JP2002509607A - 残留応力の測定法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 超音波トランスデューサーによりグランド周波数を有する超音波流入波を金属検体の表面に導入し、超音波流入波を流入波検出器で検出し、そして続いて超音波射出波を射出波検出器で検出し、そして測定した超音波流入および射出波を残留応力を決定するために使用する金属検体の残留応力の測定法であって、選択した流入ゲート時間に関して、測定された超音波流入波の流入重畳積分値およびグランド周波数の周波を計算し、そして選択した射出ゲート時間中、測定された超音波射出波の射出重畳積分値およびグランド周波数の周波を計算し、そして残留応力が算出された流入重畳積分および射出重畳積分の値を使用して決定されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 残留応力の測定法 本発明は、金属検体の残留応力の測定法に関し、ここで超音波トランスデュー サーによりグランド(ground)周波数を有する超音波流入波を、金属検体の表面に 導入し、超音波流入波を流入波検出器により測定し、そして続いて超音波射出波 を波射出波検出器により測定し、そして測定した超音波流入および射出波の値を 残留応力を決定するために使用する。 この方法は、特に超音波走査技術を使用して非破壊的に全アルミニウム板中の 残留応力の値および分布を決定およびマッピングするために応用でき、そして適 している。本発明はこの応用に関して以下に説明するが、本発明はそれらに限定 されず、粒度分布またはテクスチャーのような他の機械的または微細構造パラメ ーターを測定するためにも応用できる。 圧延アルミニウム板は、複雑な機械部品の製造に日常的に使用されている。圧 延アルミニウム板の使用は、鍛造または鋳造１次製品と比較して、極めて均一か つ予測可能な内部構造および機械特性ゆえに特に航空機および宇宙産業で特に関 心がもたれている。アルミニウム板の製造は多段階工程であり、そしてインゴッ トを鋳造し、インゴットを所望の厚さ(通常、最高275mmまで)に熱圧延し、数段 階熱処理し、そして延伸または冷間圧縮するような機械仕事の適用を含む。製造 工程中、応力が板の中に形成され、これはほとんどの部分が熱処理および機械仕 事の適用により除かれる。しかし幾らかの残留応力が板に残る。残留応力の大き さに依存して、板の保全性は危うくなる。例えばアルミニウム板の複雑な部分の 機械加工工程中に、機械加工操作の各段階後で残留応力が軽減 される。これにより、各回で幾らかの歪みを生じる。これは機械加工した部分を 目的とする応用に全く適さないものにする場合がある。圧延アルミニウム板から 機械加工される多くの部分に関しては、例えば航空機の構造に使用される部分は 機械加工操作が複雑であり、しかも長期工程である。板の中の残留応力による歪 みは、かなりの量の材料および製造時間がすでに消費された時に発見されること が多い。それゆえに、これらの板の中の残留応力を確実にそれらの最小とするこ とが、アルミニウム板の製造者および消費者の両方にとって大変重要である。こ れは板全体の残留応力の測定を可能とし、そしてオンラインでの使用に適する非 破壊的方法を使用することによってのみ可能である。 個々の板中の残留応力の大きさの表示を得るために、板の製造者により現在使 用されている多くの試験法がある。そのような試験法の１つでは、検体を板の特 定領域から取り出し、そして固定位置にはさむ。特別な厚さの幾つかの層は機械 加工により検体から取り出され、そして各工程で、撓みの大きさを歪みゲイジに より測定する。この方法の１つの欠点は、これが破壊的な試験であるということ である。検体は、板の端近くの領域から採取できるだけである。さらに検体の切 断は、幾らかの応力を解除する。その結果、この試験は正確に板全体を表さない 。 しばしば使用される別の方法は、ASTM E 837-92に記載されている「穴あけ-歪 -ゲージ法(Hole-Drilling Strain-Gage Method)による標準的な残留応力決定の ための試験法」である。この方法では、３つの歪ゲージを板の目的領域上に配置 し、そして穴を歪ゲージロゼットの幾何学的中心領域上にあける。軽減された歪 は、歪読み取り装置を用いて測定し、そしてこの結果は目的領域中の残留応力の レベルに関連する。この方法 の１つの欠点は、その半−破壊的性質であり；この方法は板の試験領域に浅い穴 を残し、これは板のさらなる加工に於いて使用に影響を及ぼす。さらに板全体の 残留応力のレベルを評価するために、多数の穴をあけなければならない；この方 法は時間を要するだけでなく、板の将来的な使用にも影響する。 残留応力を評価するための道具として試された既知の多数の非破壊的試験法が あるが、未だに日常的な操作に適すると見いだされたものは無かった。１例とし て、ASTM E 915-90に記載されているｘ−線回折法の使用がある。別の例はASTM C 978-87に記載されている偏光顕微鏡および光学的減速補正法(optical retarda tion compensation procedure)を使用する透明な検体中の残留応力の決定のため に元々は設計された光弾性法の使用である。上記の両方法には複雑な研究室での 仕事が必要であり、そして試験結果は決定的ではなかった。 粒度分布およびテクスチャーのような特に検体のかさ（bulk）に関するパラメ ーターのような金属検体の他のパラメーターは通常、検体の試料を目的のスポッ トで採取し、そしてオフ−ライン試験を行うことにより目的のパラメーター値を 確立することにより決定される。残留応力測定に関連してちょうど上に記載した ように、これらのパラメーターの決定も決定がオフ−ラインであり、破壊的であ り、時間がかかり、そして関連の小領域に限定されているという欠点が問題であ る。 本発明の目的は、粒度分布、テクスチャーそして特にアルミニウム検体、より 詳細には圧延されたアルミニウム板全体のような金属検体全体の残留応力のよう なパラメーターの、オンラインの非破壊的な測定法を提供することである。この 目的は、選択した流入ゲート時間に関して、 測定された超音波流入波の流入重畳積分値およびグランド周波数の周波（period ic wave）を計算し、そして選択した射出ゲート時間中、測定された超音波射出 波の射出重畳積分値およびグランド周波数の周波を計算し、そして残留応力を算 出された流入重畳積分および射出重畳積分の値を使用して決定することにより成 される。 本記載の理解を助けるために、重畳積分は と定義し、式中、τはゲート時間であり、ｗ(t)は測定された超音波そしてp(t) はグランド周波数の周波である。好ましくは精密さまたは感度を害することなく 簡略化する理由から、積分値はｘ＝０で計算する。また定めた重畳積分は、ｗ(t )とp(t)との間の相互相関であるとも言う。重畳積分値は、アナログ電子計算機 回路またはアナログ計算機を使用して計算することができる。しかしより早い、 しかも汎用的な重畳積分値の計算様式は、デジタル計算機を使用することである 。その場合、検出器の出力を定期的間隔でサンプリングし、そして周波は超音波 のサンプリング時と同じ間隔の周波の値を含んで成るアレイにより定める。サン プリングした値をゲート時間内の対応する時間のアレイの定めた値と乗算し、そ して乗算の結果を足して、重畳積分値を算出することができる。本発明の方法の 感度を高めるために、少なくとも流出ゲート時間はグランド周波数の周期の重積 分（integrel multiple）とは等しくない長さを有する。 本発明は、提案された方法に従い算出される重畳積分値が、グランド周波数の 周波の波長に相当する波長をもつ射出波の成分の位相−角度に おける変動に大変敏感であるという新規かつ革新的洞察に基づいている。 物理的用語で表現すると、本発明の方法は、試験下で検体の厚さを横断する選 択した周波数範囲での超音波速度の変動に影響を受ける選択した周波数の縦波に 関する超音波の減衰を測定し、そしてそれらを残留応力のような測定されるパラ メーターに対して大変感受性である値の数学的関数で組み合わせることに基づく 。 本発明の測定法は、連続的に行うことに特に適している。板全体に関する残留 応力測定の場合は、板全体を水浸法を使用して走査することができ、その間、「 残留応力因子」の測定がオンラインで行われる。試験結果は、残留応力の変動お よび分布を示すＣ−スキャンの状態で提示すことができる。 減衰測定のための一般的手順は、検体を超音波トランスデューサーにより生成 される超音波の通路に置く。減衰を算出するには少なくとも２つのシグナルが必 要である：レファレンスシグナルおよび連続する射出送信またはエコーシグナル であり、両方とも不飽和(unsaturated)である。本記載において超音波を入れる ためにレファレンスを作る場合、これは超音波測定に通常使用されるような任意 のレファレンスシグナルまたは波を含んで成るものと理解されるべきである。接 触測定を使用する時、レファレンスシグナルは早期エコーである。板区分のよう な検体については、水浸法を使用することがより実際的であり、この場合はトラ ンスデューサーおよび検体の両方を通常は水の液体接触媒質に浸す。任意の２つ のエコーをレファレンス（流入波）および戻り（射出波）シグナルとして使用で きる。厚い区分には、流入面シグナルが通常、レファレンスシグナルに使用され 、そして裏面から反射される第１エコーが戻 りエニーとして使用される。これは厚い区分に関しては多くの裏反射が正確な測 定には弱すぎるからである。 本発明の上記方法は、単一周波数で残留応力を測定するための基礎として減衰 係数を算出するために使用することができる。実際には超音波トランスデューサ ーは単一周波数で操作せず、それらはむしろ利用可能な周波数範囲を有する。 提案する方法は、重畳積分による流入波および射出波の処理がグランド周波数 のフィルタリングおよびスプリアスシグナルの拒絶をもたらすというさらなる利 点を伴う。 本発明の方法の感度の向上は、流入波および射出波の両方の重畳積分値が２つ の対称的な^π／₂シフトした周波について算出され、そして残留応力が射出重畳 積分および流入重畳積分の両方についてそれぞれ算出された値の二乗の和の平方 根の比から算出されることを特徴とする態様で得られる。 この態様では、最適使用は流入波そして続く射出波の情報内容から作られる。 生成した比はグランド周波数に等しい周波数を持つ射出波の成分の位相に大変感 受性が高い。生成した比は、射出波および流入波のパワー(power)の比の１次近 似と考えてよい。 デジタル計算機および電子アナログハードウェアの両方を用いて、容易に行え る本発明の方法の態様は、周波が正弦波であることが特徴である。 好ましくは流入波の計算には周波の振幅が流入波の振幅に等しく、そして好ま しくは射出波の計算には周波の振幅が射出波の振幅に等しい。 正弦波のような周波、そしてまた望ましい時は余弦波を、デジタル計 算機のアレイとして定めるか、または既知の電子回路により、選択し、そして所 望したグランド周波数を高い精度で生成することができる。計算は好ましくはデ ジタル計算機を使用して行う。 本発明のさらなる態様は、周波が15から35MHzの間、好ましくは20から30MHzの 間のグランド周波数を有することが特徴である。 本発明の方法を行うための好適な周波数範囲は、超音波トランスデューサーの 性能および残留応力に関する減衰係数の感度を考慮して、15から35MHzの間であ り、最適範囲は20から30MHzの間に広がる。この範囲の周波数に関して、流入波 および射出波のサンプリング間隔は、約0.01マイクロ秒である。これはまた、周 波を定めるアレイ中の継続的な点の間の間隔でもある。 超音波測定法を使用する残留応力の測定に付随する１つの問題は、残留応力に 関する減衰係数の感度が50MHzより高い超音波の周波数で生じることである。こ のような周波数では、高い減衰によりアルミニウム板のような厚い区分の壁から 実行可能なエコーまたは射出シグナルを得ることは難しい。アルミニウム板に関 して利用できる周波数は、約35MHz程度に限定され、ここでは残留応力の変動に 対する減衰係数の感度が低い。周波数を30MHzに下げると、生じる減衰も少ない が、残留応力に関する感度も下がる。残留応力の変動を監視するために、速度測 定を使用することを伴う試みでは、アルミニウム板中の残留応力の変動が典型的 には10MPのオーダーであり、これはわずか0.01mm/マイクロ秒ほどの速度変動を 生じる。典型的なアルミニウム板については、これは約50ナノ秒のタイムオブフ ライトに相当する。現在利用できる超音波用具は、特に生産現場においてそのよ うな小さい時間値を典型的には測定すること ができない。したがって、速度測定は現実的な残留応力評価およびマッピングに は適さない。 本発明の方法は、実行可能なエコーまたは射出シグナルを生じる超音波周波数 の使用を可能とするが、その周波数ではこれまで残留応力の変動による現実的な タイムオブフライトの変動を測定できなかった。本発明の方法は位相差に、そし てそれゆえにタイムオブフライト変動に大変感度が高いので、残留応力をこれら の周波数で測定することができる。本発明の好適な範囲は、エコーまたは射出シ グナルの大きさ、および残留応力によるタイムオブフライトの変動という意味に おいて最適である。 流入波および戻り波の干渉を回避するために、結果の計算の実施および提示を 容易にするために、そして方法を行うための装置の構造を簡略にするために、重 畳積分の計算の基礎になる流入超音波は、超音波のバーストであることが好まし い。 装置および方法のさらなる簡略化は、選択する流入ゲート時間が選択する射出 ゲート時間に等しいことを特徴する本発明の態様で可能となる。 この方法をデジタル計算機で行う時は唯一のゲート時間が定められなければな らず、方法を電子ハードウェアゲートを使用して行う時は異なる項目数を減らす ことができる。 驚くべきことには、この方法の感度および解像度は、流入波および射出波用の 検出器の少なくとも１つの電気的出力が、重畳積分を行う前にDC-オフセットを 与えられることを特徴とする本発明のさらなる態様により改善され得ることが分 かった。 また、流入ゲート時間の長さ、および特に射出ゲート時間の長さも感度および 解像度に影響を及ぼすことが分かった。DC-オフセットおよび 選択したゲート時間（１つまたは複数）の両方の最適値は、グランド周波数の値 に依存する。超音波の減衰およびタイムオブフライトに及ぼす機械的または微細 構造的パラメーターの効果は、周波数依存的である。したがって、特定の周波数 範囲内で正しい周波数を選択することにより、本発明の方法は、粒度分布、テク スチャーまたは残留応力のような選択した機械的または微細構造的パラメーター を決定するために使用することができる。また決定するパラメーターに依存して 、DC-オフセットおよびゲート時間、特に射出ゲート時間を最適化することがで きる。 大変感度がよく、しかも高解像度の測定は、流入波および射出波用の検出器の 少なくとも１つの電気的出力が、残留応力を測定する時に関連する波の最大振幅 の15から35％の間、好ましくは20から30％の間の重畳積分を行う前にDC-オフセ ットを与えられることを特徴とする方法を用いて残留応力を測定する時に得るこ とができることが示された。好ましくはDC-オフセットはポジティブオフセット である。 検体の使用者に特に有利な方法の態様は、金属検体を超音波トランスデューサ ーおよび／または検出器で走査して、平面図状態のパラメーター分布を形成する ことが特徴である。 使用者には、検体は一般的に最終的な製品に機械加工する半製品状態である。 平面図、特に種々の残留応力を有する領域を示す平面図は、機械加工中に残留応 力が最終製品に及ぼす効果を防止するか、または少なくとも大幅に減少させるよ うに使用者が考慮する情報を提供する。 これまでに説明したように、本発明の方法は位相−角度、すなわち換言すれば タイムオブフライトを決定するための大変感度のある手法を提供する。しかしタ イムオブフライトは厚さによる影響も受ける。厚さの 変動によるタイムオブフライトの変動は、一般的に残留応力のようなパラメータ ーにより引き起こされるタイムオブフライトの変動と識別することができる。延 伸したアルミニウム板の場合は、厚さの変動があれば工程は板を滑らかに横断す るが、残留応力によるタイムオブフライトの変動は比較的唐突である。この差異 が１つの形態を他の形態から識別するための基準を形成し得る。残留応力の変動 のタイムオブフライト表示を厚さの変動のタイムオブフライト表示から分けるた めに、種々の手法を使用することができる。厚さが滑らかに板をわたって変動す る場合に応用できる１つの方法は、移動平均法の適用に基づく。厚さの変動が滑 らかに板を横断せず、そして残留応力の変動をも隠す場合、数学的フィルターを 使用することができる。別の可能性は、板を横断する厚さの変動を決定するため に第１の高解像度の高精密度走査を行うことであり、そして残留応力または別の パラメーターを決定するために引き続き走査を行うことであり、そしてこのパラ メーター、第１走査で測定した厚さの値の測定を考察する。 この方法の実施の非限定的例を以下に記載する。この方法に従い、アルミニウ ム板は既知の様式で、超音波走査装置、すなわち走査ブリッジ、トランスデュー サーマニュピュレーター、ならびにパルサー、受信機、プレアンプリファイヤー およびデジタルデータ取得および処理システムを含む必要な電子機器を装備した 浸水タンクに置く。例えば15〜25MHzの範囲の周波数を有する広帯域超音波トラ ンスデューサー使用してＡ-スキャンデータを取得する。各走査増分のために、 全Ａ−スキャンをデジタル化する。流入ゲートおよび射出ゲートを使用して、流 入面（レファレンス）および板の裏壁からの第１エコーを両方とも捕捉する。 良い結果は、20から30MHzの間のグランド周波数の周波数範囲および１から４ マイクロ秒の間の両射出ゲートおよび流入ゲートのゲート時間で、１〜４mMの間 のDC-オフセットを用いて得られる。増幅はレファレンスシグナルが明らかに不 飽和であるレベルとなるように維持する。この増幅で、実行可能な裏壁エコーを 得るために、ハードウェア時間を補正した獲得(gain)(TCG)システムを使用して 、10dB〜30dBの増幅を裏壁シグナルにのみ適用する；このさらなる獲得は、減衰 計算で考慮される。レファレンスおよび裏壁シグナルを含むゲートの長さは、機 械的変動による時間内の合理的な変動を可能にする値に設定され；これは各ゲー トに関して1.5マイクロ秒のオーダーである。レファレンスシグナルを含むゲー トは、丁度(in time)「ネガティブトリガリング(negative triggering)」システム によるレファレンスシグナルに従属しており；ピーク検出器は、所望の振幅レベ ルでレファレンスシグナルを絶えず検出するために使用され、そして「ネガティ ブトリガリング」によりゲートはシグナルが上昇する前に実際に引き金が引かれ る。裏壁シグナルを含むゲートは前面ゲートに従属している。これら２つのシグ ナルは次に連結される；これによりシステムは目的の２つのシグナルのみを処理 することが可能となり、そしてＡ−スキャンのレストを回避し、これにより処理 時間を減らす。両方のシグナルは適切な周波数および振幅の周期的なシヌソイド シグナルで重畳され、すなわち各々のシグナルについて、正弦および余弦成分が 定められ、そして重畳積分値が算出される。 各々の走査増分について、レファレンスシグナルおよび裏壁シグナルの重畳積 分値を算出する。レファレンスシグナルに関して、位相角度はゲート中のこのシ グナルの位置がゲート位置に従属する時、一定である。 一方裏壁シグナルに関しては、グランド周波数の成分の位相角度は一定ではなく ；板中の残留応力により引き起こされるような微細構造の変動により板中の超音 波の速度がチャージすれば変動する。裏壁エコーの到着時間は、速度の変動に直 接関連する。この変動は本発明で使用する周波数で50ナノ秒に相当する。典型的 なアルミニウム板に関して、これは0.008mm/マイクロ秒の速度差に相当し、これ は減衰または速度を測定する時に無視できる効果を及ぼすだけである。しかし本 発明では、典型的なタイムオブフライトの変動および生じる位相シフトが「残留 応力因子」に０〜0.5cm^-1の変動を引き起こす。上述の方法を使用して板から得 られるＣ-スキャンでは、「残留応力因子」の変動が都合よく128レベルの色また は白黒パレットにより表示され得る。生じたＣ−スキャンは、明らかに板全体の 「残留応力因子」の分布を示す。最後のＣ−スキャンでは、ＭＰでの残留応力の 値は、「残留応力因子」の変動に対する残留応力の値に関連する式を適用するこ とにより示される。この関係は「残留応力因子」の値を破壊適試験、すなわち板 の各々の領域から取った試料について行った穴空けまたは撓み試験により得た値 とを比較することにより実験的に確立される。この関係は前に記載した方法によ り得た値に対して算出され得る対数関係の形をとる。 デジタル超音波走査システムを使用して残留応力因子を測定するために、以下 の手順が使用される： 周期的様式で前面波および後面波形をシュミレートするために、正弦アレイお よび余弦アレイを以下の特性を用いて定める： −各アレイにおいてデジタル化された点の数 −前面波および後面波からの超音波シグナルがデジタル化されるサンプ リング間隔、例えば0.01マイクロ秒 −前面シグナルの中央周波数に相当するMHzでの周波数、例えば20MHz。 シュミレーションの次の段階では、各前面波および後面波を、予め定めた正弦 および余弦アレイにより処理する。この結果は、前面および後面波形について、 周期的な波の状態のアレイである。これは以下のように行われる。 （FS-正弦） （前面正弦波アレイ）＝Σ前面波ｘ正弦アレイ （FS-余弦） （前面余弦波アレイ）＝Σ前面波ｘ余弦アレイ （BS-正弦） （後面正弦波アレイ）＝Σ後面波ｘ正弦アレイ （FS-余弦） （後面余弦波アレイ）＝Σ後面波ｘ余弦アレイ ここでソンマーション(sommation)は、選択したゲート時間にわたって生じる 。 上記処理の前に、好ましくは２〜３mVの間のDC-オフセットを前および後面波 に導入する。シュミレーションの処理後に、前および後面についてそれらの対応 する正弦および余弦アレイ成分を使用してフーリエターム(Fourier term)を計算 する： 前面のフーリエターム＝{(FS-正弦)²＋(FS-余弦)²}^1/2＝AFS 後面のフーリエターム＝{(BS-正弦)²＋(BS-余弦)²}^1/2＝BFS 残留応力因子rsfは、フーリエタームから算出される： rsf＝［-Ln(^ASF/_BFS)＋Ｔ定数］／距離 ここでＴ定数は、異なる媒体の間の各境界で音波の不完全な伝達を表すターム である。 本発明に従い測定され、算出され、そして提示される残留応力と、有限−要素 −法を使用する計算との間の一致は、図面に関して説明される だろう。 図面では、図１に厚さ150mの圧延および延伸したアルミニウム板を横断して測 定され、そして計算された残留応力の分布を、そして図２に有限−要素−法を使 用して図１の板の一部の計算された残留応力を示す。 図１は、測定された残留応力分布を示し、そして150mmの厚さ、1250mmの幅そ して5500mmの長さのアルミニウム板をわたって表す。板は圧延され、熱処理され 、そしてクエンチングされ、そして続いて残留応力の測定前に延伸された。図１ 中の文字は、アルファベットの順序で残留応力が上昇する領域を示す。この図面 ではより大きな領域のみを示し、そして残留応力の範囲は限定された数段階に分 割されているだけである。 図２は、図１の線Ａ、Ｂにより限定される板の右上の角部分について有限−要 素−法を使用して算出された残留応力を示す。匹敵する残留応力を持つ領域は同 じ文字で表す。 有限−要素−計算では、圧延および延伸による平面効果のみが考慮され、クエ ンチングの効果は無視された。これは図２の領域ｃ₁およびｄ₁領域が板の長側に 平行して広がらず、閉じ込められた領域であるという事実の理由である。これを 考慮すると、有限−要素−計算および本発明を使用した残留応力測定の結果は大 変よく一致し、そしてこの方法が大きな検体のオンラインの非破壊的な残留応力 測定に適することを示している。 図３、４、５、６および７は、本発明の方法を用いて測定した残留応力の実際 の波形、処理データおよび表示例を表す。 図３は、流入、前面、波および射出、後面、波の表示を表す。前面波および後 面波は、処理時間を減らすために連結されている。さらに前面 波および後面波がDC-電位によりオフセットされていることが分かる。 図４は、時間を延ばした尺度での前面波を示す。図３および４からネガティブ トリガリングを使用していることが分かる。 図５は、時間を延ばした尺度での後面波を示す。 前面波および後面波は、0.01マイクロ秒のサンプリング間隔でサンプリングし た。正弦および余弦アレイは、同じサンプリング間隔で定めた。 図３、４および５FSHは、フルスケールの高さを意味する。 図６は、本発明の方法を広い周波数範囲にわたり行ったそれぞれ図３および４ の前面波および後面波に適用する。図６から分かるように、この場合の高さの感 度は、15MHzから23MHzの間の周波数範囲で得られる。この例で選択した(抽出し た)値は長さの単位あたり0.0566,77である。計算を行うコンピュータープログラ ムは、広い周波数範囲にわたり前面波および後面波の両方が処理されるようにな っている。これはプログラムが異なる周波数で操作される超音波トランスデュー サーに適用できるという利点を有する。 Ｃ-スキャンを得るために、試験下の板を走査する。各走査増分について、前 面波および後面波を上記のように処理し、そして所望により結果を１以上のレベ ルのコンパレーターに進め、残留応力のＣ-スキャンを作成することができる。 試験下で板上のrsf分布を示すそのようなＣ−スキャンを図７に示す。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年６月１７日（１９９９．６．１７） 【補正内容】 アルミニウム板の複雑な部分の機械加工工程中に、機械加工操作の各段階後で残 留応力が軽減される。これにより、各回で幾らかの歪みを生じる。これは機械加 工した部分を目的とする応用に全く適さないものにする場合がある。圧延アルミ ニウム板から機械加工される多くの部分に関しては、例えば航空機の構造に使用 される部分は機械加工操作が複雑であり、しかも長期工程である。板の中の残留 応力による歪みは、かなりの量の材料および製造時間がすでに消費された時に発 見されることが多い。それゆえに、これらの板の中の残留応力を確実にそれらの 最小とすることが、アルミニウム板の製造者および消費者の両方にとって大変重 要である。これは板全体の残留応力の測定を可能とし、そしてオンラインでの使 用に適する非破壊的方法を使用することによってのみ可能である。 個々の板中の残留応力の大きさの表示を得るために、板の製造者により現在使 用されている多くの試験法がある。仕様番号BMS 7-323で知られているそのよう な試験法の１つでは、検体を板の特定領域から取り出し、そして固定位置にはさ む。特別な厚さの幾つかの層は機械加工により検体から取り出され、そして各工 程で、撓みの大きさを歪みゲイジにより測定する。この方法の１つの欠点は、こ れが破壊的な試験であるということである。検体は、板の端近くの領域から採取 できるだけである。さらに検体の切断は、幾らかの応力を解除する。その結果、 この試験は正確に板全体を表さない。 しばしば使用される別の方法は、ASTM E 837-92に記載されている「穴あけ-歪 -ゲージ法(Hole-Drilling Strain-Gage Method)による標準的な残留応力決定の ための試験法」である。この方法では、３つの歪ゲージ を板の目的領域上に配置し、そして穴を歪ゲージロゼットの幾何学的中心領域上 にあける。軽減された歪は、歪読み取り装置を用いて測定し、そしてこの結果は 目的領域中の残留応力のレベルに関連する。この方法の１つの欠点は、その半− 破壊的性質であり；この方法は板の試験領域に浅い穴を残し、これは板のさらな る加工に於いて使用に影響を及ぼす。さらに板全体の残留応力のレベルを評価す るために、多数の穴をあけなければならない；この方法は時間を要するだけでな く、板の将来的な使用にも影響する。 残留応力を評価するための道具として試された既知の多数の非破壊的試験法が あるが、未だに日常的な操作に適すると見いだされたものは無かった。１例とし て、ASTM E 915-90に記載されているｘ−線回折法の使用がある。別の例はASTM C 978-87に記載されている偏光顕微鏡および光学的減速補正法(optical retarda tion compensation procedure)を使用する透明な検体中の残留応力の決定のため に元々は設計された光弾性法の使用である。上記の両方法には複雑な研究室での 仕事が必要であり、そして試験結果は決定的ではなかった。 粒度分布およびテクスチャーのような特に検体のかさ（bulk）に関するパラメ ーターのような金属検体の他のパラメーターは通常、検体の試料を目的のスポッ トで採取し、そしてオフ−ライン試験を行うことにより目的のパラメーター値を 確立することにより決定される。残留応力測定に関連してちょうど上に記載した ように、これらのパラメーターの決定も決定がオフ−ラインであり、破壊的であ り、時間がかかり、そして関連の小領域に限定されているという欠点が問題であ る。 欧州特許出願公開第0 456 028号明細書は、パルス圧縮を利用する観 察装置を開示し、この装置はシグナル発生機、送信／受信探子；第１および第２ 補正機および加算機を含んで成る。シグナル発生機は、複合送信シグナルを標的 に送るための探子へ、基本ユニットシグナルga(t)およびシークエンス{p}、シグ ナルga(t)およびシークエンス{q}、基本ユニットシグナルgb(t)およびシークエ ンス{p}、ならびにシグナルgb(t)およびシークエンス｛q｝にそれぞれ基づくシ グナルSap(t)、Sbp(t)およびSbq(t)から成る複合送信シグナルを発生する。第１ 補正機械は、シグナルSap(t)、Saq(t)、sbp(t)およびSbq(t)に対応するエコーシ グナルRap(t)、Raq(t)、Rbp(t)およびRbq(t)の補正操作を、シークエンスに基づ くレファレンスシグナルUa(t)およびUb(t)を使用して行い、結果であるCaap(t) 、Caaq(t)、CbbP(t)およびcbbq(t)を提供する。第２補正機は結果であるCaap(t) 、Caaq(t)、CbbP(t)およびCbbq(t)の補正操作をシークエンス{p}および{q}を使 用して行い、圧縮パルスCaapp(t)、Caaqq(t)、Cbbpp(t)およびCbbqq(t)を提供す る。これらのパルスは加算機により足されて、大きな振幅のメインローブ(main lobe)および小さい振幅のサイドローブ(side lobe)を有する複合圧縮パルスＣを 提供する。開示された発明の目的は、廉価であり、しかも高速操作を達成できる 上に低レベル、好ましくはゼロのサイドローブを有する圧縮パルスを得ることが できる観察装置を提供することである。 米国特許第5,474,070号明細書は、任意の後散乱材料、特に有機組織中の圧縮 性(compressibility)の正確な測定を行う特定の応用を有する超音波パルス−エ コー法および装置を開示する。この方法は標準的なトランスデューサーまたは体 軸横断的に翻訳するデバイスを含むトランスデューサーを使用し、これにより小 さい既知の増分中で標的とする身体 の近位領域を圧縮または置き換える。各増分でパルスが発生し、そしてエコーシ ークエンス（Ａ−ライン）が音波の移動路またはトランスデューサーのビームに 沿った標的内領域から検出される。 音波通路に沿って音速が変動する領域について集めた標的中の特徴に対応する エコーセグメントにおける生しだ時間のシフトは、圧縮により引き起こされる歪 みに関する相対的および定量的情報を提供する。トランスデューサーおよび含有 デバイスにより与えられる応力も決定され、音波の通路に沿った深さについて補 正される。応力に関する適切な値が各通路に沿った歪みに関して各々の値に分割 されて標的のエラストグラム(elastogram)または圧縮性値のアレイを生じる。 本発明の目的は、粒度分布、テクスチャーそして特にアルミニウム検体、より 詳細には圧延されたアルミニウム板全体のような金属検体全体の残留応力のよう なパラメーターの、オンラインの非破壊的な測定法を提供することである。この 目的は、選択した流入ゲート時間τ_nに関して、測定された超音波流入波値ｗ_n(t )およびグランド周波数ｆ_gの周波ｐ_n(t)の値 式中、Ｘは定数であり、この積分は流入重畳積分とも呼ぶ、を計算し、そして 選択した射出ゲート時間τ_x中、測定された超音波射出波ｗ_x(t)およびグランド 周波数ｆ_gの周波ｑ_x(t)の値 式中、ｙは定数であり、この積分は射出重畳積分とも呼ぶ、 を計算し、そして残留応力を算出された流入重畳積分および射出重畳積分の値を 使用して決定することにより成される。 本記載の理解を助けるために、重畳積分は と定義し、式中、τはゲート時間であり、ｗ(t)は測定された超音波そしてp(t) はグランド周波数の周波である。好ましくは精密さまたは感度を害することなく 簡略化する理由から、積分値はｘ＝０で計算する。また定めた重畳積分は、ｗ(t )とp(t)との間の相互相関であるとも言う。重畳積分値は、アナログ電子計算機 回路またはアナログ計算機を使用して計算することができる。しかしより早い、 しかも汎用的な重畳積分値の計算様式は、デジタル計算機を使用することである 。その場合、検出器の出力を定期的間隔でサンプリングし、そして周波は超音波 のサンプリング時と同じ間隔の周波の値を含んで成るアレイにより定める。サン プリングした値をゲート時間内の対応する時間のアレイの定めた値と乗算し、そ して乗算の結果を足して、重畳積分値を算出することができる。本発明の方法の 感度を高めるために、 ついては、水浸法を使用することがより実際的であり、この場合はトランスデュ ーサーおよび検体の両方を通常は水の液体接触媒質に浸す。任意の２つのエコー をレファレンス（流入波）および戻り（射出波）シグナルとして使用できる。厚 い区分には、流入面シグナルが通常、レファレンスシグナルに使用され、そして 裏面から反射される第１エコーが戻りエニーとして使用される。これは厚い区分 に関しては多くの裏反射が正確な測定には弱すぎるからである。 本発明の上記方法は、単一周波数で残留応力を測定するための基礎として減衰 係数を算出するために使用することができる。実際には超音波トランスデューサ ーは単一周波数で操作せず、それらはむしろ利用可能な周波数範囲を有する。 提案する方法は、重畳積分による流入波および射出波の処理がグランド周波数 のフィルタリングおよびスプリアスシグナルの拒絶をもたらすというさらなる利 点を伴う。 本発明の方法の感度の向上は、流入波および射出波の両方の重畳積分値が２つ の対称的な^π／₂シフトした周波について算出され、そして残留応力が射出重畳 積分および流入重畳積分のそれぞれ算出された値の二乗の和の平方根の比から算 出されることを特徴とする態様で得られる。 この態様では、最適使用は流入波そして続く射出波の情報内容から作られる。 生成した比はグランド周波数に等しい周波数を持つ射出波の成分の位相に大変感 受性が高い。生成した比は、射出波および流入波の力(power)の比の１次近似と 考えてよい。 デジタル計算機および電子アナログハードウェアの両方を用いて、容易に行え る本発明の方法の態様は、周波ｐ_n(t)およびｑ_x(t)が正弦波で あることが特徴である。 好ましくは流入波の計算には周波の振幅が流入波の振幅に等しく、そして好ま しくは射出波の計算には周波の振幅が射出波の振幅に等しい。 正弦波のような周波、そしてまた望ましい時は余弦波を、デジタル計算機のア レイとして定めるか、または既知の電子回路により、選択し、そして所望したグ ランド周波数を高い精度で生成することができる。計算は好ましくはデジタル計 算機を使用して行う。 本発明のさらなる態様は、周波が15から35MHzの間、好ましくは20から30MHzの 間のグランド周波数を有することが特徴である。 本発明の方法を行うための好適な周波数範囲は、超音波トランスデューサーの 性能および残留応力に関する減衰係数の感度を考慮して、15から35MHzの間であ り、最適範囲は20から30MHzの間に広がる。この範囲の周波数に関して、流入波 および射出波のサンプリング間隔は、約0.01マイクロ秒である。これはまた、周 波を定めるアレイ中の継続的な点の間の間隔でもある。 超音波測定法を使用する残留応力の測定に付随する１つの問題は、残留応力に 関する減衰係数の感度が50MHzより高い超音波の周波数で生じることである。こ のような周波数では、高い減衰によりアルミニウム板のような厚い区分の壁から 実行可能なエコーまたは射出シグナルを得ることは難しい。アルミニウム板に関 して利用できる周波数は、約35MHz程度に限定され、ここでは残留応力の変動に 対する減衰係数の感度が低 この方法をデジタル計算機で行う時は唯一のゲート時間が定められなければな らず、方法を電子ハードウェアゲートを使用して行う時は異なる項目数を減らす ことができる。 驚くべきことには、この方法の感度および解像度は、流入波および射出波用の 検出器の少なくとも１つの電気的出力が、重畳積分を行う前にDC-オフセットを 与えられることを特徴とする本発明のさらなる態様により改善され得ることが分 かった。 また、流入ゲート時間の長さ、および特に射出ゲート時間の長さも感度および 解像度に影響を及ぼすことが分かった。DC-オフセットおよび選択したゲート時 間（１つまたは複数）の両方の最適値は、グランド周波数の値に依存する。超音 波の減衰およびタイムオブフライトに及ぼす機械的または微細構造的パラメータ ーの効果は、周波数依存的である。したがって、特定の周波数範囲内で正しい周 波数を選択することにより、本発明の方法は、粒度分布、テクスチャーまたは残 留応力のような選択した機械的または微細構造的パラメーターを決定するために 使用することができる。また決定するパラメーターに依存して、DC-オフセット およびゲート時間、特に射出ゲート時間を最適化することができる。 大変感度がよく、しかも高解像度の測定は、流入波および射出波用の検出器の 少なくとも１つの電気的出力が、残留応力を測定する時に流入波および射出波の 最大振幅の15から35％の間、好ましくは20から30％の間の積分を行う前にDC-オ フセットを与えられることを特徴とする方法を用いて残留応力を測定する時に得 ることができることが示された。好ましくはDC-オフセットはポジティブオフセ ットである。 検体の使用者に特に有利な方法の態様は、金属検体を超音波トランス デューサーおよび／または検出器で走査して、残留応力の分布の平面図を形成す ることが特徴である。 使用者には、検体は一般的に最終的な製品に機械加工する半製品状態である。 平面図、特に種々の残留応力を有する領域を示す平面図は、機械加工中に残留応 力が最終製品に及ぼす効果を防止するか、または少なくとも大幅に減少させるよ うに使用者が考慮する情報を提供する。 これまでに説明したように、本発明の方法は位相−角度、すなわち換言すれば タイムオブフライトを決定するための大変感度のある手法を提供する。しかしタ イムオブフライトは厚さによる影響も受ける。厚さの変動によるタイムオブフラ イトの変動は、一般的に残留応力のようなパラメーターにより引き起こされるタ イムオブフライトの変動と識別することができる。延伸したアルミニウム板の場 合は、厚さの変動があれば工程は板を滑らかに横断するが、残留応力によるタイ ムオブフライトの変動は比較的唐突である。この差異が１つの形態を他の形態か ら識別するための基準を形成し得る。残留応力の変動のタイムオブフライト表示 を厚さの変動のタイムオブフライト表示から分けるために、種々の手法を使用す ることができる。厚さが滑らかに板をわたって変動する場合に応用できる１つの 方法は、移動平均法の適用に基づく。厚さの変動が滑らかに板を横断せず、そし て残留応力の変動をも隠す場合、数学的フィルターを使用することができる。別 の可能性は、板を横断する厚さの変動を決定するために第１の高解像度の高精密 度走査を行うことであり、そして残留応力または別のパラメーターを決定するた めに引き続き走査を行うことであり、そしてこのパラメーター、第１走査で測定 した厚さの値の測定を考察する。 この方法の実施の非限定的例を以下に記載する。この方法に従い、アルミニウ ム板は既知の様式で、超音波走査装置、すなわち走査ブリッジ、トランスデュー サーマニュピュレーター、ならびにパルサー、受信機、プレァンプリファィヤー およびデジタルデータ取得および処理システムを含む必要な電子機器を装備した 浸水タンクに置く。例えば15〜25MHzの範囲の周波数を有する広帯域超音波トラ ンスデューサー使用してＡ-スキャンデータを取得する。各走査増分のために、 全Ａ−スキャンをデジタル化する。流入ゲートおよび射出ゲートを使用して、流 入面（レファレンス）および板の裏壁からの第１エコーを両方とも捕捉する。 良い結果は、20から30MHzの間のグランド周波数の周波数範囲および１から４ マイクロ秒の間の両射出ゲートおよび流入ゲートのゲート時間で、１〜４mMの間 のDC-オフセットを用いて得られる。増幅はレファレンスシグナルが明らかに不 飽和であるレベルとなるように維持する。この増幅で、実行可能な裏壁エコーを 得るために、ハードウェア時間を補正した獲得(gain)(TCG)システムを使用して 、10dB〜30dBの増幅を裏壁シグナルにのみ適用する；このさらなる獲得は、減衰 計算で考慮される。レファレンスおよび裏壁シグナルを含むゲートの長さは、機 械的変動による時間内の合理的な変動を可能にする値に設定され；これは各ゲー トに関して1.5マイクロ秒のオーダーである。レファレンスシグナルを含むゲー トは、丁度(in time)「ネガティブトリガリング(negative triggering)」システム によるレファレンスシグナルに従属しており；ピーク検出器は、所望の振幅レベ ルでレファレンスシグナルを絶えず検出するために使用され、そして「ネガティ ブトリガリング」によりゲートはシグナルが上昇する前に実際に引き金が引かれ る。裏壁シグナルを含むゲ ートは前面ゲートに従属している。これら２つのシグナルは次に連結される；こ れによりシステムは目的の２つのシグナルのみを処理することが可能となり、そ してＡ−スキャンのレストを回避し、これにより処理時間を減らす。両方のシグ ナルは この関係は前に記載した方法により得た値に対して算出され得る対数関係の形を とる。 デジタル超音波走査システムを使用して残留応力因子を測定するために、以下 の手順が使用される： 周期的様式で前面波および後面波形をシュミレートするために、正弦アレイお よび余弦アレイを以下の特性を用いて定める： −各アレイにおいてデジタル化された点の数 −前面波および後面波からの超音波シグナルがデジタル化されるサンプリング間 隔、例えば0.01マイクロ秒 −前面シグナルの中央周波数に相当するMHzでの周波数、例えば20MHz。 シュミレーションの次の段階では、各前面波および後面波を、予め定めた正弦 および余弦アレイにより処理する。この結果は、前面および後面波形について、 周期的な波の状態のアレイである。これは以下のように行われる。 （FS-正弦） （前面正弦波アレイ）＝Σ前面波ｘ正弦アレイ （FS-余弦） （前面余弦波アレイ）＝Σ前面波ｘ余弦アレイ （BS-正弦） （後面正弦波アレイ）＝Σ後面波ｘ正弦アレイ （FS-余弦） （後面余弦波アレイ）＝Σ後面波ｘ余弦アレイ ここでソンマーション(sommation)は、選択したゲート時間にわたって生じる 。 上記処理の前に、好ましくは２〜３mVの間のDC-オフセットを前および後面波 に導入する。シュミレーションの処理後に、前および後面についてそれらの対応 する正弦および余弦アレイ成分を使用してフーリエターム(Fourier term)を計算 する： 前面のフーリエターム＝{(FS-正弦)²＋(FS-余弦)²}^1/2＝AFS 後面のフーリエターム＝{(BS-正弦)²＋(BS-余弦)²}^1/2＝BFS 残留応力因子rsfは、フーリエタームから算出される： rsf＝[-Ln(^ASF/_BFS)＋Ｔ定数]／距離 ここでＴ定数は、異なる媒体の間の各境界で音波の不完全な伝達を表すターム である。 本発明に従い測定され、算出され、そして提示される残留応力と、有限−要素 −法を使用する計算との間の一致は、図面に関して説明されるだろう。 図面では、図１に厚さ150mmの圧延および延伸したアルミニウム板を横断して 測定され、そして計算された残留応力の分布を、そして図２に有限−要素−法を 使用して図１の板の一部の計算された残留応力を示す。 図１は、測定された残留応力分布を示し、そして150mmの厚さ、1250mmの幅そ して5500mmの長さのアルミニウム板をわたって表す。板は圧延され、熱処理され 、そしてクエンチングされ、そして続いて残留応力の測定前に延伸された。図１ 中の文字は、アルファベットの順序で残留応力が上昇する領域を示す。この図面 ではより大きな領域のみを示し、そして残留応力の範囲は限定された数段階に分 割されているだけである。 図２は、図１の線Ａ、Ｂにより限定される板の右上の角部分について有限−要 素−法を使用して算出された残留応力を示す。匹敵する残留応力を持つ領域は同 じ文字で表す。 有限−要素−計算では、圧延および延伸による平面効果のみが考慮され、クエ ンチングの効果は無視された。これは図２の領域ｃ₁およびｄ₁領域が板の長側に 平行して広がらず、閉じ込められた領域であるという 事実の理由である。これを考慮すると、有限−要素−計算および本発明を使用し た残留応力測定の結果は大変よく一致し、そしてこの方法が大きな検体のオンラ インの非破壊的な残留応力測定に適することを示している。 図３、４、５、６および７は、本発明の方法を用いて測定した残留応力の実際 の波形、処理データおよび表示例を表す。 請求の範囲 １．超音波トランスデューサーによりグランド周波数ｆ_gを有する超音波流入波 を金属検体の表面に導入し、超音波流入波の振幅を流入波検出器で検出し、続く 超音波射出波の振幅を射出波検出器で検出し、測定した超音波流入波および射出 波の振幅を残留応力を決定するために使用する金属検体中の残留応力の測定法で あって、選択した流入ゲート時間τ_nに関して、測定された超音波流入波値ｗ_n(t )およびグランド周波数ｆ_gの周波Ｐ_n(t)の値 式中、ｘは定数であり、この積分は流入重畳積分とも呼ぶ、を計算し、そして 選択した射出ゲート時間τ_x中、測定された超音波射出波ｗ_x(t)およびグランド 周波数ｆ_gの周波ｑ_x(t)の値 式中、ｙは定数であり、この積分は射出重畳積分とも呼ぶ、を計算し、そして 残留応力を算出された流入重畳積分および射出重畳積分の値を使用して決定する ことにより成されることを特徴とする上記方法。 ２．流入波および射出波の両方に関する重畳積分値を、２つの対称的なπ／２シ フトした周波について算出し、そして残留応力を射出重畳積分および流入重畳積 分のそれぞれ算出した値の二乗の和の平方根の比から 算出することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．周波ｐ_n(t)およびｑ_x(t)がが正弦波であることを特徴とする請求の範囲第１ 項または第２項に記載の方法。 ４．周波が15から35MHzの間、そして好ましくは20から30MHzの間のグランド周波 数を有することを特徴とするアルミニウムの金属検体中の残留応力を測定するた めの前記請求の範囲のいずれかに記載の方法。 ５．選択する流入ゲート時間が選択する射出ゲート時間に等しいことを特徴とす る前記請求の範囲のいずれかに記載の方法。 ６．流入波および射出波用の検出器の少なくとも１つの電気的出力が積分を行う 前にDC-オフセットを与えられることを特徴とする、流入波および射出波用の検 出器の少なくとも１つが電気的出力を有する前記請求の範囲のいずれかに記載の 方法。 ７．残留応力を測定する時に、流入波および射出波用の検出器の少なくとも１つ の電気的出力が、流入波および射出波の最大振幅の15から35％の間、好ましくは 20から30％の間の積分を行う前にDC-オフセットを与えられることを特徴とする 前記請求の範囲のいずれかに記載の方法。 ８．金属検体が超音波トランスデューサーおよび／または検出器で走査されて、 残留応力の分布の平面図を形成することを特徴とする前記請求の範囲のいずれか に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．超音波トランスデューサーによりグランド周波数を有する超音波流入波を金 属検体の表面に導入し、超音波流入波を流入波検出器で検出し、そして続いて超 音波射出波を射出波検出器で検出し、そして測定した超音波流入波および射出波 を残留応力を決定するために使用する金属検体中の残留応力の測定法であって、 選択した流入ゲート時間に関して、測定された超音波流入波の流入重畳積分値お よびグランド周波数の周波を計算し、そして選択した射出ゲート時間中、測定さ れた超音波射出波の射出重畳積分値およびグランド周波数の周波を計算し、そし て残留応力が算出された流入重畳積分および射出重畳積分の値を使用して決定さ れることを特徴とする上記方法。 ２．流入波および射出波の両方に関する重畳積分値を、２つの対称的なπ／２シ フトした周波について算出し、そして残留応力を射出重畳積分および流入重畳積 分についてそれぞれ算出した値の二乗の和の平方根の比から算出することを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．周波が正弦波であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載 の方法。 ４．周波が15から35MHzの間、そして好ましくは20から30MHzの間のグランド周波 数を有することを特徴とするアルミニウムの金属検体中の残留応力を測定するた めの前記請求の範囲のいずれかに記載の方法。 ５．重畳積分の計算の基となる流入超音波が超音波のバーストであることを特徴 とする前記請求の範囲のいずれかに記載の方法。 ６．選択する流入ゲート時間が選択する射出ゲート時間に等しいことを特徴とす る前記請求の範囲のいずれかに記載の方法。 ７．流入波および射出波用の検出器の少なくとも１つの電気的出力が重畳を行う 前にDC-オフセットを与えられることを特徴とする前記請求の範囲のいずれかに 記載の方法。 ８．残留応力を測定する時に、流入波および射出波用の検出器の少なくとも１つ の電気的出力が、関連する波の最大振幅の15から35％の間、好ましくは20から30 ％の間のDC-オフセットを重畳を行う前に与えられることを特徴とする、少なく とも１つの電気検出器が電気出力を有する前記請求の範囲のいずれかに記載の方 法。 ９．金属検体が超音波トランスデューサーおよび／または検出器で走査されて、 パラメーター分布の平面図を形成することを特徴とする前記請求の範囲のいずれ かに記載の方法。