
は、送信されてきた波形を増幅しダイプレクサー５に送
信する。ダイプレクサー５は、電圧増幅器４からの送信
波を電磁超音波センサー６に送り、送信が終わると同時
に、電磁超音波センサー６で受信される波形を、Ａ／Ｄ
変換器８に送る。周波数解析手段９は、Ａ／Ｄ変換器８
で得られたＡスコープを周期解析しスペクトルを得る。
異方性算出手段１０は、このスペクトルからスペクトル
のピークを検出して共振周波数を決定し、その比から音
響異方性を算出し、表示部１１にその結果を送る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属薄板における
超音波の共振周波数や音速（超音波特性）を測定する方
法、および圧延方向とそれに直角な方向（幅方向）にお
ける超音波音速の比で決定される音響異方性を測定する
方法と装置に関するものである。
超音波の共振周波数や音速（超音波特性）を測定する方
法、および圧延方向とそれに直角な方向（幅方向）にお
ける超音波音速の比で決定される音響異方性を測定する
方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】比較的低温の仕上げ圧延温度で圧延され
た鋼板には、通常、材質異方性が存在する。この材質異
方性は、とりわけ、鋼材の圧延方向（以下Ｌ方向とい
う。）と、圧延方向と直交する方向（板幅方向：以下Ｃ
方向という）とにおいてその差が著しい。これは、仕上
げ圧延後における鋼材においてＬ、Ｃ方向に顕著な差を
持つフェライト組織、所謂集合組織が発達していること
による。
た鋼板には、通常、材質異方性が存在する。この材質異
方性は、とりわけ、鋼材の圧延方向（以下Ｌ方向とい
う。）と、圧延方向と直交する方向（板幅方向：以下Ｃ
方向という）とにおいてその差が著しい。これは、仕上
げ圧延後における鋼材においてＬ、Ｃ方向に顕著な差を
持つフェライト組織、所謂集合組織が発達していること
による。
【０００３】このような、材質異方性の発生を防止する
ためには、仕上げ圧延時において異方性の程度を検出
し、これと相関関係を有する鋼材の仕上げ圧延温度を詳
細に制御すればよい。異方性の程度を判別する方法の一
つとして、音響異方性を測定する方法が特開昭６２−２
２３６６５号公報に開示されている。この発明によれ
ば、Ｌ方向に偏波した横波パルスとＣ方向に偏波した横
波パルスを板厚方向に伝播させ、それぞれの往復伝播時
間差から音響異方性を算出している。
ためには、仕上げ圧延時において異方性の程度を検出
し、これと相関関係を有する鋼材の仕上げ圧延温度を詳
細に制御すればよい。異方性の程度を判別する方法の一
つとして、音響異方性を測定する方法が特開昭６２−２
２３６６５号公報に開示されている。この発明によれ
ば、Ｌ方向に偏波した横波パルスとＣ方向に偏波した横
波パルスを板厚方向に伝播させ、それぞれの往復伝播時
間差から音響異方性を算出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記発
明の方法は、パルス波を鋼板の板厚方向に伝播させ、そ
の反射エコーの繰返しから伝播時間を算出しているの
で、板厚が薄くなると、繰り返し反射される反射エコー
同士が重畳してしまい、伝播時間が測定できなくなる問
題を有する。そこで、電磁超音波共振法による測定方法
が提案された。
明の方法は、パルス波を鋼板の板厚方向に伝播させ、そ
の反射エコーの繰返しから伝播時間を算出しているの
で、板厚が薄くなると、繰り返し反射される反射エコー
同士が重畳してしまい、伝播時間が測定できなくなる問
題を有する。そこで、電磁超音波共振法による測定方法
が提案された。
【０００５】この方法は、特開平７−２８６９９５号公
報に開示された方法に代表されるように、電磁超音波セ
ンサーから発生する超音波が、特定の周波数で被検査体
の厚み共振を起こすことにより極大になる性質を利用し
て、共振周波数を求めるものである。すなわち、共振周
波数ｆrが次式(１)で表現されることを利用して音速を
求めることが可能になる。 fr = n・v/(2d) …(1) ここで、ｎは正の整数、ｖは音速、ｄは板厚である。
報に開示された方法に代表されるように、電磁超音波セ
ンサーから発生する超音波が、特定の周波数で被検査体
の厚み共振を起こすことにより極大になる性質を利用し
て、共振周波数を求めるものである。すなわち、共振周
波数ｆrが次式(１)で表現されることを利用して音速を
求めることが可能になる。 fr = n・v/(2d) …(1) ここで、ｎは正の整数、ｖは音速、ｄは板厚である。
【０００６】このような電磁超音波共振法は、パルスの
伝播時間測定を利用するものとは異なり、板厚が薄くて
も音速が測定できるので、金属薄板の異方性測定も可能
である。しかしながら、共振周波数を決定するために
は、非常に長い時間幅のバースト波もしくは連続波によ
る送受信とこれと同時に行なう周波数掃引作業が必要と
なるため、測定時間が非常に長くなってしまうという問
題が発生する。
伝播時間測定を利用するものとは異なり、板厚が薄くて
も音速が測定できるので、金属薄板の異方性測定も可能
である。しかしながら、共振周波数を決定するために
は、非常に長い時間幅のバースト波もしくは連続波によ
る送受信とこれと同時に行なう周波数掃引作業が必要と
なるため、測定時間が非常に長くなってしまうという問
題が発生する。
【０００７】この問題は、送信波の送信時間が短くでき
ないことに起因している。すなわち、送信波の送信時間
Δtは、周波数分解能Δfで決定され、Δt ≫ 1/Δf と
する必要がある。例えば、幅が１msのバースト波で100k
Hz毎に０〜10MHzに亘って掃引をすると、送信時間だけ
で100msも要してしまう。通常、金属薄板の製造ライン
では、１秒間に１〜５ｍのラインスピードがあるので、
測定に100msを要するようでは使いものにならない。
ないことに起因している。すなわち、送信波の送信時間
Δtは、周波数分解能Δfで決定され、Δt ≫ 1/Δf と
する必要がある。例えば、幅が１msのバースト波で100k
Hz毎に０〜10MHzに亘って掃引をすると、送信時間だけ
で100msも要してしまう。通常、金属薄板の製造ライン
では、１秒間に１〜５ｍのラインスピードがあるので、
測定に100msを要するようでは使いものにならない。
【０００８】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、金属薄板における超音波共振周波数や超音波音速、
及び音響異方性を精度良く、かつ短時間で測定できる方
法及び装置を提案することを課題とする。
で、金属薄板における超音波共振周波数や超音波音速、
及び音響異方性を精度良く、かつ短時間で測定できる方
法及び装置を提案することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、金属薄板の板厚方向に伝播する超音波
の特性を測定する方法であって、送信パルス波として、
パルス幅内で所定周波数帯域に亘って周波数変調され、
変調周波数として被測定体である金属薄板において板厚
共振を起こす周波数を含む波形を用い、送信後に得られ
る受信波形を周波数解析し、スペクトルから共振周波数
を求め、さらに、必要に応じて求められた共振周波数か
ら材料の音速を測定することを特徴とする超音波特性測
定方法（請求項１）である。
の第１の手段は、金属薄板の板厚方向に伝播する超音波
の特性を測定する方法であって、送信パルス波として、
パルス幅内で所定周波数帯域に亘って周波数変調され、
変調周波数として被測定体である金属薄板において板厚
共振を起こす周波数を含む波形を用い、送信後に得られ
る受信波形を周波数解析し、スペクトルから共振周波数
を求め、さらに、必要に応じて求められた共振周波数か
ら材料の音速を測定することを特徴とする超音波特性測
定方法（請求項１）である。
【００１０】本手段においては、広帯域のパルス波を被
検査体に送信し、受信波のスペクトルをＦＦＴ等の周波
数解析で求めて、共振周波数を決定する手法を採用して
いる。ここで、送信波を単にインパルス波とすることも
考えられるが、インパルス波だと一つのパルスに全周波
数を含むことから、それぞれの周波数成分の強度は低く
なってしまう。そこで本発明では、パルス幅内で所定周
波数帯域に亘って周波数変調され、変調周波数として被
測定体である金属薄板において板厚共振を起こす周波数
を含む波形を用いることにしている。
検査体に送信し、受信波のスペクトルをＦＦＴ等の周波
数解析で求めて、共振周波数を決定する手法を採用して
いる。ここで、送信波を単にインパルス波とすることも
考えられるが、インパルス波だと一つのパルスに全周波
数を含むことから、それぞれの周波数成分の強度は低く
なってしまう。そこで本発明では、パルス幅内で所定周
波数帯域に亘って周波数変調され、変調周波数として被
測定体である金属薄板において板厚共振を起こす周波数
を含む波形を用いることにしている。
【００１１】もちろん、実際に被測定体である金属薄板
において板厚共振を起こす周波数は未知数であるので、
測定前に正確に決定することは不可能である。ここで、
「被測定体である金属薄板において板厚共振を起こす変
調周波数」というのは、被測定体である金属薄板におい
て予想される音速の範囲を仮定し、その範囲において板
厚共振を起こす変調周波数のことをいい、ある帯域範囲
を有する変調周波数のことである。すなわち、送信波形
は、この少なくともこの帯域範囲に亘って周波数変調さ
れたものが用いられる。
において板厚共振を起こす周波数は未知数であるので、
測定前に正確に決定することは不可能である。ここで、
「被測定体である金属薄板において板厚共振を起こす変
調周波数」というのは、被測定体である金属薄板におい
て予想される音速の範囲を仮定し、その範囲において板
厚共振を起こす変調周波数のことをいい、ある帯域範囲
を有する変調周波数のことである。すなわち、送信波形
は、この少なくともこの帯域範囲に亘って周波数変調さ
れたものが用いられる。
【００１２】すなわち、送信波形は、以下の(2)式で表
されるようなものになる。 S(t) = δ(t)・A{ω(t)}・sin{ω(t)・t} …(2) ここで、ｔは時間、δ(t)は、０≦ｔ≦Ｗ（Ｗはパルス
幅）で１、それ以外で０となる関数であり、ω(ｔ)は周
波数で時間の関数である。つまり、パルス幅Ｗのパルス
の中に含まれるsin波波形が、時間と共に周波数ωを変
化させ（変調周波数というのはこのωのことである）、
かつ、そのときの振幅A{ω(t)}もωによって変化してい
る。
されるようなものになる。 S(t) = δ(t)・A{ω(t)}・sin{ω(t)・t} …(2) ここで、ｔは時間、δ(t)は、０≦ｔ≦Ｗ（Ｗはパルス
幅）で１、それ以外で０となる関数であり、ω(ｔ)は周
波数で時間の関数である。つまり、パルス幅Ｗのパルス
の中に含まれるsin波波形が、時間と共に周波数ωを変
化させ（変調周波数というのはこのωのことである）、
かつ、そのときの振幅A{ω(t)}もωによって変化してい
る。
【００１３】このような送信波を金属薄板に向けて送信
し、その受信波のスペクトルを求めれば、実際に共振を
起こしている周波数（上記ωに対応）でスペクトルのピ
ークが現れるので、共振周波数を求めることができる。
そして、板厚は予め分かっているので、(1)式より超音
波の音速を求めることができる。
し、その受信波のスペクトルを求めれば、実際に共振を
起こしている周波数（上記ωに対応）でスペクトルのピ
ークが現れるので、共振周波数を求めることができる。
そして、板厚は予め分かっているので、(1)式より超音
波の音速を求めることができる。
【００１４】本手段においては、１回の送受信で測定が
完了するので、電磁超音波を利用する場合でも、従来の
電磁超音波共振法に比較して圧倒的に短時間で共振周波
数や音速を求めることができ、かつ従来の電磁超音波共
振法と同等の感度を有するようにすることができる。
完了するので、電磁超音波を利用する場合でも、従来の
電磁超音波共振法に比較して圧倒的に短時間で共振周波
数や音速を求めることができ、かつ従来の電磁超音波共
振法と同等の感度を有するようにすることができる。
【００１５】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、送信パルス波が、チャープパ
ルス波であることを特徴とするもの（請求項２）であ
る。
前記第１の手段であって、送信パルス波が、チャープパ
ルス波であることを特徴とするもの（請求項２）であ
る。
【００１６】前記第１の手段において、送信波としてチ
ャープパルス波を用いれば、高感度で、かつ周波数強度
の分布も平坦な送信波を得ることができる。例えば、電
圧振幅±１kV、パルス幅0.1μｓのインパルス波に含ま
れる各周波数成分の強度に比較して、電圧振幅±１kV、
パルス幅５μｓ、0〜10MHzのチャープパルス波に含まれ
る各周波数成分の強度が大きいことは、勿論、容易に理
解できることである。よって、本手段においては、高感
度でかつ正確に共振周波数と音速を求めることができ
る。
ャープパルス波を用いれば、高感度で、かつ周波数強度
の分布も平坦な送信波を得ることができる。例えば、電
圧振幅±１kV、パルス幅0.1μｓのインパルス波に含ま
れる各周波数成分の強度に比較して、電圧振幅±１kV、
パルス幅５μｓ、0〜10MHzのチャープパルス波に含まれ
る各周波数成分の強度が大きいことは、勿論、容易に理
解できることである。よって、本手段においては、高感
度でかつ正確に共振周波数と音速を求めることができ
る。
【００１７】本手段においては、前記(2)式で、A{ω
(t)}を一定したものに相当し、典型的には、さらに、 ω(t) = B・t + C としたものに相当する。ただし、Ｂ、Ｃは定数である。
(t)}を一定したものに相当し、典型的には、さらに、 ω(t) = B・t + C としたものに相当する。ただし、Ｂ、Ｃは定数である。
【００１８】前記課題を解決する第３の手段は、金属薄
板圧延方向と垂直な方向（Ｃ方向）に偏波した横波の音
速と、圧延方向（Ｌ方向）に偏波した横波の音速との比
である音響異方性を測定する方法であって、前記第１の
手段又は第２の手段の方法を用いて、Ｃ方向に偏波した
横波と、Ｌ方向に偏波した横波の共振周波数又は音速を
それぞれ求め、これらの比から音響異方性を測定するこ
とを特徴とする音響異方性測定方法（請求項３）であ
る。
板圧延方向と垂直な方向（Ｃ方向）に偏波した横波の音
速と、圧延方向（Ｌ方向）に偏波した横波の音速との比
である音響異方性を測定する方法であって、前記第１の
手段又は第２の手段の方法を用いて、Ｃ方向に偏波した
横波と、Ｌ方向に偏波した横波の共振周波数又は音速を
それぞれ求め、これらの比から音響異方性を測定するこ
とを特徴とする音響異方性測定方法（請求項３）であ
る。
【００１９】音響異方性は、以下の(3)式で与えられ
る。 音響異方性 = VC/VL= frc/frL …(3) ここで、ＶCはＣ方向偏波横波の音速、ＶLはＬ方向偏波
横波の音速、ｆrCはＣ方向偏波横波の共振周波数、ｆrL
はＬ方向偏波横波の共振周波数である。本手段において
は、これらＶC、ＶL又はｆrC、ｆrLを求めるのに前記第
１の手段又は第２の手段を使用している。よって、迅速
にかつ高精度で音響異方性を求めることができる。
る。 音響異方性 = VC/VL= frc/frL …(3) ここで、ＶCはＣ方向偏波横波の音速、ＶLはＬ方向偏波
横波の音速、ｆrCはＣ方向偏波横波の共振周波数、ｆrL
はＬ方向偏波横波の共振周波数である。本手段において
は、これらＶC、ＶL又はｆrC、ｆrLを求めるのに前記第
１の手段又は第２の手段を使用している。よって、迅速
にかつ高精度で音響異方性を求めることができる。
【００２０】前記課題を解決するための第４の手段は、
パルス幅内で所定周波数帯域に亘って周波数変調され、
変調周波数として被測定体である金属薄板において板厚
共振を起こす周波数を含む波形の信号を発生する信号発
生器と、信号発生器からの信号波形に対応する波形を有
する横波超音波であって、偏波面が９０°異なる２種類
の超音波を発生可能でかつ受信可能な探触子と、受信し
た超音波信号を周波数解析してスペクトルを求める周波
数解析手段と、求められたスペクトルから共振周波数又
は音速を求め、それらから音響異方性を算出する音響異
方性算出手段とを有してなることを特徴とする音響異方
性測定装置（請求項４）である。
パルス幅内で所定周波数帯域に亘って周波数変調され、
変調周波数として被測定体である金属薄板において板厚
共振を起こす周波数を含む波形の信号を発生する信号発
生器と、信号発生器からの信号波形に対応する波形を有
する横波超音波であって、偏波面が９０°異なる２種類
の超音波を発生可能でかつ受信可能な探触子と、受信し
た超音波信号を周波数解析してスペクトルを求める周波
数解析手段と、求められたスペクトルから共振周波数又
は音速を求め、それらから音響異方性を算出する音響異
方性算出手段とを有してなることを特徴とする音響異方
性測定装置（請求項４）である。
【００２１】本手段においては、信号発生器から、パル
ス幅内で所定周波数帯域に亘って周波数変調され、変調
周波数として被測定体である金属薄板において板厚共振
を起こす周波数を含む波形の信号を発生させ、必要に応
じて増幅してから超音波探触子に印加する。超音波探触
子は、この信号に対応する超音波、すなわち信号波形を
ほぼ忠実に再現した波形の超音波を発生し、被測定体で
ある金属薄板に入射させる。超音波探触子は、偏波面が
９０°異なる２種類の超音波を発生することができるよ
うになっているので、Ｃ方向偏波横波とＬ方向偏波横波
を同時に、又は切り替えて発生させるようにする。この
ような超音波探触子としては、Ｃ方向偏波横波を送受信
できる探触子と、Ｌ方向偏波横波を送受信できる探触子
を１つの筐体に収納したようなものでもよい。
ス幅内で所定周波数帯域に亘って周波数変調され、変調
周波数として被測定体である金属薄板において板厚共振
を起こす周波数を含む波形の信号を発生させ、必要に応
じて増幅してから超音波探触子に印加する。超音波探触
子は、この信号に対応する超音波、すなわち信号波形を
ほぼ忠実に再現した波形の超音波を発生し、被測定体で
ある金属薄板に入射させる。超音波探触子は、偏波面が
９０°異なる２種類の超音波を発生することができるよ
うになっているので、Ｃ方向偏波横波とＬ方向偏波横波
を同時に、又は切り替えて発生させるようにする。この
ような超音波探触子としては、Ｃ方向偏波横波を送受信
できる探触子と、Ｌ方向偏波横波を送受信できる探触子
を１つの筐体に収納したようなものでもよい。
【００２２】周波数解析手段は、受信された波形の周波
数解析を行ない、受信波形のスペクトルを求める。音響
異方性算出手段は、求められたスペクトルから共振周波
数又は音速を求め、Ｃ方向偏波横波とＬ方向偏波横波の
共振周波数又は音速の関係より、(3)式を用いて音響異
方性を測定する。
数解析を行ない、受信波形のスペクトルを求める。音響
異方性算出手段は、求められたスペクトルから共振周波
数又は音速を求め、Ｃ方向偏波横波とＬ方向偏波横波の
共振周波数又は音速の関係より、(3)式を用いて音響異
方性を測定する。
【００２３】本手段においては、Ｃ方向偏波横波とＬ方
向偏波横波の共振周波数又は音速を求めるのに、前記第
１の手段の方法を使用しているので、迅速にかつ高精度
で音響異方性を求めることができる。
向偏波横波の共振周波数又は音速を求めるのに、前記第
１の手段の方法を使用しているので、迅速にかつ高精度
で音響異方性を求めることができる。
【００２４】前記課題を解決する第５の手段は、前記第
４の手段であって、信号発生器が発生する送信波が、チ
ャープパルス波であることを特徴とするもの（請求項
４）である。
４の手段であって、信号発生器が発生する送信波が、チ
ャープパルス波であることを特徴とするもの（請求項
４）である。
【００２５】本手段においては、送信波としてチャープ
パルス波を用いているので、前記第２の手段の説明で述
べたごとく、高感度でかつ正確に共振周波数と音速を求
めることができる。
パルス波を用いているので、前記第２の手段の説明で述
べたごとく、高感度でかつ正確に共振周波数と音速を求
めることができる。
【００２６】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第４の手段又は第５の手段であって、前記探触子
が、電磁超音波探触子であることを特徴とするもの（請
求項６）である。
前記第４の手段又は第５の手段であって、前記探触子
が、電磁超音波探触子であることを特徴とするもの（請
求項６）である。
【００２７】本手段においては、探触子として電磁超音
波探触子を用いているので、非接触で金属薄板の音響異
方性を測定することができ、オンラインで測定を行っ
て、その結果を製造ラインに迅速にフィードバックする
ことができる。
波探触子を用いているので、非接触で金属薄板の音響異
方性を測定することができ、オンラインで測定を行っ
て、その結果を製造ラインに迅速にフィードバックする
ことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形
態の１例である音響異方性測定装置の概略構成を示すも
のであり、１は被検査体、２は超音波、３は任意波形発
生手段、４は電圧増幅器、５はダイプレクサー、６は電
磁超音波センサー、７は前置増幅器、８はＡ／Ｄ変換
器、９は周波数解析手段、１０は異方性算出手段、１１
は表示部である。
を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形
態の１例である音響異方性測定装置の概略構成を示すも
のであり、１は被検査体、２は超音波、３は任意波形発
生手段、４は電圧増幅器、５はダイプレクサー、６は電
磁超音波センサー、７は前置増幅器、８はＡ／Ｄ変換
器、９は周波数解析手段、１０は異方性算出手段、１１
は表示部である。
【００２９】本実施の形態において、被検査体１は異方
性を有する厚さ1.6mmの熱延鋼板である。まず、任意波
形発生手段３は、図２に示すようなパルス幅8μｓ、周
波数帯域０〜10MHzのチャープパルス波形を発生し、電
圧増幅器４に送信する。ここでは、任意波形発生手段３
の発生する波形として、周波数全域に渡ってフラットな
強度のチャープパルス波形を用いているが、少なくとも
被検査体の共振周波数を含む周波数帯域を、変調周波数
帯域とするものであればどのようなものでもよく、セン
サ等の周波数特性を補うような特性を有する周波数変調
をかけてもよい（これは、センサ等の周波数特性と前記
(2)式におけるA{ω(t)}との積を一定にすることにより
実現できる。）。
性を有する厚さ1.6mmの熱延鋼板である。まず、任意波
形発生手段３は、図２に示すようなパルス幅8μｓ、周
波数帯域０〜10MHzのチャープパルス波形を発生し、電
圧増幅器４に送信する。ここでは、任意波形発生手段３
の発生する波形として、周波数全域に渡ってフラットな
強度のチャープパルス波形を用いているが、少なくとも
被検査体の共振周波数を含む周波数帯域を、変調周波数
帯域とするものであればどのようなものでもよく、セン
サ等の周波数特性を補うような特性を有する周波数変調
をかけてもよい（これは、センサ等の周波数特性と前記
(2)式におけるA{ω(t)}との積を一定にすることにより
実現できる。）。
【００３０】被検査体の共振周波数としては、予め行っ
た実験の結果から予想される範囲の音速と概略の板厚を
(1)式に代入して求め、求まった範囲の周波数が変調周
波数帯域に含まれるようにすればよい。パルス幅は測定
時間が許されるならどれくらいの長さでもよい。
た実験の結果から予想される範囲の音速と概略の板厚を
(1)式に代入して求め、求まった範囲の周波数が変調周
波数帯域に含まれるようにすればよい。パルス幅は測定
時間が許されるならどれくらいの長さでもよい。
【００３１】電圧増幅器４は、送信されてきたチャープ
パルス波を電圧振幅±1.2kVに増幅しダイプレクサー５
に送信する。ここで、電圧増幅器４の増幅度は、電磁超
音波センサー６の耐圧内ならいくら増幅してもよい。
パルス波を電圧振幅±1.2kVに増幅しダイプレクサー５
に送信する。ここで、電圧増幅器４の増幅度は、電磁超
音波センサー６の耐圧内ならいくら増幅してもよい。
【００３２】ダイプレクサー５は、電圧増幅器４からの
送信波を電磁超音波センサー６に送り、送信が終わると
同時に、電磁超音波センサー６で受信される波形を、Ａ
／Ｄ変換器８に送る。
送信波を電磁超音波センサー６に送り、送信が終わると
同時に、電磁超音波センサー６で受信される波形を、Ａ
／Ｄ変換器８に送る。
【００３３】電磁超音波センサー６は、Ｌ方向偏波の横
波、及び、Ｃ方向偏波の横波を発生するように作られた
ものであり、ダイプレクサー５から送信波形が到達した
らば、所定の偏波の横波を発生する。
波、及び、Ｃ方向偏波の横波を発生するように作られた
ものであり、ダイプレクサー５から送信波形が到達した
らば、所定の偏波の横波を発生する。
【００３４】ここで、異方性の測定には、Ｌ方向偏波の
横波の測定とＣ方向偏波の横波の測定が必要なので、電
磁超音波センサー６は、一方の偏波の測定が終わると同
時に偏波方向90ー変えることが可能なものにしてある。
もちろん、それぞれの偏波方向の電磁超音波センサーと
その他の測定機器を２つ用意しておいて、同時に両偏波
の測定を行なってもよいし、一つのセンサーでＬ、Ｃ方
向両偏波の横波を出せるようにしておいてもよい。
横波の測定とＣ方向偏波の横波の測定が必要なので、電
磁超音波センサー６は、一方の偏波の測定が終わると同
時に偏波方向90ー変えることが可能なものにしてある。
もちろん、それぞれの偏波方向の電磁超音波センサーと
その他の測定機器を２つ用意しておいて、同時に両偏波
の測定を行なってもよいし、一つのセンサーでＬ、Ｃ方
向両偏波の横波を出せるようにしておいてもよい。
【００３５】電磁超音波センサー６にて被検査体への超
音波送信が終わると、Ａ／Ｄ変換器８には、ダイプレク
サー５経由で、受信波形が送られてくるので、被検査体
２の超音波伝播波形（Ａスコープ）が得られる。
音波送信が終わると、Ａ／Ｄ変換器８には、ダイプレク
サー５経由で、受信波形が送られてくるので、被検査体
２の超音波伝播波形（Ａスコープ）が得られる。
【００３６】図４（ａ）および図５（ａ）は、それぞ
れ、Ｃ方向偏波の横波によるＡスコープとＬ方向偏波の
横波によるＡスコープである。また、図３（ａ）は、Ｌ
方向偏波、Ｃ方向偏波の両方の横波を送信した時のＡス
コープである。
れ、Ｃ方向偏波の横波によるＡスコープとＬ方向偏波の
横波によるＡスコープである。また、図３（ａ）は、Ｌ
方向偏波、Ｃ方向偏波の両方の横波を送信した時のＡス
コープである。
【００３７】周波数解析手段９は、Ａ／Ｄ変換器８で得
られたＡスコープを周期解析しスペクトルを得る。図４
（ｂ）、図５（ｂ）および図３（ｂ）は、それぞれ、図
４（ａ）、図５（ａ）及び図３（ａ）のＡスコープをＦ
ＦＴして求めたスペクトルである。
られたＡスコープを周期解析しスペクトルを得る。図４
（ｂ）、図５（ｂ）および図３（ｂ）は、それぞれ、図
４（ａ）、図５（ａ）及び図３（ａ）のＡスコープをＦ
ＦＴして求めたスペクトルである。
【００３８】図４（ｂ）のスペクトルはＣ方向偏波の横
波、図５（ｂ）のスペクトルはＬ方向偏波の横波、図３
（ｂ）のスペクトルは、Ｃ方向、Ｌ方向両偏波横波の板
厚共振ピークを含むものである。異方性算出手段１０
は、このスペクトルからスペクトルのピークを検出し、
共振周波数を決定し、その比から音響異方性を(3)式に
従って算出し、表示部１１にその結果を送る。
波、図５（ｂ）のスペクトルはＬ方向偏波の横波、図３
（ｂ）のスペクトルは、Ｃ方向、Ｌ方向両偏波横波の板
厚共振ピークを含むものである。異方性算出手段１０
は、このスペクトルからスペクトルのピークを検出し、
共振周波数を決定し、その比から音響異方性を(3)式に
従って算出し、表示部１１にその結果を送る。
【００３９】異方性算出手段１０の動作を詳しく説明す
る。まず、理解しやすくするために、Ｃ方向偏波の横波
とＬ方向偏波の横波による測定を別々に行った場合につ
いて説明する。図４（ｂ）および図５（ｂ）のスペクト
ルピークは、(1)式の共振周波数に対応するものであ
り、低い周波数のピークからn＝1、2.3、…を(1)式に代入
すると、ｎ番目の共振周波数と板厚と音速の関係を満た
す。
る。まず、理解しやすくするために、Ｃ方向偏波の横波
とＬ方向偏波の横波による測定を別々に行った場合につ
いて説明する。図４（ｂ）および図５（ｂ）のスペクト
ルピークは、(1)式の共振周波数に対応するものであ
り、低い周波数のピークからn＝1、2.3、…を(1)式に代入
すると、ｎ番目の共振周波数と板厚と音速の関係を満た
す。
【００４０】異方性算出手段１０は、図４（ｂ）および
図５（ｂ）のｎ番目の共振周波数を検出し、(3)式より
異方性を算出している。ここで、ｎは何でもよい。ま
た、隣り合う共振周波数の差は、１番目の共振周波数と
等しいので、それぞれの偏波の測定を行なう場合は、隣
り合う共振周波数の差を求めて、異方性を算出すること
もできる。
図５（ｂ）のｎ番目の共振周波数を検出し、(3)式より
異方性を算出している。ここで、ｎは何でもよい。ま
た、隣り合う共振周波数の差は、１番目の共振周波数と
等しいので、それぞれの偏波の測定を行なう場合は、隣
り合う共振周波数の差を求めて、異方性を算出すること
もできる。
【００４１】図３（ｂ）に示すように、一つのスペクト
ルにＣ方向、Ｌ方向両偏波横波の信号が両方入っている
場合は、一般にＣ方向偏波の横波の共振周波数がＬ方向
偏波の横波の共振周波数より低いことに着目して両者を
区別する。たとえばｎ＝１として、最も低い周波数帯域
にある２つのピークを求め、そのうち低い周波数をにＣ
方向偏波の横波の共振周波数、高い方をＬ方向偏波の横
波の共振周波数とする。ｎ＝１として、両者のピークが
明確に切り分けれられない場合は、そのピーク値の周波
数の２倍近くの周波数にある周波数ピークに注目して、
ｎ＝２として同じことを行えばよい。このようにして、
ピークの区別ができるようになるまでｎを順次増やして
いけば両者を区別することができるようになる。
ルにＣ方向、Ｌ方向両偏波横波の信号が両方入っている
場合は、一般にＣ方向偏波の横波の共振周波数がＬ方向
偏波の横波の共振周波数より低いことに着目して両者を
区別する。たとえばｎ＝１として、最も低い周波数帯域
にある２つのピークを求め、そのうち低い周波数をにＣ
方向偏波の横波の共振周波数、高い方をＬ方向偏波の横
波の共振周波数とする。ｎ＝１として、両者のピークが
明確に切り分けれられない場合は、そのピーク値の周波
数の２倍近くの周波数にある周波数ピークに注目して、
ｎ＝２として同じことを行えばよい。このようにして、
ピークの区別ができるようになるまでｎを順次増やして
いけば両者を区別することができるようになる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明のうち請求項
１に係る発明においては、１回の送受信で測定が完了す
るので、従来の方法に比較して圧倒的に短時間で共振周
波数や音速を求めることができ、かつ共振法を利用して
いるので、被検査体の厚さが薄い場合でも測定が可能で
ある。請求項２に係る発明においは、送信波形にチャー
プ波を用いているので、高感度でかつ正確に共振周波数
と音速を求めることができる。
１に係る発明においては、１回の送受信で測定が完了す
るので、従来の方法に比較して圧倒的に短時間で共振周
波数や音速を求めることができ、かつ共振法を利用して
いるので、被検査体の厚さが薄い場合でも測定が可能で
ある。請求項２に係る発明においは、送信波形にチャー
プ波を用いているので、高感度でかつ正確に共振周波数
と音速を求めることができる。
【００４３】請求項３に係る発明においては、音響異方
性の測定にあたって、請求項１又は請求項２に記載の方
法で共振周波数や音速を求めているので、迅速にかつ高
精度で音響異方性を求めることができる。また、被検査
体の厚さが薄い場合でも測定が可能である。
性の測定にあたって、請求項１又は請求項２に記載の方
法で共振周波数や音速を求めているので、迅速にかつ高
精度で音響異方性を求めることができる。また、被検査
体の厚さが薄い場合でも測定が可能である。
【００４４】請求項４に係る発明においては、Ｃ方向偏
波横波とＬ方向偏波横波の共振周波数又は音速を求める
のに、前記第１の手段の方法を使用しているので、迅速
にかつ高精度で音響異方性を求めることができる。請求
項５に係る発明においては、送信波としてチャープパル
ス波を用いているので、高感度でかつ正確に共振周波数
と音速を求めることができる。
波横波とＬ方向偏波横波の共振周波数又は音速を求める
のに、前記第１の手段の方法を使用しているので、迅速
にかつ高精度で音響異方性を求めることができる。請求
項５に係る発明においては、送信波としてチャープパル
ス波を用いているので、高感度でかつ正確に共振周波数
と音速を求めることができる。
【００４５】請求項６に係る発明においては、探触子と
して電磁超音波探触子を用いているので、非接触で金属
薄板の音響異方性を測定することができ、オンラインで
測定を行って、その結果を製造ラインに迅速にフィード
バックすることができる。
して電磁超音波探触子を用いているので、非接触で金属
薄板の音響異方性を測定することができ、オンラインで
測定を行って、その結果を製造ラインに迅速にフィード
バックすることができる。
【図１】本発明の実施の形態の１例である音響異方性測
定装置の概略構成を示す図である。
定装置の概略構成を示す図である。
【図２】送信波形として用いられるチャープ波の例を示
す図である。
す図である。
【図３】Ｃ方向偏波の横波とＬ方向偏波の横波を同時に
送受信した場合の受信波形のＡスコープ（ａ）と、その
スペクトル（ｂ）を示す図である。
送受信した場合の受信波形のＡスコープ（ａ）と、その
スペクトル（ｂ）を示す図である。
【図４】Ｃ方向偏波の横波を送受信したときのＡスコー
プ（ａ）と、そのスペクトル（ｂ）を示す図である。
プ（ａ）と、そのスペクトル（ｂ）を示す図である。
【図５】Ｌ方向偏波の横波を送受信したときのＡスコー
プ（ａ）と、そのスペクトル（ｂ）を示す図である。
プ（ａ）と、そのスペクトル（ｂ）を示す図である。
１…被検査体 ２…超音波 ３…任意波形発生手段 ４…電圧増幅器 ５…ダイプレクサー ６…電磁超音波センサー ７…前置増幅器 ８…Ａ／Ｄ変換器 ９…周波数解析手段 １０…異方性算出手段 １１…表示部
Claims (6)
- 【請求項１】 金属薄板の板厚方向に伝播する超音波の
特性を測定する方法であって、送信パルス波として、パ
ルス幅内で所定周波数帯域に亘って周波数変調され、変
調周波数として被測定体である金属薄板において板厚共
振を起こす周波数を含む波形を用い、送信後に得られる
受信波形を周波数解析し、スペクトルから共振周波数を
求め、さらに、必要に応じて求められた共振周波数から
材料の音速を測定することを特徴とする超音波特性測定
方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の超音波特性測定方法で
あって、送信パルス波が、チャープパルス波であること
を特徴とする超音波特性測定方法。 - 【請求項３】 金属薄板圧延方向と垂直な方向（Ｃ方
向）に偏波した横波の音速と、圧延方向（Ｌ方向）に偏
波した横波の音速との比である音響異方性を測定する方
法であって、請求項１又は請求項２に記載の超音波特性
測定方法を用いて、Ｃ方向に偏波した横波と、Ｌ方向に
偏波した横波の共振周波数又は音速をそれぞれ求め、こ
れらの比から音響異方性を測定することを特徴とする音
響異方性測定方法。 - 【請求項４】 パルス幅内で所定周波数帯域に亘って周
波数変調され、変調周波数として被測定体である金属薄
板において板厚共振を起こす周波数を含む波形の信号を
発生する信号発生器と、信号発生器からの信号波形に対
応する波形を有する横波超音波であって、偏波面が９０
°異なる２種類の超音波を発生可能でかつ受信可能な探
触子と、受信した超音波信号を周波数解析してスペクト
ルを求める周波数解析手段と、求められたスペクトルか
ら共振周波数又は音速を求め、それらから音響異方性を
算出する音響異方性算出手段とを有してなることを特徴
とする音響異方性測定装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載の音響異方性測定装置で
あって、信号発生器が発生する送信波が、チャープパル
ス波であることを特徴とする音響異方性測定装置。 - 【請求項６】 請求項４又は請求項５に記載の音響異方
性測定装置であって、前記探触子が、電磁超音波探触子
であることを特徴とする音響異方性測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000204452A JP4617540B2 (ja) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | 超音波特性測定方法、音響異方性測定方法及び音響異方性測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000204452A JP4617540B2 (ja) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | 超音波特性測定方法、音響異方性測定方法及び音響異方性測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002022711A true JP2002022711A (ja) | 2002-01-23 |
| JP4617540B2 JP4617540B2 (ja) | 2011-01-26 |
Family
ID=18701709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000204452A Expired - Fee Related JP4617540B2 (ja) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | 超音波特性測定方法、音響異方性測定方法及び音響異方性測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4617540B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102706965A (zh) * | 2012-06-12 | 2012-10-03 | 西安邮电大学 | 一种新的岩石各向异性参数的精确测量方法 |
| CN113311073A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-08-27 | 武汉科技大学 | 一种电磁超声声时测量方法及系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63150663A (ja) * | 1986-12-15 | 1988-06-23 | Nkk Corp | 鋼板の音響異方性測定装置 |
| JPH02296147A (ja) * | 1989-05-10 | 1990-12-06 | Nkk Corp | 音響異方性測定方法および装置 |
| JPH07286995A (ja) * | 1994-04-20 | 1995-10-31 | Nippon Steel Corp | 電磁超音波発受信法およびその装置 |
| JPH10505408A (ja) * | 1994-05-12 | 1998-05-26 | サザン・リサーチ・インスティテュート | 超音波スペクトロスコピー法材料検査法及び装置 |
| JPH11142378A (ja) * | 1997-11-13 | 1999-05-28 | Nkk Corp | 電磁超音波計測方法および装置 |
-
2000
- 2000-07-06 JP JP2000204452A patent/JP4617540B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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| JPS63150663A (ja) * | 1986-12-15 | 1988-06-23 | Nkk Corp | 鋼板の音響異方性測定装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN102706965A (zh) * | 2012-06-12 | 2012-10-03 | 西安邮电大学 | 一种新的岩石各向异性参数的精确测量方法 |
| CN102706965B (zh) * | 2012-06-12 | 2014-08-27 | 西安邮电大学 | 一种岩石各向异性参数的测量方法 |
| CN113311073A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-08-27 | 武汉科技大学 | 一种电磁超声声时测量方法及系统 |
| CN113311073B (zh) * | 2021-04-21 | 2022-12-02 | 武汉科技大学 | 一种电磁超声声时测量方法及系统 |
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