JP2009068914A - 内部状態計測装置、内部状態計測方法、プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被計測物200に対して、所定の周波数領域における各周波数の超音波を送信する超音波送受信装置120と、被計測物200の内部を伝播した前記各周波数の超音波に基づいて被計測物200における複数の共振周波数を検出する共振周波数検出部132と、共振周波数検出部132で検出された複数の共振周波数の隣接する2つの共振周波数における周波数間隔をそれぞれ算出する周波数間隔算出部133と、周波数間隔算出部133で算出された周波数間隔の変動量を算出する変動量算出部134と、変動量算出部134で算出された変動量に基づいて被計測物200の内部状態を判定する内部状態判定部136を備える。
【選択図】図5
Description
具体的に、特許文献1及び特許文献2では、被計測物200である鋼板の表面に超音波送信装置から横波超音波を送信し、当該横波超音波を鋼板の裏面に配設された超音波送信装置で受信して、当該横波超音波の透過率から鋼板の内部に液層部200aがあるか否かを計測するようにしている。
まず、具体的な実施形態を説明する前に、本発明の骨子について説明する。
本発明者は、被計測物の内部温度分布や厚み等の影響を受けずに、被計測物の内部状態を精度良く計測することを実現するために、まず、超音波の共振周波数に着目することにした。この超音波の共振周波数に関して、図1を用いて以下に説明する。
図1(a)に示すように、本発明では、まず、超音波送受信装置から、被計測物(鋼板)200における表面の所定位置(計測位置)に各周波数の超音波(具体的には、縦波超音波)を厚みDの方向に送信し、被計測物(鋼板)200の内部を伝播した各周波数の超音波を前記所定位置で超音波送受信装置により受信する。これにより、超音波の周波数と振幅との関係から複数の共振周波数(図1(b)に示すf1〜f4)を検出できる。
2D=nλ=nV/fn ・・・(数式1)
ここで、Vは、被計測物(鋼板)200の内部を伝播する超音波の音速である。
Δf=fn+1−fn=V/(2D) ・・・(数式2)
次に、上述した本発明の骨子を踏まえた具体的な実施形態について説明する。
図4に示すように、内部状態計測装置100は、EMAT(電磁超音波)センサ110と、超音波送受信装置120と、情報処理装置130を有して構成されている。
図6は、本発明の実施形態に係る内部状態計測装置による内部状態計測方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図6に示すフローチャートの以下の説明においては、図5に示す内部状態計測装置100の内部構成図を参照しながら説明する。
図7には、上から、被計測物(鋼板)200に対して送信された超音波の送信波形、当該送信波形と共に超音波の送信後に被計測物(鋼板)200から受信した超音波の受信波形、当該受信波形のエネルギー値を算出する期間を指示するゲート信号の各タイムチャートが示されている。ここで、受信波形に示されているSi及びSi+1は、データとして用いるサンプリングポイントを示しており、また、ゲート信号は、情報処理装置130から指示される。
変動量算出部134は、まず、共振周波数f1とf2との周波数間隔Δf1、及び、共振周波数f2とf3との周波数間隔Δf2を用いて、第1の変動量H1を下記の数式3により算出する。
H1=|Δf1−Δf2| ・・・(数式3)
H=(H1+H2+H3+H4+H5+H6)/6 ・・・(数式4)
[1]第m層と第m+1層との境界(z=zm)において、両層における超音波の粒子速度と応力が等しい。
[2]被計測物200の表面(第1層の表面:z=0)に単位強さの超音波源があるとして、その表面における応力を1(Pa)とする。
[3]被計測物200の裏面(z=zM)は自由表面とし、そこでの応力を0とする。
上述したように、図9中の○及び●は、各サンプルにおける共振周波数の周波数間隔を示しているため、○と○とを結ぶ線分及び●と●とを結ぶ線分は、それぞれ、共振周波数における周波数間隔の変動量を表していることになる。
110 EMAT(電磁超音波)センサ
120 超音波送受信装置
121 プリアンプ
130 情報処理装置
131 表示部
132 共振周波数検出部
133 周波数間隔算出部
134 変動量算出部
135 閾値記憶部
136 内部状態判定部
140 冷却水循環装置
141 水冷ホルダ
200 被計測物(鋼板)
200a 液層部(溶鋼部)
Claims (10)
- 超音波を送受信して被計測物の内部状態を計測する内部状態計測装置であって、
前記被計測物に対して、所定の周波数領域における各周波数の超音波を送信する超音波送信手段と、
前記被計測物の内部を伝播した前記各周波数の超音波に基づいて前記被計測物における複数の共振周波数を検出する共振周波数検出手段と、
前記共振周波数検出手段で検出された複数の共振周波数の隣接する2つの共振周波数における周波数間隔をそれぞれ算出する周波数間隔算出手段と、
前記周波数間隔算出手段で算出された周波数間隔の変動量を算出する変動量算出手段と、
前記変動量算出手段で算出された変動量に基づいて前記被計測物の内部状態を判定する判定手段と
を有することを特徴とする内部状態計測装置。 - 閾値を記憶する閾値記憶手段を更に有し、
前記判定手段は、前記変動量算出手段で算出された変動量が前記閾値記憶手段に記憶されている閾値よりも大きいか否かに応じて、前記被計測物の内部状態を判定することを特徴とする請求項1に記載の内部状態計測装置。 - 前記変動量算出手段は、所定数の前記変動量を算出して、当該所定数の変動量を平均化して平均変動量を算出し、
前記判定手段は、前記平均変動量を用いて前記被計測物の内部状態を判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の内部状態計測装置。 - 前記超音波送信手段は、前記被計測物の所定位置に対して前記各周波数の超音波を送信すると共に、前記被計測物の内部を伝播した前記各周波数の超音波を前記所定位置で受信する超音波送受信手段を構成するものであり、
前記検出手段は、前記超音波送受信手段で受信した前記各周波数の超音波に基づいて前記被計測物における複数の共振周波数を検出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の内部状態計測装置。 - 超音波を送受信して被計測物の内部状態を計測する内部状態計測方法であって、
前記被計測物に対して、所定の周波数領域における各周波数の超音波を送信する超音波送信ステップと、
前記被計測物の内部を伝播した前記各周波数の超音波に基づいて前記被計測物における複数の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップと、
前記共振周波数検出ステップで検出された複数の共振周波数の隣接する2つの共振周波数における周波数間隔をそれぞれ算出する周波数間隔算出ステップと、
前記周波数間隔算出ステップで算出された周波数間隔の変動量を算出する変動量算出ステップと、
前記変動量算出ステップで算出された変動量に基づいて前記被計測物の内部状態を判定する判定ステップと
を有することを特徴とする内部状態計測方法。 - 前記判定ステップでは、前記変動量算出ステップで算出された変動量が閾値よりも大きいか否かに応じて、前記被計測物の内部状態を判定することを特徴とする請求項5に記載の内部状態計測方法。
- 前記変動量算出ステップでは、所定数の前記変動量を算出して、当該所定数の変動量を平均化して平均変動量を算出し、
前記判定ステップでは、前記平均変動量を用いて前記被計測物の内部状態を判定することを特徴とする請求項5又は6に記載の内部状態計測方法。 - 前記超音波送信ステップでは、前記被計測物の所定位置に対して前記各周波数の超音波を送信するものであり、
前記被計測物の内部を伝播した前記各周波数の超音波を前記所定位置で受信する超音波受信ステップを更に有し、
前記検出ステップでは、前記超音波受信ステップで受信した前記各周波数の超音波に基づいて前記被計測物における複数の共振周波数を検出することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の内部状態計測方法。 - 超音波を送受信して被計測物の内部状態を計測する内部状態計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記被計測物に対して、所定の周波数領域における各周波数の超音波を送信する超音波送信ステップと、
前記被計測物の内部を伝播した前記各周波数の超音波に基づいて前記被計測物における複数の共振周波数を検出する共振周波数検出ステップと、
前記共振周波数検出ステップで検出された複数の共振周波数の隣接する2つの共振周波数における周波数間隔をそれぞれ算出する周波数間隔算出ステップと、
前記周波数間隔算出ステップで算出された周波数間隔の変動量を算出する変動量算出ステップと、
前記変動量算出ステップで算出された変動量に基づいて前記被計測物の内部状態を判定する判定ステップと
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 請求項9に記載のプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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JP2007235822A JP2009068914A (ja) | 2007-09-11 | 2007-09-11 | 内部状態計測装置、内部状態計測方法、プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 |
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2007
- 2007-09-11 JP JP2007235822A patent/JP2009068914A/ja active Pending
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