JP2015206782A - Residual stress evaluation method and residual stress evaluation device - Google Patents

Residual stress evaluation method and residual stress evaluation device Download PDF

Info

Publication number
JP2015206782A
JP2015206782A JP2014255128A JP2014255128A JP2015206782A JP 2015206782 A JP2015206782 A JP 2015206782A JP 2014255128 A JP2014255128 A JP 2014255128A JP 2014255128 A JP2014255128 A JP 2014255128A JP 2015206782 A JP2015206782 A JP 2015206782A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wave
ultrasonic
residual stress
waves
probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014255128A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6362533B2 (en
Inventor
弘行 高枩
Hiroyuki Takamoku
弘行 高枩
利英 福井
Toshihide Fukui
利英 福井
和佐 泰宏
Yasuhiro Wasa
泰宏 和佐
小林 明
Akira Kobayashi
明 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2014255128A priority Critical patent/JP6362533B2/en
Publication of JP2015206782A publication Critical patent/JP2015206782A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6362533B2 publication Critical patent/JP6362533B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a residual stress evaluation method and a residual stress evaluation device which can accurately measure the residual stress on a surface layer of an inspection object body by suppressing deterioration of measurement accuracy due to the contact state of an ultrasonic probe to the inspection object body with a relatively simple configuration.SOLUTION: A residual stress evaluation device which evaluates the residual stress existing on a surface layer of a measurement sample W on the basis of the propagation time of the ultrasonic wave propagating on the surface layer of the measurement sample W, comprises: a transmission probe which transmits an SH wave and an SV wave with different vibration forms to the surface layer of the measurement sample W to excite a Rayleigh wave and a surface SH wave as a plurality of propagation ultrasonic waves with different vibration forms on the surface layer of the measurement sample W; a reception probe which receives the propagation ultrasonic waves with different vibration forms propagating on the surface layer of the measurement sample W; and an evaluation unit which calculates each propagation time of the plurality of kinds of propagation ultrasonic waves received by the reception probe to evaluate the residual stress existing on the surface layer of the measurement sample W on the basis of the calculated propagation time.

Description

本発明は、金属材料などの被検査試料の表層に存在する残留応力を、当該被検査試料の表層を伝搬する超音波の音速に基づいて評価する残留応力評価方法及び残留応力評価装置に関する。   The present invention relates to a residual stress evaluation method and a residual stress evaluation apparatus for evaluating a residual stress existing on a surface layer of a sample to be inspected, such as a metal material, based on a sound velocity of an ultrasonic wave propagating through the surface layer of the sample to be inspected.

各種機械部品や構造体の非破壊での残留応力の測定は、これら部品や構造体の劣化診断等において極めて重要である。従来から、非破壊での残留応力の測定(評価)には、主にX線回折法が用いられているが、X線回折法では、測定対象である被検査体の表層のうち極めて浅い領域(〜数μm)しか評価できないといった制約がある。
そこで、これら制約や懸念を解消可能な超音波を用いた残留応力評価手段(音弾性法)として、特許文献1,2に開示される超音波式応力測定装置及び超音波式応力測定方法が提案されている。
Measurement of non-destructive residual stresses of various machine parts and structures is extremely important for deterioration diagnosis of these parts and structures. Conventionally, the X-ray diffraction method has been mainly used for the measurement (evaluation) of non-destructive residual stress. However, in the X-ray diffraction method, an extremely shallow region of the surface layer of the object to be inspected is used. There is a restriction that only (˜several μm) can be evaluated.
Therefore, ultrasonic stress measuring devices and ultrasonic stress measuring methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 are proposed as residual stress evaluation means (acoustic elasticity method) using ultrasonic waves that can eliminate these restrictions and concerns. Has been.

特許文献1に開示の超音波式応力測定装置は、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であって、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。   The ultrasonic stress measuring device disclosed in Patent Document 1 is ultrasonic data obtained when longitudinal wave ultrasonic waves and two transverse wave ultrasonic waves whose vibration directions are orthogonal to each other propagate through the stress measurement target material. Is an ultrasonic stress measurement device for analyzing the residual stress of the material to be stress-measured, and is arranged around a longitudinal wave probe P0 that transmits and receives the longitudinal wave ultrasonic waves. First and second horizontal transverse wave probes P1, P2 that transmit and receive transverse wave ultrasonic waves having a horizontal vibration direction are arranged on both sides in the horizontal direction of the probe P0, and the longitudinal wave probe P0. A probe assembly comprising first and second vertical transverse wave probes P3 and P4 for transmitting and receiving transverse wave ultrasonic waves whose vibration directions are perpendicular to each other on both sides of the vertical direction, and the probe An ultrasonic transmission / reception control unit for performing ultrasonic transmission / reception control on each probe of the assembly; A measurement data analysis unit that inputs ultrasonic data of each probe from the ultrasonic transmission / reception control unit, obtains sound velocity data of each ultrasonic wave, and analyzes the residual stress of the stress measurement target material; It is characterized by that.

また、特許文献2に開示の超音波式応力測定装置は、応力測定対象材料の表面上に配置可能な縦波超音波探触子及び横波超音波探触子と、前記両探触子を前記材料の表面に沿って移動又は回転させることが可能な探触子駆動機構と、前記両探触子のうちの一方の探触子に前記材料の測定対象部位に対する超音波の発信・受信動作を行わせた後、前記探触子駆動機構に対する前記移動の制御により一方の探触子と他方の探触子との配置を切り換え、他方の探触子に同一測定対象部位に対する超音波の発信・受信動作を行わせるようにし、前記横波超音波探触子については180°/N(N:2以上の整数)の回転角度毎のN回の回転を行わせ、各回転位置において発信・受信動作を行わせる探触子制御手段と、前記両探触子の発信・受信動作により得られる弾性表面波の音速度データから表面組織音響異方性の定数を求め、この求めた定数に基づき応力測定対象材料の残留応力を演算する測定データ解析手段と、を備えたことを特徴とする。   In addition, an ultrasonic stress measuring device disclosed in Patent Document 2 includes a longitudinal wave ultrasonic probe and a transverse wave ultrasonic probe that can be disposed on the surface of a stress measurement target material, and both the probes. A probe driving mechanism capable of moving or rotating along the surface of the material, and transmitting and receiving ultrasonic waves to and from the measurement target portion of the material on one of the probes. After that, the arrangement of one probe and the other probe is switched by controlling the movement with respect to the probe driving mechanism, and the other probe transmits ultrasonic waves to the same measurement target part. The reception operation is performed, and the transverse wave ultrasonic probe is rotated N times for each rotation angle of 180 ° / N (N: integer of 2 or more), and the transmission / reception operation is performed at each rotation position. For the probe control means to perform the transmission and reception operation of both the probes Measurement data analysis means for calculating a surface tissue acoustic anisotropy constant from the acoustic velocity data of the surface acoustic wave obtained, and calculating a residual stress of the stress measurement target material based on the obtained constant. And

特開2010−236892号公報JP 2010-236882 A 特開2008−76387号公報JP 2008-76387 A

特許文献1,2に開示の技術は、被検査体を伝搬する超音波の音速が残留応力に応じて変化するという音弾性効果に基づいている。しかし、一般に金属材料における音速の応力依存性(音弾性係数)は小さいため、残留応力の評価の精度を高めるには、被検査体を伝搬する超音波の音速を高精度に且つ安定して測定しなくてはならないという課題がある。
具体的には、音速を測定するためには超音波の送信時間及び受信時間(伝搬時間)と共に超音波の伝搬距離が必要であるが、被検査体の不均一な形状などに起因して超音波の伝搬距離を一定に保つことは困難であり不確定な伝搬距離は誤差の要因となる。そこで、特許文献1,2は、いずれも縦波超音波及び横波超音波を用いてこれら超音波の音速を測定し、測定された音速の値に基づいて被検査体である材料中の残留応力を評価しようとする。特許文献1,2は、縦波と横波を併用することで、超音波の伝搬距離の不確定さに起因する誤差要因を低減して音速(残留応力)の測定精度を高めようと試みている。
The technologies disclosed in Patent Documents 1 and 2 are based on the acoustoelastic effect that the sound velocity of the ultrasonic wave propagating through the object to be inspected changes according to the residual stress. However, since the stress dependence (acoustic elastic coefficient) of sound speed in metal materials is generally small, the sound speed of ultrasonic waves propagating through the object to be measured can be measured with high accuracy and stability in order to improve the accuracy of residual stress evaluation. There is a problem that must be done.
Specifically, in order to measure the speed of sound, it is necessary to have an ultrasonic propagation distance as well as an ultrasonic transmission time and reception time (propagation time). It is difficult to keep the propagation distance of the sound wave constant, and the uncertain propagation distance causes an error. Therefore, Patent Documents 1 and 2 both measure longitudinal acoustic waves and transverse acoustic waves to measure the ultrasonic velocity of these ultrasonic waves, and based on the measured acoustic velocity values, residual stress in the material that is the object to be inspected. Try to evaluate. Patent Documents 1 and 2 attempt to increase the measurement accuracy of sound velocity (residual stress) by using both longitudinal and transverse waves to reduce the error factor caused by the uncertainty of the ultrasonic propagation distance. .

このような特許文献1,2は、縦波の音速測定と横波の音速測定のそれぞれにおいて、異なる別の超音波探触子を用いることを前提としている。このように縦波の音速測定と横波の音速測定とで異なる超音波探触子を用いる場合、縦波及び横波の音速を、同時に同一位置で測定することはできない。さらに、音速を測定する際の超音波の伝搬時間は、被検査体中における超音波の伝搬距離の他、超音波探触子と被検査体との接触状態にも依存する。従って、特許文献1,2に示されるような異なる超音波探触子を用いた異なる位置での超音波の測定は、測定の度に探触子と被検査体との接触状態が変化してしまい、この変化による測定誤差が発生してしまうという課題が存在する。   Such Patent Documents 1 and 2 are based on the premise that different ultrasonic probes are used in each of the longitudinal wave sound velocity measurement and the transverse wave sound velocity measurement. Thus, when different ultrasonic probes are used for longitudinal wave sound velocity measurement and shear wave sound velocity measurement, the sound velocity of the longitudinal wave and the transverse wave cannot be measured simultaneously at the same position. Furthermore, the propagation time of the ultrasonic wave when measuring the speed of sound depends not only on the propagation distance of the ultrasonic wave in the inspection object but also on the contact state between the ultrasonic probe and the inspection object. Therefore, in the measurement of ultrasonic waves at different positions using different ultrasonic probes as shown in Patent Documents 1 and 2, the contact state between the probe and the object to be inspected changes at each measurement. Therefore, there is a problem that a measurement error due to this change occurs.

加えて、特許文献1,2に開示の技術は、材料中の深さ方向の残留応力を評価するものであるが、材料の表層に存在する残留応力を評価するものではない。従って、特許文献1,2は、材料の表層に存在する残留応力を評価するための技術内容を開示するものではない。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、比較的簡易な構成で超音波探触子の被検査体への接触状態に起因する測定精度の劣化を抑制し、被検査体の表層の残留応力を高い精度で測定することができる残留応力評価方法及び残留応力評価装置を提供することを目的とする。
In addition, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 evaluate the residual stress in the depth direction in the material, but do not evaluate the residual stress existing in the surface layer of the material. Therefore, Patent Documents 1 and 2 do not disclose the technical contents for evaluating the residual stress existing in the surface layer of the material.
Therefore, in view of the above problems, the present invention suppresses measurement accuracy deterioration due to the contact state of the ultrasonic probe with the object to be inspected with a relatively simple structure, and reduces the residual stress on the surface layer of the object to be inspected. It is an object of the present invention to provide a residual stress evaluation method and a residual stress evaluation apparatus that can measure with high accuracy.

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の残留応力評価方法は、被検体試料の表層に存在する残留応力を、前記被検査試料の表層を伝搬する超音波の伝搬時間に基づいて評価する残留応力評価方法であって、振動形態の異なる複数種類の超音波を前記被検査試料の表層へ送出することで、被検査試料の表層に振動形態の異なる複数種類の伝搬超音波を励振する送出ステップと、前記被検査試料の表層を伝搬する前記複数種類の伝搬超音波を受信する受信ステップと、前記受信ステップで受信された複数種類の伝搬超音波の各々の伝搬時間を算出し、当該算出された伝搬時間に基づいて前記残留応力を評価する評価ステップと、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the present invention takes the following technical means.
The residual stress evaluation method of the present invention is a residual stress evaluation method for evaluating the residual stress existing in the surface layer of the specimen sample based on the propagation time of the ultrasonic wave propagating through the surface layer of the specimen specimen, Transmitting a plurality of types of ultrasonic waves having different vibrations to the surface layer of the sample to be inspected, exciting a plurality of types of propagation ultrasonic waves having different vibration forms on the surface layer of the sample to be inspected, and a surface layer of the sample to be inspected. A receiving step for receiving the plurality of types of propagating ultrasonic waves to be propagated, a propagation time of each of the plurality of types of propagating ultrasonic waves received in the receiving step is calculated, and the residual stress is calculated based on the calculated propagation time And an evaluation step for evaluating.

ここで、前記送出ステップが、前記複数種類の超音波を、前記被検体試料の表面上の第1の位置へ送出し、前記受信ステップが、前記複数種類の伝搬超音波を、前記被検体試料の表面上の前記第1の位置とは異なる第2の位置から受信するとよい。
また、前記受信ステップで受信される前記複数種類の伝搬超音波が、レーリ波及び表面SH波であるとよい。
Here, the sending step sends the plural types of ultrasonic waves to a first position on the surface of the subject sample, and the receiving step sends the plural types of propagated ultrasonic waves to the subject sample. The second position may be received from a second position different from the first position on the surface.
The plurality of types of propagating ultrasonic waves received in the receiving step may be Rayleigh waves and surface SH waves.

さらに、前記送出ステップが、前記複数種類の超音波として、SH波及びSV波を送出し、前記受信ステップが、前記複数種類の伝搬超音波として、前記送出ステップで送出されたSH波及びSV波によって励振されて伝搬したレーリ波及び表面SH波を受信するとよい。
また、前記受信ステップが、前記伝搬したレーリ波及び表面SH波の前記第2の位置からの出射角に応じて、当該レーリ波及び表面SH波をそれぞれ異なる位置で受信するとよい。
Further, the sending step sends SH waves and SV waves as the plurality of types of ultrasonic waves, and the receiving step sends SH waves and SV waves sent as the plurality of types of propagation ultrasonic waves in the sending step. It is preferable to receive the Rayleigh wave and the surface SH wave that have been excited and propagated by.
Moreover, the said receiving step is good to receive the said Rayleigh wave and surface SH wave in a respectively different position according to the outgoing angle from the said 2nd position of the propagated Rayleigh wave and surface SH wave.

加えて、前記受信ステップが、前記レーリ波を縦波として検出するとともに、前記表面SH波を横波として検出するとよい。
また、前記受信ステップで受信される前記複数種類の伝搬超音波が、レーリ波及び表面SV波であるとよい。
さらに、前記送出ステップが、縦波あるいは横波の単一振動子より、縦波あるいはSV波を送出することにより前記被検査試料に、前記複数種類の伝搬超音波としてレーリ波及び表面SV波を励振させる形態であり、前記受信ステップが、励振されて伝搬したレーリ波及び表面SV波の受信を、単一の縦波あるいは横波振動子で受信するとよい。
In addition, the receiving step may detect the Rayleigh wave as a longitudinal wave and detect the surface SH wave as a transverse wave.
The plurality of types of propagating ultrasonic waves received in the receiving step may be Rayleigh waves and surface SV waves.
Further, in the transmitting step, the longitudinal wave or the SV wave is transmitted from the single vibrator of the longitudinal wave or the transverse wave, thereby exciting the Rayleigh wave and the surface SV wave as the plural kinds of propagating ultrasonic waves to the sample to be inspected. It is preferable that the receiving step receives the Rayleigh wave and the surface SV wave propagated by excitation with a single longitudinal wave or transverse wave transducer.

本発明の残留応力評価装置は、被検体試料の表層に存在する残留応力を、前記被検査試料の表層を伝搬する超音波の伝搬時間に基づいて評価する残留応力評価装置であって、振動形態の異なる複数種類の超音波を前記被検査試料の表層へ送出することで、被検査試料の表層に振動形態の異なる複数種類の伝搬超音波を励振する送出部と、前記被検査試料の表層を伝搬する前記複数種類の伝搬超音波を受信する受信部と、前記受信部で受信された複数種類の伝搬超音波の各々の伝搬時間を算出し、当該算出された伝搬時間に基づいて前記残留応力を評価する評価部と、を備えることを特徴とする。   The residual stress evaluation apparatus according to the present invention is a residual stress evaluation apparatus that evaluates the residual stress existing in the surface layer of the specimen sample based on the propagation time of the ultrasonic wave propagating through the surface layer of the specimen specimen. A plurality of different types of ultrasonic waves are transmitted to the surface layer of the sample to be inspected, thereby transmitting a plurality of types of propagation ultrasonic waves having different vibration forms to the surface layer of the sample to be inspected, and a surface layer of the sample to be inspected. A receiving unit that receives the plurality of types of propagating ultrasonic waves that propagates, and calculates a propagation time of each of the plurality of types of propagating ultrasonic waves received by the receiving unit, and based on the calculated propagation time, the residual stress And an evaluation unit for evaluating.

ここで、前記送出部が、前記複数種類の超音波を、前記被検体試料の表面上の第1の位置へ送出し、前記受信部が、前記複数種類の伝搬超音波を、前記第1の位置とは異なる前記被検体試料の表面上の第2の位置から受信するとよい。
また、前記送出部が、前記複数種類の超音波を送出する単一の第1超音波振動子を有し、前記受信部が、前記複数種類の伝搬超音波を受信する単一の第1超音波振動子を有するとよい。
Here, the transmission unit transmits the plurality of types of ultrasonic waves to a first position on the surface of the subject sample, and the reception unit transmits the plurality of types of propagation ultrasonic waves to the first sample. It is good to receive from the 2nd position on the surface of the said specimen sample different from a position.
Further, the transmission unit includes a single first ultrasonic transducer that transmits the plurality of types of ultrasonic waves, and the reception unit receives a single first ultrasonic wave that receives the plurality of types of propagation ultrasonic waves. It is preferable to have a sonic transducer.

さらに、前記受信部で受信される前記複数種類の伝搬超音波が、レーリ波及び表面SH波であるとよい。
加えて、前記送出部が、前記複数種類の超音波として、SH波及びSV波を送出し、前記受信部が、前記複数種類の伝搬超音波として、前記送出部で送出されたSH波及びSV波によって励振されて伝搬したレーリ波及び表面SH波を受信するとよい。
Further, the plurality of types of propagation ultrasonic waves received by the receiving unit may be Rayleigh waves and surface SH waves.
In addition, the sending unit sends SH waves and SV waves as the plurality of types of ultrasonic waves, and the receiving unit sends SH waves and SVs sent by the sending unit as the plurality of types of propagation ultrasonic waves. It is preferable to receive the Rayleigh wave and the surface SH wave that have been excited and propagated by the wave.

ここで、前記送出部が、前記複数種類の超音波を送出する単一の第1超音波振動子を有し、前記受信部が、前記伝搬したレーリ波の前記第2の位置からの出射角に応じた位置に設けられて前記レーリ波を受信する第2超音波振動子と、前記第2超音波振動子とは異なる超音波振動子であって、前記伝搬した表面SH波の前記第2の位置からの出射角に応じた位置に設けられて前記SH波を受信する第3超音波振動子と、を有するとよい。   Here, the transmission unit has a single first ultrasonic transducer that transmits the plurality of types of ultrasonic waves, and the reception unit emits the propagated Rayleigh wave from the second position. A second ultrasonic transducer that is provided at a position corresponding to the second ultrasonic transducer and receives the Rayleigh wave, and an ultrasonic transducer different from the second ultrasonic transducer, wherein the second surface of the propagated surface SH wave And a third ultrasonic transducer that is provided at a position corresponding to the emission angle from the position and receives the SH wave.

また、前記送出部が、前記第1の位置へSV波を送出する第4超音波振動子と、前記第4超音波振動子とは異なる角度で超音波を送出する超音波振動子であって、前記第1の位置へ前記SH波を送出する第5超音波振動子と、を有し、前記受信部が、前記伝搬したレーリ波の前記第2の位置からの出射角に応じた位置に設けられて前記レーリ波を受信する第2超音波振動子と、前記第2超音波振動子とは異なる超音波振動子であって、前記伝搬した表面SH波の前記第2の位置からの出射角に応じた位置に設けられて前記SH波を受信する第3超音波振動子と、を有するとよい。   In addition, the transmission unit is a fourth ultrasonic transducer that transmits SV waves to the first position, and an ultrasonic transducer that transmits ultrasonic waves at an angle different from the fourth ultrasonic transducer. A fifth ultrasonic transducer that transmits the SH wave to the first position, and the receiving unit is in a position corresponding to an emission angle of the propagated Rayleigh wave from the second position. A second ultrasonic transducer provided to receive the Rayleigh wave, and an ultrasonic transducer different from the second ultrasonic transducer, wherein the propagated surface SH wave is emitted from the second position. It is preferable to include a third ultrasonic transducer that is provided at a position corresponding to a corner and receives the SH wave.

さらに、前記第2超音波振動子が、前記レーリ波を縦波として受信し、前記第3超音波振動子が、前記SH波を横波として受信するとよい。
加えて、前記送出部が、電磁超音波センサで構成され、前記受信部が、電磁超音波センサで構成されるとよい。
また、前記受信部で受信される前記複数種類の伝搬超音波が、レーリ波及び表面SV波であるとよい。
Furthermore, the second ultrasonic transducer may receive the Rayleigh wave as a longitudinal wave, and the third ultrasonic transducer may receive the SH wave as a transverse wave.
In addition, it is preferable that the sending unit is configured with an electromagnetic ultrasonic sensor and the receiving unit is configured with an electromagnetic ultrasonic sensor.
The plurality of types of propagation ultrasonic waves received by the receiving unit may be Rayleigh waves and surface SV waves.

さらに、前記送出部が、縦波あるいは横波の単一振動子で構成され、前記受信部が、縦波あるいは横波の単一振動子で構成されるとよい。   Further, it is preferable that the transmission unit is configured by a single vibrator of longitudinal wave or shear wave, and the reception unit is configured by a single oscillator of longitudinal wave or transverse wave.

本発明の残留応力評価方法及び残留応力評価装置によれば、被検査体の残留応力の測定を、比較的簡易な構成で且つ高い精度で行うことができる。   According to the residual stress evaluation method and the residual stress evaluation apparatus of the present invention, the measurement of the residual stress of the object to be inspected can be performed with a relatively simple configuration and high accuracy.

本発明の第1実施形態による残留応力評価装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the residual stress evaluation apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本実施形態による残留応力評価装置の送信探触子及び受信探触子の概略構成を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows schematic structure of the transmission probe of the residual stress evaluation apparatus by this embodiment, and a receiving probe. 本発明の第2実施形態による残留応力評価装置の送信探触子及び受信探触子の概略構成を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows schematic structure of the transmission probe and reception probe of the residual stress evaluation apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 本実施形態による残留応力評価装置において、受信探触子を送信探触子として採用したときの概略構成を拡大して示す図である。In the residual stress evaluation apparatus by this embodiment, it is a figure which expands and shows schematic structure when a receiving probe is employ | adopted as a transmitting probe. 本発明の第3実施形態による残留応力評価装置の送信探触子及び受信探触子に用いられる電磁超音波センサの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the electromagnetic ultrasonic sensor used for the transmission probe and the receiving probe of the residual stress evaluation apparatus by 3rd Embodiment of this invention. 本実施形態による残留応力評価装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the residual stress evaluation apparatus by this embodiment. 本実施形態による送信探触子及び受信探触子に用いられる電磁超音波センサの変形例の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the modification of the electromagnetic ultrasonic sensor used for the transmission probe and reception probe by this embodiment. 本発明の第4実施形態による残留応力評価装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the residual stress evaluation apparatus by 4th Embodiment of this invention.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する各実施形態に共通する同一の構成部材には、同一の符号及び同一の名称を付すこととする。従って、同一の符号及び同一の名称が付された構成部材については、同じ説明を繰り返さない。
[第1実施形態]
以下に、図1及び図2を参照しつつ、本発明の第1実施形態による残留応力評価装置1について説明すると共に、残留応力評価装置1を用いた残留応力評価方法について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol and the same name shall be attached | subjected to the same structural member common to each embodiment demonstrated below. Therefore, the same description will not be repeated for the components having the same reference numerals and the same names.
[First Embodiment]
Hereinafter, the residual stress evaluation apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 and a residual stress evaluation method using the residual stress evaluation apparatus 1 will be described.

図1は、本実施形態による残留応力評価装置1の概略構成を示す図である。図2は、残留応力評価装置1の送信探触子2及び受信探触子3の概略構成を拡大して示す図である。
残留応力評価装置1は、例えば、鋼材で構成された機械部品や構造体などの被検査体(被検査試料)の表層に存在する残留応力を、当該被検査試料の表層を伝搬する超音波に基づいて評価(測定)する装置である。具体的に、残留応力評価装置1は、被検査試料の表層に超音波を伝搬させて当該伝搬した超音波の伝搬時間を測定し、この超音波の伝搬時間を用いて、被検査試料の表層に存在する残留応力を評価(測定)する。本実施形態では、被検査試料として鋼材で構成された直方体形状の測定試料Wを例示する。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a residual stress evaluation apparatus 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged view showing a schematic configuration of the transmission probe 2 and the reception probe 3 of the residual stress evaluation apparatus 1.
The residual stress evaluation apparatus 1 converts, for example, residual stress existing in the surface layer of an inspection object (inspection sample) such as a machine part or a structure made of steel into ultrasonic waves that propagate through the surface layer of the inspection sample. It is an apparatus for evaluating (measuring) based on the above. Specifically, the residual stress evaluation apparatus 1 propagates ultrasonic waves to the surface layer of the sample to be inspected, measures the propagation time of the propagated ultrasonic waves, and uses the propagation time of the ultrasonic waves to use the surface layer of the sample to be inspected. To evaluate (measure) the residual stress present in In the present embodiment, a rectangular parallelepiped-shaped measurement sample W made of a steel material is exemplified as the sample to be inspected.

ここで、表層とは、測定試料Wの表面下(表面皮下)所定の深さ範囲の領域であり、例えば深さ数mmより浅い範囲の領域である。特に、測定試料Wの表面から超音波の波長程度の深さ域の残留応力が評価できるので、表層を、用いる超音波の波長程度の深さ域と定義してもよい。そのとき、超音波の波長は、周波数の変化によって可変(0.1mm〜数mm)であることから、表層を、深さ数mmより浅い範囲の領域と定義することが可能となる。   Here, the surface layer is a region in a predetermined depth range below the surface of the measurement sample W (subcutaneous surface), for example, a region in a range shallower than a depth of several mm. In particular, since the residual stress in the depth region about the ultrasonic wavelength from the surface of the measurement sample W can be evaluated, the surface layer may be defined as a depth region about the ultrasonic wave wavelength to be used. At that time, since the wavelength of the ultrasonic wave is variable (0.1 mm to several mm) depending on the change of the frequency, the surface layer can be defined as a region in a range shallower than the depth of several mm.

図1に示すように、残留応力評価装置1は、被検査試料である測定試料Wの表面上に配置されて測定試料Wへ超音波を送出(送信)する送信探触子2と、同じく測定試料Wの表面上で送信探触子2と異なる位置に配置され、送信探触子2から送出されて測定試料Wの表層を伝搬した超音波を受信する受信探触子3とを備える。さらに、残留応力評価装置1は、送信探触子2に超音波を発生させるためのパルス発生器4と、受信探触子3が受信した超音波の信号である受信信号を採取する増幅器5,6及び波形採取装置7と、採取された受信信号に基づいて、当該受信信号に対応する超音波の伝搬経路における残留応力を評価する評価装置(評価部)8とを備える。   As shown in FIG. 1, the residual stress evaluation apparatus 1 is the same as the transmission probe 2 that is arranged on the surface of a measurement sample W that is a sample to be inspected and transmits (transmits) ultrasonic waves to the measurement sample W. A receiving probe 3 is disposed on the surface of the sample W at a position different from that of the transmission probe 2 and receives an ultrasonic wave transmitted from the transmission probe 2 and propagated through the surface layer of the measurement sample W. Furthermore, the residual stress evaluation apparatus 1 includes a pulse generator 4 for generating an ultrasonic wave in the transmission probe 2 and an amplifier 5 that collects a reception signal that is an ultrasonic signal received by the reception probe 3. 6 and a waveform sampling device 7 and an evaluation device (evaluation unit) 8 for evaluating the residual stress in the propagation path of the ultrasonic wave corresponding to the received signal based on the collected received signal.

まず、図2を参照して、残留応力評価装置1の特徴的な構成である送信探触子2及び受信探触子3について詳しく説明し、パルス発生器4、増幅器5,6、波形採取装置7、及び評価装置8については後述する。
送信探触子(送信部)2は、例えば平板状の圧電素子20を超音波伝搬媒体21に装備された超音波プローブである。圧電素子20に所定電圧のパルス電圧が加えられると、当該圧電素子20の平板面から所定周波数の超音波が出力され、出力された超音波は、送信探触子2の超音波伝搬媒体21に形成された開口面である送出面(超音波送出面)22を経て外部へ送出される。
First, with reference to FIG. 2, the transmitting probe 2 and the receiving probe 3 which are characteristic structures of the residual stress evaluation apparatus 1 will be described in detail, and a pulse generator 4, amplifiers 5 and 6, and a waveform sampling apparatus. 7 and the evaluation device 8 will be described later.
The transmission probe (transmission unit) 2 is an ultrasonic probe in which, for example, a plate-like piezoelectric element 20 is mounted on an ultrasonic propagation medium 21. When a pulse voltage of a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 20, an ultrasonic wave having a predetermined frequency is output from the flat plate surface of the piezoelectric element 20, and the output ultrasonic wave is applied to the ultrasonic propagation medium 21 of the transmission probe 2. It is sent to the outside through a sending surface (ultrasonic sending surface) 22 which is the formed opening surface.

圧電素子20は、加えられた所定電圧のパルスによって振動することで、当該圧電素子20の平板面(出力面)から所定周波数の超音波を出力する。この圧電素子20は、超音波の出力方向を、送信探触子2の超音波送出面22に対して平行でも垂直でもなく斜めに向けて斜角で配置されており、圧電素子20から出力された超音波は、超音波送出面22に垂直な方向とは異なる斜め方向に沿って、超音波送出面22から外部へ送出される。つまり、送信探触子2を、超音波送出面22を測定試料Wの表面に当接させることで測定試料Wの表面上に配置すると、超音波送出面22から送出された超音波は、測定試料Wの表面に対して平行でも垂直でもない斜め方向から入射する。   The piezoelectric element 20 vibrates by a pulse having a predetermined voltage applied thereto, and thereby outputs ultrasonic waves having a predetermined frequency from the flat plate surface (output surface) of the piezoelectric element 20. The piezoelectric element 20 is arranged at an oblique angle so that the output direction of the ultrasonic waves is not parallel or perpendicular to the ultrasonic transmission surface 22 of the transmission probe 2 and is output from the piezoelectric element 20. The ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic transmission surface 22 to the outside along an oblique direction different from the direction perpendicular to the ultrasonic transmission surface 22. That is, when the transmission probe 2 is disposed on the surface of the measurement sample W by bringing the ultrasonic transmission surface 22 into contact with the surface of the measurement sample W, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmission surface 22 is measured. Incident from an oblique direction that is neither parallel nor perpendicular to the surface of the sample W.

さらに、圧電素子20は、横波の超音波を出力するものである。圧電素子20から出力される超音波に含まれる振動成分は、少なくとも、圧電素子20の出力面と超音波送出面22に対して平行に振動しつつ超音波送出面22に入射する成分(振動成分A)と、振動成分Aの振動方向に対して垂直方向に振動しつつ超音波送出面22に入射する成分(振動成分B)である。   Further, the piezoelectric element 20 outputs transverse ultrasonic waves. The vibration component included in the ultrasonic wave output from the piezoelectric element 20 is at least a component (vibration component) incident on the ultrasonic wave sending surface 22 while vibrating in parallel with the output surface of the piezoelectric element 20 and the ultrasonic wave sending surface 22. A) and a component (vibration component B) that is incident on the ultrasonic transmission surface 22 while vibrating in a direction perpendicular to the vibration direction of the vibration component A.

図1及び図2を参照して説明を補足する。図1及び図2は、圧電素子20の出力面が紙面に対して垂直となるように送信探触子2を側方から見た図であり、振動成分Aは、図1及び図2の紙面に対して垂直な成分であり、振動成分Bは、図1及び図2の紙面と圧電素子20の出力面に対して平行な成分である。
圧電素子20は、このような振動成分Aと振動成分Bを含む超音波を出力し、出力された超音波は、超音波送出面22に対する圧電素子20の出力面の角度に対応した角度で斜めに超音波送出面22を通過して送信探触子2の外部に送出される。
The description will be supplemented with reference to FIGS. 1 and 2 are views of the transmission probe 2 seen from the side so that the output surface of the piezoelectric element 20 is perpendicular to the paper surface, and the vibration component A is the paper surface of FIGS. 1 and 2. The vibration component B is a component parallel to the paper surface of FIGS. 1 and 2 and the output surface of the piezoelectric element 20.
The piezoelectric element 20 outputs an ultrasonic wave including such vibration component A and vibration component B, and the output ultrasonic wave is oblique at an angle corresponding to the angle of the output surface of the piezoelectric element 20 with respect to the ultrasonic transmission surface 22. Then, it passes through the ultrasonic transmission surface 22 and is transmitted to the outside of the transmission probe 2.

このように、圧電素子20は、振動成分A及び振動成分Bといった振動形態の超音波を出力するが、圧電素子20は、図1及び図2において送信探触子2の圧電素子20に示す2つのベクトルの方向成分に沿って振動することによって、圧電素子20の出力面と超音波送出面22に対して平行に振動する振動成分Aとして横波の水平成分であるSH波を出力し、振動成分Aの振動方向に対して垂直方向に振動する振動成分Bとして横波の垂直成分であるSV波を出力する。このように、送信探触子2の圧電素子20は、複数種類の超音波としてSH波及びSV波を送出する。   As described above, the piezoelectric element 20 outputs ultrasonic waves in a vibration form such as the vibration component A and the vibration component B. The piezoelectric element 20 is shown in the piezoelectric element 20 of the transmission probe 2 in FIGS. By oscillating along the direction component of one vector, an SH wave which is a horizontal component of a transverse wave is output as a vibration component A that vibrates in parallel with the output surface of the piezoelectric element 20 and the ultrasonic wave transmission surface 22, and the vibration component An SV wave that is a vertical component of a transverse wave is output as a vibration component B that vibrates in a direction perpendicular to the vibration direction of A. As described above, the piezoelectric element 20 of the transmission probe 2 transmits SH waves and SV waves as a plurality of types of ultrasonic waves.

以上のとおり、送信探触子2の圧電素子20は、超音波としてSH波及びSV波を送出する単一の第1超音波振動子である。この圧電素子20を分離されていない単一の第1超音波振動子とする構成により、圧電素子20から測定試料Wへ送出される複数種類の超音波の伝搬経路を共通化することができ、超音波の種類毎に経路が異なって伝搬距離が変動してしまうという問題を防ぐことができる。   As described above, the piezoelectric element 20 of the transmission probe 2 is a single first ultrasonic transducer that transmits SH waves and SV waves as ultrasonic waves. With the configuration in which the piezoelectric element 20 is a single first ultrasonic transducer that is not separated, a plurality of types of propagation paths of ultrasonic waves sent from the piezoelectric element 20 to the measurement sample W can be shared, It is possible to prevent the problem that the propagation distance fluctuates due to a different path for each type of ultrasonic wave.

図1及び図2に示すように、上述の圧電素子20を有する送信探触子2は、超音波送出面22を測定試料Wの表面に当接させることで測定試料Wの表面上に配置されたときに、圧電素子20と超音波送出面22の間や、超音波送出面22と測定試料Wの表面の間を満たす接触媒質を供給する接触媒質供給部(図示せず)を備える。接触媒質とは、水、グリセリンペースト、油など、超音波を伝達する物質のことであり、圧電素子20から出力された超音波を測定試料Wの表面へ伝達する媒質である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the transmission probe 2 having the piezoelectric element 20 described above is disposed on the surface of the measurement sample W by bringing the ultrasonic transmission surface 22 into contact with the surface of the measurement sample W. A contact medium supply unit (not shown) that supplies a contact medium that fills between the piezoelectric element 20 and the ultrasonic wave sending surface 22 or between the ultrasonic wave sending surface 22 and the surface of the measurement sample W. The contact medium is a substance that transmits ultrasonic waves, such as water, glycerin paste, and oil, and is a medium that transmits ultrasonic waves output from the piezoelectric element 20 to the surface of the measurement sample W.

図2を参照して、送信探触子2の動作について説明する。送信探触子2が超音波送出面22を測定試料Wの表面に当接させて測定試料Wの表面上に配置されると、送信探触子2の圧電素子20は、超音波送出面22に対する角度と同じだけ測定試料Wの表面に対して傾くように配置される。
この圧電素子20に対して後述するパルス発生器4からパルス電圧が印加されると、圧電素子20は、印加されたパルス電圧に応じた周波数のSH波(振動成分A)及びSV波(振動成分B)を含む超音波を出力する。
The operation of the transmission probe 2 will be described with reference to FIG. When the transmission probe 2 is placed on the surface of the measurement sample W with the ultrasonic transmission surface 22 in contact with the surface of the measurement sample W, the piezoelectric element 20 of the transmission probe 2 is placed on the ultrasonic transmission surface 22. It is arranged so as to be inclined with respect to the surface of the measurement sample W by the same angle with respect to.
When a pulse voltage is applied to the piezoelectric element 20 from a pulse generator 4 to be described later, the piezoelectric element 20 causes an SH wave (vibration component A) and an SV wave (vibration component) having a frequency corresponding to the applied pulse voltage. The ultrasonic wave including B) is output.

圧電素子20の出力面から出力された超音波であるSH波及びSV波は、送信探触子2の超音波送出面22を経て測定試料Wの表面上の同一位置(第1の位置)へ、測定試料Wの表面に対して斜め方向に送出される。
測定試料Wの表面へ斜め方向に送出されたSH波及びSV波は、測定試料Wの表面上の同一位置(第1の位置)へ斜め方向に入射して、測定試料Wの表層に振動形態の異なる複数種類の超音波を励振する。測定試料Wの表面へ斜め方向に入射した超音波によって励振された超音波は、表面波(表面弾性波)として測定試料Wの表層を伝搬するので、以下の説明において伝搬超音波とよぶ。
The SH wave and the SV wave that are ultrasonic waves output from the output surface of the piezoelectric element 20 pass through the ultrasonic wave transmission surface 22 of the transmission probe 2 to the same position (first position) on the surface of the measurement sample W. , And sent in an oblique direction with respect to the surface of the measurement sample W.
The SH wave and the SV wave sent obliquely to the surface of the measurement sample W are incident obliquely on the same position (first position) on the surface of the measurement sample W, and are vibrated on the surface layer of the measurement sample W. Exciting multiple types of different ultrasonic waves. Since the ultrasonic wave excited by the ultrasonic wave incident obliquely on the surface of the measurement sample W propagates as a surface wave (surface acoustic wave) on the surface layer of the measurement sample W, it will be referred to as a propagation ultrasonic wave in the following description.

図2に示すように、測定試料Wの表面へ斜め方向に入射したSH波は、測定試料Wの表層を伝搬する伝搬超音波として、図中破線で示す表面SH波を励振する。また、測定試料Wの表面へ斜め方向に入射したSV波は、測定試料Wの表層を伝搬する伝搬超音波として、図中実線で示すレーリ波を励振する。
振動形態の異なる伝搬超音波において、レーリ波は、励振効率が高く、且つ測定試料Wの表層において低減衰で伝搬するという特徴があり、一方、表面SH波は、応力に対する感受性が高いという特長がある。このような理由から、本実施形態では、振動形態の異なる伝搬超音波としてレーリ波及び表面SH波を例示する。レーリ波及び表面SH波以外にも、目的に応じて様々な振動形態の超音波を用いることができる。
As shown in FIG. 2, the SH wave incident on the surface of the measurement sample W in an oblique direction excites a surface SH wave indicated by a broken line in the figure as a propagating ultrasonic wave propagating through the surface layer of the measurement sample W. Further, the SV wave incident on the surface of the measurement sample W in an oblique direction excites a Rayleigh wave indicated by a solid line in the figure as a propagation ultrasonic wave propagating through the surface layer of the measurement sample W.
In propagating ultrasonic waves with different vibration forms, Rayleigh waves are characterized by high excitation efficiency and propagating with low attenuation on the surface layer of the measurement sample W, while surface SH waves are characterized by high sensitivity to stress. is there. For this reason, in this embodiment, Rayleigh waves and surface SH waves are exemplified as propagation ultrasonic waves having different vibration forms. In addition to the Rayleigh wave and the surface SH wave, various vibration forms of ultrasonic waves can be used depending on the purpose.

尚、ここまでの説明で用いた、横波、縦波、SH波、SV波、表面SH波及びレーリ波など超音波の振動形態の定義は、超音波を含む振動を扱う技術分野の当業者によって認識されている定義と同じである。
以上をまとめると、送信探触子2は、被検査試料である測定試料Wの表面上に配置され、圧電素子20から該表面に対して水平でも垂直でもない斜め方向に振動形態の異なる複数種類の超音波(SH波及びSV波)を測定試料Wの表層へ送出することで、測定試料Wの表層に振動形態の異なる複数種類の伝搬超音波(表面SH波及びレーリ波)を励振する。
In addition, the definition of the ultrasonic vibration form such as the transverse wave, the longitudinal wave, the SH wave, the SV wave, the surface SH wave, and the Rayleigh wave used in the description so far is defined by a person skilled in the art in the technical field dealing with vibration including ultrasonic waves. Same definition as recognized.
To summarize the above, the transmission probe 2 is arranged on the surface of the measurement sample W that is the sample to be inspected, and the plurality of types having different vibration forms from the piezoelectric element 20 in an oblique direction that is neither horizontal nor vertical to the surface. Are transmitted to the surface layer of the measurement sample W, so that a plurality of types of propagation ultrasonic waves (surface SH waves and Rayleigh waves) having different vibration forms are excited on the surface layer of the measurement sample W.

このように、送信探触子2は、偏波を有する単一のせん断波であるSH波及びSV波を含む超音波を測定試料Wの表面の斜入射させることにより、レーリ波と表面SH波を同時に励振させることができるので、送信探触子2を簡易かつ安価な構成で実現することができる。
送信探触子2から送出されたSH波及びSV波によって測定試料Wの表面上の同一位置(第1の位置)で励振された伝搬超音波である表面SH波及びレーリ波は、ほぼ同一方向に向かって測定試料Wの表層を伝搬する。
In this manner, the transmission probe 2 causes the Ray wave and the surface SH wave to be incident obliquely on the surface of the measurement sample W with the ultrasonic wave including the SH wave and the SV wave that are single shear waves having polarization. The transmission probe 2 can be realized with a simple and inexpensive configuration.
Surface SH waves and Rayleigh waves, which are propagating ultrasonic waves excited at the same position (first position) on the surface of the measurement sample W by the SH waves and SV waves sent from the transmission probe 2, are almost in the same direction. Propagates the surface layer of the measurement sample W toward the surface.

図2を参照して、受信探触子(受信部)3は、例えば平板状の圧電素子30を超音波伝搬媒体31に装備された超音波プローブである。圧電素子30は、受信探触子3の31に形成された開口面である入射面(超音波入射面)32から超音波伝搬媒体31の内部に入射した伝搬超音波を受信することで所定の電圧を発生する。この平板状の圧電素子30は、送信探触子2の圧電素子20とほぼ同様の構成を有する部材であり、伝搬超音波を受信する平板面を受信探触子3の超音波入射面32に対して平行でも垂直でもなく斜めに向けて斜角で配置されている。   With reference to FIG. 2, the reception probe (reception unit) 3 is an ultrasonic probe in which, for example, a plate-like piezoelectric element 30 is mounted on an ultrasonic propagation medium 31. The piezoelectric element 30 receives a propagating ultrasonic wave incident on the inside of the ultrasonic wave propagation medium 31 from an incident surface (ultrasonic wave incident surface) 32 which is an opening surface formed in the reception probe 3 31, thereby receiving a predetermined ultrasonic wave. Generate voltage. The flat piezoelectric element 30 is a member having substantially the same configuration as the piezoelectric element 20 of the transmission probe 2, and the flat plate surface that receives the propagation ultrasonic waves is used as the ultrasonic incident surface 32 of the reception probe 3. In contrast, they are not parallel or vertical, but are inclined at an oblique angle.

圧電素子30は、測定試料Wの表層を伝搬する複数種類の伝搬超音波を受信して所定の電圧を発生させることで、当該伝搬超音波を検出するものであり、例えば、表面SH波を受信する横波検出用の圧電素子30aと、レーリ波を受信する圧電素子30bとが積層されて分離していない単一の圧電素子30として構成されている。このような構成の圧電素子30は、表面SH波を検出する横波(送信における振動成分A)検出部とレーリ波によるSV波を検出する横波(送信における振動成分B)検出部を有する単一の圧電素子であるということもできる。   The piezoelectric element 30 detects a propagating ultrasonic wave by receiving a plurality of types of propagating ultrasonic waves propagating through the surface layer of the measurement sample W and generating a predetermined voltage. For example, the piezoelectric element 30 receives a surface SH wave. The piezoelectric element 30a for detecting the transverse wave and the piezoelectric element 30b for receiving the Rayleigh wave are stacked and configured as a single piezoelectric element 30 that is not separated. The piezoelectric element 30 having such a configuration includes a single unit having a transverse wave (vibration component A in transmission) detection unit that detects surface SH waves and a transverse wave (vibration component B in transmission) detection unit that detects SV waves caused by Rayleigh waves. It can also be said that it is a piezoelectric element.

この圧電素子30を有する受信探触子3は、送信探触子2から送出されたSH波及びSV波によって励振されて伝搬したレーリ波及び表面SH波を振動形態の異なる複数種類の伝搬超音波として受信し、受信によって発生した電圧をレーリ波及び表面SH波の検出信号として外部に出力する。具体的には、測定試料Wの表層を伝搬した伝搬超音波である表面SH波及びレーリ波は、受信探触子3の超音波入射面32から受信探触子3内へ伝搬して、超音波入射面32を向く圧電素子30の平板面に入射する。入射した表面SH波は横波検出用の圧電素子30aによって検出され、レーリ波は、SV波として同じく横波検出用の圧電素子30bによって検出される。   The receiving probe 3 having the piezoelectric element 30 is a plurality of types of propagating ultrasonic waves having different vibration forms from the Rayleigh wave and the surface SH wave which are excited and propagated by the SH wave and SV wave transmitted from the transmitting probe 2. And the voltage generated by the reception is output to the outside as detection signals of Rayleigh waves and surface SH waves. Specifically, surface SH waves and Rayleigh waves, which are propagation ultrasonic waves that have propagated through the surface layer of the measurement sample W, propagate into the reception probe 3 from the ultrasonic incident surface 32 of the reception probe 3 and The light enters the flat plate surface of the piezoelectric element 30 facing the sound wave incident surface 32. The incident surface SH wave is detected by the transverse wave detecting piezoelectric element 30a, and the Rayleigh wave is similarly detected as the SV wave by the transverse wave detecting piezoelectric element 30b.

以上のとおり、受信探触子3の圧電素子30は、複数種類の伝搬超音波としてレーリ波及び表面SH波を受信する単一の第1超音波振動子である。
つまり、受信探触子3の超音波入射面32を、伝搬超音波である表面SH波及びレーリ波の伝搬経路上において上述の第1の位置とは異なる第2の位置に当接させると、測定試料Wの表層を伝搬した伝搬超音波は、当該第2の位置において、超音波入射面32へ向かって測定試料Wの表面に対して平行でも垂直でもない斜め方向に入射する。これによって、受信探触子3は、表面SH波及びレーリ波などの複数種類の伝搬超音波を、測定試料Wの表面上の第2の位置から受信する。
As described above, the piezoelectric element 30 of the reception probe 3 is a single first ultrasonic transducer that receives Rayleigh waves and surface SH waves as a plurality of types of propagating ultrasonic waves.
That is, when the ultrasonic incident surface 32 of the reception probe 3 is brought into contact with a second position different from the first position described above on the propagation path of the surface SH wave and the Rayleigh wave that are propagation ultrasonic waves, The propagating ultrasonic wave propagated through the surface layer of the measurement sample W is incident on the ultrasonic incident surface 32 in an oblique direction that is neither parallel nor perpendicular to the surface of the measurement sample W at the second position. Thereby, the reception probe 3 receives a plurality of types of propagating ultrasonic waves such as surface SH waves and Rayleigh waves from the second position on the surface of the measurement sample W.

このとき、図2に示すように、受信探触子3を、超音波入射面32を向く圧電素子30の平板面が伝搬超音波の伝搬方向上流側に向くように第2の位置に配置すると、受信探触子3の圧電素子30は、受信探触子3内に伝搬した伝搬超音波を効率よく受信することができる。
尚、上述の圧電素子30を有する受信探触子3は、送信探触子2と同様に、超音波入射面32を測定試料Wの表面に当接させることで測定試料Wの表面上に配置されたときに、圧電素子30と超音波入射面32の間、及び超音波入射面32と測定試料Wの表面の間を満たす接触媒質を供給する接触媒質供給部(図示せず)を備える。
At this time, as shown in FIG. 2, when the receiving probe 3 is arranged at the second position so that the flat surface of the piezoelectric element 30 facing the ultrasonic incident surface 32 faces the upstream side in the propagation direction of the propagation ultrasonic waves. The piezoelectric element 30 of the reception probe 3 can efficiently receive the propagation ultrasonic wave propagated in the reception probe 3.
The reception probe 3 having the above-described piezoelectric element 30 is arranged on the surface of the measurement sample W by bringing the ultrasonic incident surface 32 into contact with the surface of the measurement sample W, similarly to the transmission probe 2. Then, a contact medium supply unit (not shown) that supplies a contact medium that fills between the piezoelectric element 30 and the ultrasonic incident surface 32 and between the ultrasonic incident surface 32 and the surface of the measurement sample W is provided.

図2を参照しながら、測定試料Wの表面上における送信探触子2と受信探触子3の配置について説明する。
伝搬超音波を励振させる第1の位置と伝搬超音波を受信する第2の位置によって残留応力を測定する領域が挟まれるように、第1の位置上に送信探触子2の超音波送出面22を当接させると共に、第2の位置上に受信探触子3の超音波入射面32を当接させて送信探触子2と受信探触子3を配置する。このとき、送信探触子2は、伝搬超音波の伝搬方向が残留応力を測定する領域に向くように配置され、受信探触子3は、圧電素子30の平板面が伝搬超音波の伝搬方向上流側に向くように配置される。
An arrangement of the transmission probe 2 and the reception probe 3 on the surface of the measurement sample W will be described with reference to FIG.
The ultrasonic transmission surface of the transmission probe 2 on the first position so that the region for measuring the residual stress is sandwiched between the first position for exciting the propagation ultrasonic wave and the second position for receiving the propagation ultrasonic wave. The transmitting probe 2 and the receiving probe 3 are arranged by contacting the ultrasonic incident surface 32 of the receiving probe 3 on the second position. At this time, the transmission probe 2 is arranged so that the propagation direction of the propagation ultrasonic wave faces the region where the residual stress is measured, and the reception probe 3 has the flat surface of the piezoelectric element 30 in the propagation direction of the propagation ultrasonic wave. Arranged to face upstream.

このような配置によって、第1の位置と第2の位置は、残留応力を測定する領域の大きさに対応する距離Lだけ離れることとなり、伝搬超音波である表面SH波及びレーリ波は、共に距離Lだけ測定試料Wの表層を伝搬する。
つまり、上述のように配置された送信探触子2と受信探触子3を用いることで、振動形態の異なる複数の超音波を、共に同じ距離Lだけ伝搬させることができる。第1の位置と第2の位置の距離Lに限らず、送信探触子2の圧電素子から、第1の位置と第2の位置を経て受信探触子3の圧電素子までの超音波の伝搬距離は、超音波の振動形態によらず同じ距離となる。
With such an arrangement, the first position and the second position are separated by a distance L corresponding to the size of the region where the residual stress is measured, and both the surface SH wave and the Rayleigh wave, which are propagating ultrasonic waves, are both It propagates through the surface layer of the measurement sample W by the distance L.
That is, by using the transmission probe 2 and the reception probe 3 arranged as described above, a plurality of ultrasonic waves having different vibration forms can be propagated by the same distance L. Not only the distance L between the first position and the second position, but also the ultrasonic wave from the piezoelectric element of the transmission probe 2 to the piezoelectric element of the reception probe 3 through the first position and the second position. The propagation distance is the same regardless of the ultrasonic vibration mode.

続いて、図1を参照して、上述の送信探触子2及び受信探触子3を駆動して測定試料Wの表層の残留応力を評価するための他の構成について説明する。
パルス発生器4は、送信探触子2に接続されており、送信探触子2の圧電素子20へ所定電圧の電圧信号(パルス信号)を印加することで当該圧電素子20に超音波を発生させると共に、当該電圧信号と同時に、超音波の発生時期を知らせるトリガ信号を、後述する波形採取装置7へ出力する。
Next, another configuration for evaluating the residual stress on the surface layer of the measurement sample W by driving the transmission probe 2 and the reception probe 3 described above will be described with reference to FIG.
The pulse generator 4 is connected to the transmission probe 2 and generates an ultrasonic wave on the piezoelectric element 20 by applying a voltage signal (pulse signal) of a predetermined voltage to the piezoelectric element 20 of the transmission probe 2. At the same time, a trigger signal for notifying the generation timing of the ultrasonic wave is output to the waveform sampling device 7 described later simultaneously with the voltage signal.

増幅器5,6は、受信探触子3に接続されたアンプであり、受信探触子3の圧電素子30が出力した検出信号の強度を増幅し後述する波形採取装置7へ出力するものである。増幅器5は、圧電素子30bが出力したレーリ波の検出信号を増幅して波形採取装置7へ出力し、増幅器6は、圧電素子30aが出力した表面SH波の検出信号を増幅して波形採取装置7へ出力する。   The amplifiers 5 and 6 are amplifiers connected to the reception probe 3, and amplify the intensity of the detection signal output from the piezoelectric element 30 of the reception probe 3 and output the amplified signal to the waveform sampling device 7 described later. . The amplifier 5 amplifies the Rayleigh wave detection signal output from the piezoelectric element 30b and outputs the amplified signal to the waveform sampling device 7. The amplifier 6 amplifies the surface SH wave detection signal output from the piezoelectric element 30a and outputs the waveform sampling device. 7 is output.

波形採取装置7は、パルス発生器4から出力されたトリガ信号を受信すると共に、増幅器5,6から出力されたレーリ波及びSH波の検出信号を受信して当該検出信号の波形を採取する。このとき、トリガ信号の受信は、送信探触子2の圧電素子20が超音波を出力したタイミングであるとみなすことができ、レーリ波及びSH波の検出信号の受信は、受信探触子3の圧電素子30がレーリ波及びSH波を受信した(レーリ波及びSH波が受信探触子3に到達した)タイミングであるとみなすことができる。   The waveform sampling device 7 receives the trigger signal output from the pulse generator 4 and receives the detection signals of the Rayleigh wave and the SH wave output from the amplifiers 5 and 6 and acquires the waveform of the detection signal. At this time, the reception of the trigger signal can be regarded as the timing at which the piezoelectric element 20 of the transmission probe 2 outputs the ultrasonic wave, and the reception of the detection signal of the Rayleigh wave and the SH wave is the reception probe 3. It can be considered that this is the timing at which the piezoelectric element 30 receives the Rayleigh wave and the SH wave (the Rayleigh wave and the SH wave reach the reception probe 3).

そこで、波形採取装置7は、トリガ信号の受信からレーリ波の検出信号の受信までの時間を計測してレーリ波の伝搬時間Tを算出すると共に、トリガ信号の受信から表面SH波の検出信号の受信までの時間を計測して表面SH波の伝搬時間Tを算出する。波形採取装置7は、これら算出したレーリ波の伝搬時間Tと表面SH波の伝搬時間Tを後述する評価装置8へ出力する。 Therefore, waveform acquisition apparatus 7 calculates the propagation time T R for by measuring the time between the receipt of the trigger signal and receiving a Rayleigh wave detection signal Rayleigh wave, the detection signal of the surface SH waves from the reception of the trigger signal measuring the time until the reception for calculating the propagation time T S of the surface SH wave. Waveform acquisition apparatus 7 outputs the propagation time of these calculated Rayleigh wave T R and the surface SH wave propagation time T S to the evaluation device 8 which will be described later.

評価装置8は、波形採取装置7から出力されたレーリ波の伝搬時間Tと表面SH波の伝搬時間Tを取得して、取得した伝搬時間Tと伝搬時間Tに基づいて、伝搬超音波であるレーリ波及び表面SH波が伝搬した測定試料Wの表層に存在する残留応力を評価する。
まず、測定試料Wの表層に存在する残留応力を評価するための基本的な考え方を説明し、その後に、評価装置8が行う残留応力の評価の方法を説明する。
The evaluation device 8 acquires the propagation time T R of the Rayleigh wave and the propagation time T S of the surface SH wave output from the waveform sampling device 7, and propagates based on the acquired propagation time T R and the propagation time T S. The residual stress existing in the surface layer of the measurement sample W through which the Rayleigh wave and the surface SH wave that are ultrasonic waves propagated is evaluated.
First, a basic concept for evaluating the residual stress existing on the surface layer of the measurement sample W will be described, and then a method for evaluating the residual stress performed by the evaluation device 8 will be described.

レーリ波の伝搬時間Tは、レーリ波の伝搬距離である距離L、残留応力が存在しない測定試料Wにおけるレーリ波の音速V、測定試料Wにおけるレーリ波に対する音弾性係数C、レーリ波の伝搬経路に存在する応力(残留応力)σを用いて表現することができる。下の式(1)は、レーリ波の伝搬時間Tを、伝搬距離L、音速V、音弾性係数C、及び残留応力σを用いて表現する関係式の一例である。 Propagation time T R of Rayleigh wave, the distance the propagation distance Rayleigh wave L, the acoustic velocity V R of Rayleigh wave in the measurement specimen W in which the residual stress is not present, the sound modulus C R for Rayleigh wave in the measurement specimen W, Rayleigh waves It can be expressed using the stress (residual stress) σ existing in the propagation path. Under formula (1) is the propagation time T R of Rayleigh wave, which is an example of a relational expression expressed by using propagation distance L, the acoustic velocity V R, the sound modulus C R, and the residual stress sigma.

式(1)において、レーリ波の伝搬時間Tは、波形採取装置7から取得することができ、レーリ波の伝搬距離Lは、送信探触子2が配置された第1の位置から受信探触子3が配置された第2の位置までの距離として取得することができる。 In the formula (1), the propagation time T R of Rayleigh wave can be obtained from the waveform acquisition apparatus 7, the propagation distance L Rayleigh wave probe received from a first position in which transmitting probe 2 is arranged It can be acquired as a distance to the second position where the touch 3 is arranged.

ここで、上述の波形採取装置7によって伝搬時間Tを算出したときのレーリ波の伝搬経路は、送信探触子2の圧電素子20から第1の位置及び第2の位置を経由して受信探触子3の圧電素子30までであり、第1の位置から第2の位置までの距離Lと完全には一致しない。つまり、レーリ波の伝搬距離は、距離Lの前後に、送信探触子2の圧電素子20から測定試料Wの表面までの距離と測定試料Wの表面から受信探触子3の圧電素子30までの距離、言い換えれば送信探触子2内の伝搬距離と受信探触子3内の伝搬距離を加えたものである。従って、距離Lの前後に存在する、送信探触子2内及び受信探触子3内の伝搬距離を加味して伝搬時間Tを補正すれば、より正確な伝搬時間Tを算出することができる。 Here, the propagation path of the Rayleigh wave in the case of calculating the propagation time T R by waveform acquisition apparatus 7 described above, received from the piezoelectric element 20 of the transmission probe 2 via the first and second positions Up to the piezoelectric element 30 of the probe 3, it does not completely coincide with the distance L from the first position to the second position. That is, the propagation distance of the Rayleigh wave is about the distance from the piezoelectric element 20 of the transmission probe 2 to the surface of the measurement sample W and the surface of the measurement sample W to the piezoelectric element 30 of the reception probe 3 before and after the distance L. In other words, the propagation distance in the transmission probe 2 and the propagation distance in the reception probe 3 are added. Therefore, existing before and after the distance L, by correcting the propagation time T R in consideration of the propagation distance of the transmission probe in probe 2 and the receiving probe 3, to calculate a more accurate propagation time T R it Can do.

残留応力が存在しない測定試料Wにおけるレーリ波の音速Vは、残留応力が存在しない測定試料Wを用意して予め測定することができる値である。測定試料Wにおけるレーリ波に対する音弾性係数Cは、測定試料Wの物性値であるので、予め取得することができる値である。
このように、伝搬時間T、伝搬距離L、音速V、及び音弾性係数Cを取得することができるので、式(1)などを用いれば、レーリ波の伝搬経路に存在する残留応力σを求める(評価する)ことができる。
Acoustic velocity V R of Rayleigh wave in the measurement specimen W in which the residual stress is not present, a value which can be measured in advance to prepare a measurement sample W residual stress is not present. Sound modulus C R for Rayleigh wave in the measurement sample W are the physical properties of the measurement sample W, is a value that can be acquired in advance.
Thus, the propagation time T R, the propagation distance L, it is possible to obtain the acoustic velocity V R, and the sound modulus C R, the like is used equation (1), the residual stress existing in the propagation path of Rayleigh waves σ can be obtained (evaluated).

表面SH波の伝搬時間Tも、レーリ波の伝搬時間Tと同様に、表面SH波の伝搬距離である距離L、残留応力が存在しない測定試料Wにおける表面SH波の音速V、測定試料Wにおける表面SH波に対する音弾性係数C、表面SH波の伝搬経路に存在する応力(残留応力)σを用いて、下の式(2)に例示する関係式のように表現することができる。 Similarly to the propagation time T R of the Rayleigh wave, the propagation time T S of the surface SH wave is the distance L which is the propagation distance of the surface SH wave, the sound velocity V S of the surface SH wave in the measurement sample W where no residual stress exists, and the measurement. Using the acoustoelastic coefficient C S for the surface SH wave in the sample W and the stress (residual stress) σ existing in the propagation path of the surface SH wave, it can be expressed as a relational expression exemplified in the following equation (2). it can.

この式(2)においても、伝搬時間T、伝搬距離L、音速V、及び音弾性係数Cを取得することができるので、表面SH波の伝搬経路に存在する残留応力σを求める(評価する)ことができる。 Also in this equation (2), the propagation time T S , the propagation distance L, the sound velocity V S , and the acoustoelastic coefficient C S can be acquired, so the residual stress σ existing in the propagation path of the surface SH wave is obtained ( Can be evaluated).

上述の式(1)又は式(2)を用いれば、レーリ波及び表面SH波の何れかを用いて測定試料Wの表層に存在する残留応力を評価することが可能である。しかし、送信探触子2及び受信探触子3を配置したときに、第1の位置から第2の位置までの距離Lを正確に取得することは困難であるため、距離Lは常に測定誤差を含む可能性がある。この距離Lは、測定試料Wの表面に対する傾きやリフト量など、送信探触子2及び受信探触子3の測定試料Wに対する接触状態にも影響を受けるが、この不安定な接触状態を常に一定に保つことは難しいので、距離Lの誤差を排除することは非常に困難である。   If the above formula (1) or formula (2) is used, it is possible to evaluate the residual stress existing in the surface layer of the measurement sample W using either the Rayleigh wave or the surface SH wave. However, since it is difficult to accurately obtain the distance L from the first position to the second position when the transmission probe 2 and the reception probe 3 are arranged, the distance L is always a measurement error. May be included. This distance L is also affected by the contact state of the transmission probe 2 and the reception probe 3 with the measurement sample W, such as the tilt and lift amount with respect to the surface of the measurement sample W, but this unstable contact state is always maintained. Since it is difficult to keep constant, it is very difficult to eliminate the error of the distance L.

従って、レーリ波及び表面SH波の何れか、つまり、一つの振動形態の超音波のみを用いて正確に残留応力を評価することは非常に困難であり、残留応力の評価において、誤差を含む可能性があり正確に取得することが困難な距離Lを排除することが望まれる。
上述の送信探触子2と受信探触子3を備える残留応力評価装置1では、振動形態の異なる複数種類の超音波であるレーリ波及び表面SH波の伝搬経路が共通(同一)であるので、第1の位置から第2の位置までの距離Lが同じ値をとる。
Therefore, it is very difficult to accurately evaluate the residual stress using only one of the Rayleigh wave and the surface SH wave, that is, only one vibration form of ultrasonic wave, and the residual stress may include an error in the evaluation. It is desirable to eliminate the distance L that is difficult to obtain accurately.
In the residual stress evaluation apparatus 1 including the transmission probe 2 and the reception probe 3 described above, propagation paths of Rayleigh waves and surface SH waves, which are a plurality of types of ultrasonic waves having different vibration forms, are common (same). The distance L from the first position to the second position has the same value.

そこで、評価装置8は、以下の式(3)に例示するような、式(1)及び式(2)に例示される関係式を用いて距離Lを排除した関係式を用いる。   Therefore, the evaluation device 8 uses a relational expression that excludes the distance L by using the relational expressions exemplified in the expressions (1) and (2) as exemplified in the following expression (3).

式(3)に例示する関係式は、残留応力σを、レーリ波の伝搬時間T、レーリ波の音速V、レーリ波による音弾性係数C、表面SH波の伝搬時間T、表面SH波の音速V、及び表面SH波による音弾性係数Cに基づいて表現する関係式の一例である。式(3)に例示するような関係式を用いれば、誤差及び超音波探触子の接触状態の影響を含みやすい距離Lを排除することができるので、距離Lに依存することなく、送信探触子2と受信探触子3の測定試料Wへの接触状態に起因する測定精度の劣化を抑制することができる。従って、本実施形態の残留応力評価装置1によれば、レーリ波及び表面SH波の両方を用いて、測定試料Wの表層に存在する残留応力を高精度かつ高安定的に評価(測定)することができる。 The relational expression exemplified in the equation (3) includes the residual stress σ, the Rayleigh wave propagation time T R , the Rayleigh wave velocity V R , the Rayleigh wave acoustoelastic coefficient C R , the surface SH wave propagation time T S , the surface It is an example of the relational expression expressed based on the acoustic velocity V S of the SH wave and the acoustoelastic coefficient C S of the surface SH wave. If the relational expression as exemplified in Expression (3) is used, the distance L that easily includes the error and the influence of the contact state of the ultrasonic probe can be excluded. It is possible to suppress deterioration in measurement accuracy due to the contact state of the probe 2 and the reception probe 3 with the measurement sample W. Therefore, according to the residual stress evaluation apparatus 1 of the present embodiment, the residual stress existing on the surface layer of the measurement sample W is evaluated (measured) with high accuracy and stability using both the Rayleigh wave and the surface SH wave. be able to.

上述の構成を有する残留応力評価装置1の動作について説明する。
送信探触子2と受信探触子3を、残留応力を測定する領域が挟まれるように、第1の位置上に送信探触子2の超音波送出面22を当接させると共に、第2の位置上に受信探触子3の超音波入射面32を当接させて、測定試料Wの表面上に配置する。
この配置の後、パルス発生器4が、送信探触子2の圧電素子20へパルス電圧を印加し、同時にトリガ信号を波形採取装置7へ出力する。
The operation of the residual stress evaluation apparatus 1 having the above configuration will be described.
The transmission probe 2 and the reception probe 3 are brought into contact with the ultrasonic transmission surface 22 of the transmission probe 2 on the first position so that the region where the residual stress is measured is sandwiched, and the second The ultrasonic incident surface 32 of the receiving probe 3 is brought into contact with the position of the measurement probe W and placed on the surface of the measurement sample W.
After this arrangement, the pulse generator 4 applies a pulse voltage to the piezoelectric element 20 of the transmission probe 2 and simultaneously outputs a trigger signal to the waveform sampling device 7.

パルス電流が印加された送信探触子2の圧電素子20は、振動形態の異なる複数種類の超音波としてSH波とSV波を出力し、測定試料Wの表面の第1の位置へ送出する。
送出されたSH波とSV波は、測定試料Wの表面の第1の位置に入射して、測定試料Wの表層に、振動形態の異なる複数種類の伝搬超音波であるレーリ波と表面SH波を励振する。ここまでが送出ステップであり、受信ステップへ続く。
The piezoelectric element 20 of the transmission probe 2 to which the pulse current is applied outputs SH waves and SV waves as a plurality of types of ultrasonic waves having different vibration forms, and sends them to a first position on the surface of the measurement sample W.
The transmitted SH wave and SV wave are incident on the first position on the surface of the measurement sample W, and on the surface layer of the measurement sample W, Rayleigh waves and surface SH waves, which are a plurality of types of propagating ultrasonic waves having different vibration forms. Excited. This is the sending step and continues to the receiving step.

励振されたレーリ波と表面SH波は測定試料Wの表層を伝搬し、受信探触子3の圧電素子30は、測定試料Wの表面の第2の位置からレーリ波と表面SH波を受信する。
受信探触子3の圧電素子30は、受信したレーリ波と表面SH波の検出信号を増幅器5,6へ出力する。ここまでが受信ステップであり、評価ステップへ続く。
増幅器5,6は、受信したレーリ波と表面SH波の検出信号を増幅して、波形採取装置7へ出力する。
The excited Rayleigh wave and the surface SH wave propagate through the surface layer of the measurement sample W, and the piezoelectric element 30 of the reception probe 3 receives the Rayleigh wave and the surface SH wave from the second position on the surface of the measurement sample W. .
The piezoelectric element 30 of the reception probe 3 outputs the received Rayleigh wave and surface SH wave detection signals to the amplifiers 5 and 6. This is the reception step and continues to the evaluation step.
The amplifiers 5 and 6 amplify the received Rayleigh wave and surface SH wave detection signals and output the amplified signals to the waveform sampling device 7.

波形採取装置7は、パルス発生器4から受信したトリガ信号と、増幅器5,6から受信したレーリ波と表面SH波の検出信号から、受信探触子3の圧電素子30で受信されたレーリ波と表面SH波の伝搬時間である伝搬時間Tと伝搬時間Tを算出し、評価装置8へ出力する。
評価装置8は、上述の式(3)に例示される関係式を用いて、伝搬超音波の伝搬距離Lに依存することなく、伝搬超音波が伝搬した測定試料Wの表層に存在する残留応力σを求める(評価する)。ここまでが評価ステップである。
The waveform sampling device 7 receives the Rayleigh wave received by the piezoelectric element 30 of the receiving probe 3 from the trigger signal received from the pulse generator 4 and the Rayleigh wave and surface SH wave detection signals received from the amplifiers 5 and 6. and the propagation time is the propagation time of the surface SH wave T R and the propagation time to calculate a T S, and outputs it to the evaluation device 8.
The evaluation apparatus 8 uses the relational expression exemplified in the above-described formula (3), and does not depend on the propagation distance L of the propagation ultrasonic wave, and the residual stress existing on the surface layer of the measurement sample W propagated by the propagation ultrasonic wave. Obtain (evaluate) σ. This is the evaluation step.

以上の構成を有する残留応力評価装置1によれば、伝搬超音波の波長程度の深さ域において残留応力の評価が可能であるので、伝搬超音波の周波数を段階的に変化させることで、0.1〜数mmの範囲で残留応力の深さ分布を評価することができる。
また、残留応力評価装置1は、SV波及びSH波によって、測定試料Wの表面の一部に圧縮及びせん断力を同時に印加することでレーリ波と表面SH波を励振させるので、送信探触子2及び受信探触子3の位置および接触状況の変化による伝搬時間T及び伝搬時間Tへの影響を抑制することができる。
[第2実施形態]
図3及び図4を参照しながら、本発明の第2実施形態について説明する。
According to the residual stress evaluation apparatus 1 having the above configuration, the residual stress can be evaluated in a depth region about the wavelength of the propagating ultrasonic wave. Therefore, by changing the frequency of the propagating ultrasonic wave stepwise, 0 can be obtained. The depth distribution of residual stress can be evaluated in the range of .1 to several mm.
Moreover, since the residual stress evaluation apparatus 1 excites the Rayleigh wave and the surface SH wave by simultaneously applying a compressive force and a shearing force to a part of the surface of the measurement sample W by the SV wave and the SH wave, the transmission probe. 2 and the influence on the propagation time T R and the propagation time T S due to the change in the position and contact state of the reception probe 3 can be suppressed.
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図3は、本実施形態による残留応力評価装置10の送信探触子2及び受信探触子9の概略構成を拡大して示す図である。図4は、残留応力評価装置10において、受信探触子9を送信探触子として採用したときの概略構成を拡大して示す図である。
本実施形態による残留応力評価装置10は、第1実施形態による残留応力評価装置1とほぼ同様の構成を有し、残留応力評価装置1の受信探触子3の代わりに受信探触子9を受信部として備えている。残留応力評価装置10において、受信探触子9以外の構成は、第1実施形態による残留応力評価装置1と同じである。
FIG. 3 is an enlarged view showing a schematic configuration of the transmission probe 2 and the reception probe 9 of the residual stress evaluation apparatus 10 according to the present embodiment. FIG. 4 is an enlarged view showing a schematic configuration when the reception probe 9 is adopted as a transmission probe in the residual stress evaluation apparatus 10.
The residual stress evaluation apparatus 10 according to the present embodiment has substantially the same configuration as that of the residual stress evaluation apparatus 1 according to the first embodiment, and a reception probe 9 is used instead of the reception probe 3 of the residual stress evaluation apparatus 1. It is provided as a receiver. In the residual stress evaluation apparatus 10, the configuration other than the reception probe 9 is the same as that of the residual stress evaluation apparatus 1 according to the first embodiment.

以下、図3を参照しながら、受信探触子9の構成について説明するが、その前に、受信探触子9の構成の前提について説明する。
上述の第1実施形態において、測定資料Wの表層を伝搬した表面SH波及びレーリ波は、測定試料Wの表面上の第2の位置から、測定試料Wの表面と超音波入射面32の接触面で屈折してSH波及びレーリ波として受信探触子3内へ伝搬する。しかしこのとき、SH波とレーリ波は、それぞれ屈折角度が異なっており、超音波入射面32から超音波振動子30までは互いに異なる経路で伝搬している。
Hereinafter, the configuration of the reception probe 9 will be described with reference to FIG. 3. Before that, the premise of the configuration of the reception probe 9 will be described.
In the first embodiment described above, the surface SH wave and Rayleigh wave propagated through the surface layer of the measurement material W are contacted between the surface of the measurement sample W and the ultrasonic incident surface 32 from the second position on the surface of the measurement sample W. The light is refracted on the surface and propagates into the receiving probe 3 as an SH wave and a Rayleigh wave. However, at this time, the SH wave and the Rayleigh wave have different refraction angles, and propagate from the ultrasonic incident surface 32 to the ultrasonic transducer 30 through different paths.

具体的に、SH波の伝搬方向、つまりSH波の第2の位置からの出射角度は、測定試料Wの表面と超音波入射面32の接触面に対する法線を基準としたときに、この法線に対して表面SH波の伝搬方向へ約20度傾いている。具体的に、SH波は、約20度の出射角度をもって横波のSH波として、第2の位置から受信探触子3内へ出射される。また、レーリ波の出射角度、つまりレーリ波の第2の位置からの出射角は、この法線に対してレーリ波の伝搬方向へ約50度傾いている。具体的に、レーリ波は、横波のSV波として出射される他、約50度の出射角度をもって縦波として出射される。   Specifically, the propagation direction of the SH wave, that is, the exit angle of the SH wave from the second position is determined by this method when the normal to the contact surface between the surface of the measurement sample W and the ultrasonic incident surface 32 is used as a reference. It is inclined about 20 degrees in the propagation direction of the surface SH wave with respect to the line. Specifically, the SH wave is emitted from the second position into the reception probe 3 as a transverse SH wave with an emission angle of about 20 degrees. The Rayleigh wave emission angle, that is, the emission angle of the Rayleigh wave from the second position is inclined about 50 degrees in the Rayleigh wave propagation direction with respect to this normal line. Specifically, the Rayleigh wave is emitted as a longitudinal wave with an emission angle of about 50 degrees in addition to being emitted as a transverse SV wave.

このようなSH波及びレーリ波の出射角の相違は、SH波及びレーリ波が伝搬する測定試料Wが鋼であるために生じるものであり、鋼中における音速と同程度の音速を得られる金属等で測定資料Wが構成されていれば、SH波及びレーリ波の出射角は、ほぼ上述の角度となる。
そこで、図3を参照して、受信部である受信探触子9は、第1実施形態で説明した受信探触子3とほぼ同様の構成を有しており、超音波伝搬媒体31に相当する超音波伝搬媒体91、及び超音波入射面32に相当する超音波入射面92を備え、圧電素子30の代わりに圧電素子部90を備える。
Such a difference in the emission angle of the SH wave and Rayleigh wave is caused by the fact that the measurement sample W through which the SH wave and Rayleigh wave propagate is made of steel, and a metal that can obtain a sound speed comparable to the sound speed in steel. If the measurement material W is constituted by, for example, the emission angles of the SH wave and the Rayleigh wave are substantially the above-described angles.
Therefore, with reference to FIG. 3, the reception probe 9 which is a reception unit has substantially the same configuration as the reception probe 3 described in the first embodiment, and corresponds to the ultrasonic propagation medium 31. The ultrasonic wave propagation medium 91 and the ultrasonic wave incident surface 92 corresponding to the ultrasonic wave incident surface 32 are provided, and the piezoelectric element unit 90 is provided instead of the piezoelectric element 30.

圧電素子部90は、圧電素子30を構成する圧電素子30aに相当する圧電素子90a(第2超音波振動子)と、同じく圧電素子30bに相当する圧電素子90b(第3超音波振動子)とで構成され、圧電素子90a及び圧電素子90bは、互いに積層されておらず独立した別体の部材である。圧電素子90aは、圧電素子30aと同様にSH波を受信する横波検出用であり、圧電素子90bは、圧電素子30bと同様にレーリ波を受信する。   The piezoelectric element section 90 includes a piezoelectric element 90a (second ultrasonic transducer) corresponding to the piezoelectric element 30a constituting the piezoelectric element 30, and a piezoelectric element 90b (third ultrasonic transducer) corresponding to the piezoelectric element 30b. The piezoelectric element 90a and the piezoelectric element 90b are independent members that are not stacked on each other. The piezoelectric element 90a is for detecting a transverse wave that receives an SH wave in the same manner as the piezoelectric element 30a, and the piezoelectric element 90b receives a Rayleigh wave in the same manner as the piezoelectric element 30b.

このような圧電素子部90を備える受信探触子9は、圧電素子90aを、第2の位置から出射したSH波をほぼ垂直に受信するように配置し、圧電素子90bを、第2の位置から出射したレーリ波を受信するように配置している。
これによって、圧電素子90aは、第2の位置からの出射角が上述の法線に対して約20度傾いているSH波を受信するために、その受信面を超音波伝搬媒体91に形成された開口面である入射面(超音波入射面)92に対して約20度傾けて配置される。また、圧電素子90bは、第2の位置からの出射角が上述の法線に対して約50度傾いているレーリ波を受信するために、その受信面を入射面92に対して約50度傾けて配置される。
In the receiving probe 9 including such a piezoelectric element portion 90, the piezoelectric element 90a is disposed so as to receive the SH wave emitted from the second position substantially vertically, and the piezoelectric element 90b is disposed at the second position. It arrange | positions so that the Rayleigh wave radiate | emitted from may be received.
As a result, the piezoelectric element 90a is formed with the receiving surface on the ultrasonic propagation medium 91 in order to receive the SH wave whose output angle from the second position is inclined by about 20 degrees with respect to the normal line. The incident surface (ultrasonic incident surface) 92 that is an opening surface is inclined at about 20 degrees. In addition, the piezoelectric element 90b receives a Rayleigh wave whose output angle from the second position is inclined by about 50 degrees with respect to the normal line, so that the reception surface is about 50 degrees with respect to the incident surface 92. It is placed at an angle.

さらに、圧電素子90aは、第1実施形態で説明した増幅器6に接続され、圧電素子90bは、第1実施形態で説明した増幅器5に接続される。
受信探触子9の構成をまとめると次のとおりである。
受信探触子9は、測定試料Wの表層を伝搬したレーリ波の第2の位置からの出射角に応じた位置に設けられて当該レーリ波を受信する圧電素子90b(第2超音波振動子)と、圧電素子90bとは異なる超音波振動子であって、測定試料Wの表層を伝搬した表面SH波の第2の位置からの出射角に応じた位置に設けられて当該SH波を受信する圧電素子90a(第3超音波振動子)と、を有する。
Furthermore, the piezoelectric element 90a is connected to the amplifier 6 described in the first embodiment, and the piezoelectric element 90b is connected to the amplifier 5 described in the first embodiment.
The configuration of the reception probe 9 is summarized as follows.
The receiving probe 9 is provided at a position corresponding to the emission angle from the second position of the Rayleigh wave propagated through the surface layer of the measurement sample W, and receives the Rayleigh wave. The piezoelectric element 90b (second ultrasonic transducer) ) And an ultrasonic transducer different from the piezoelectric element 90b, and is provided at a position corresponding to the emission angle from the second position of the surface SH wave propagated through the surface layer of the measurement sample W and receives the SH wave. Piezoelectric element 90a (third ultrasonic transducer).

その上で、第2超音波振動子である圧電素子90bが、レーリ波を縦波として受信し、第3超音波振動子である圧電素子90aが、SH波を横波として受信する。
上述の受信探触子9を備える残留応力評価装置10の動作について説明する。
残留応力評価装置10の動作は、第1実施形態による残留応力評価装置1の動作とほぼ同様であり、受信ステップだけが異なる。従って、本実施形態による残留応力評価装置10の動作について、受信ステップについて説明する。
Then, the piezoelectric element 90b that is the second ultrasonic transducer receives the Rayleigh wave as a longitudinal wave, and the piezoelectric element 90a that is the third ultrasonic transducer receives an SH wave as a transverse wave.
The operation of the residual stress evaluation apparatus 10 provided with the reception probe 9 will be described.
The operation of the residual stress evaluation apparatus 10 is substantially the same as the operation of the residual stress evaluation apparatus 1 according to the first embodiment, and only the reception step is different. Therefore, a reception step will be described for the operation of the residual stress evaluation apparatus 10 according to the present embodiment.

送出ステップに続く受信ステップでは、励振されたレーリ波と表面SH波は測定試料Wの表層を伝搬超音波として伝搬し、受信探触子3の圧電素子90は、伝搬したレーリ波及び表面SH波の第2の位置からの出射角に応じて設けられた圧電素子90b及び圧電素子90aによって、当該レーリ波及び表面SH波をそれぞれ異なる位置で受信する。このとき、圧電素子90bがレーリ波を縦波として検出するとともに、圧電素子90aが表面SH波を横波として検出する。   In the reception step subsequent to the transmission step, the excited Rayleigh wave and the surface SH wave propagate as propagation ultrasonic waves on the surface layer of the measurement sample W, and the piezoelectric element 90 of the reception probe 3 transmits the propagated Rayleigh wave and surface SH wave. The Rayleigh wave and the surface SH wave are received at different positions by the piezoelectric element 90b and the piezoelectric element 90a provided according to the emission angle from the second position. At this time, the piezoelectric element 90b detects the Rayleigh wave as a longitudinal wave, and the piezoelectric element 90a detects the surface SH wave as a transverse wave.

受信探触子9の圧電素子90aは、受信した表面SH波の検出信号を増幅器6へ出力し、受信したレーリ波の検出信号を増幅器5へ出力する。ここまでが受信ステップであり、評価ステップへ続く。
本実施形態による残留応力評価装置10によれば、出射角度の分離角が約30度と大きく異なるSH波及びレーリ波を、それぞれの受信に適した位置に設けられた圧電素子90a及び圧電素子90bで受信することができる。従って、測定試料Wを伝搬した表面SH波おレーリ波を互いに干渉させることなく受信することができるので、それぞれの超音波を高いS/N比で受信することができる。
The piezoelectric element 90 a of the reception probe 9 outputs the received surface SH wave detection signal to the amplifier 6, and outputs the received Rayleigh wave detection signal to the amplifier 5. This is the reception step and continues to the evaluation step.
According to the residual stress evaluation apparatus 10 according to the present embodiment, the piezoelectric element 90a and the piezoelectric element 90b that are provided at positions suitable for reception of SH waves and Rayleigh waves whose separation angles of the emission angles are significantly different from about 30 degrees. Can be received. Accordingly, the surface SH wave and the Rayleigh wave propagated through the measurement sample W can be received without causing interference with each other, so that each ultrasonic wave can be received with a high S / N ratio.

本実施形態の最後に、図4を参照して、本実施形態の変形例について説明する。
本実施形態の変形例として、残留応力評価装置10は、送信探触子2の代わりに、受信探触子9と同じ構成の送信探触子2aを備えてもよい。
送信探触子2aは、受信探触子9と同様に、超音波伝搬媒体91に相当する超音波伝搬媒体21a、超音波入射面92に相当する超音波入射面22a、圧電素子90aに相当する圧電素子20a及び圧電素子90bに相当する圧電素子20bを備える。送信探触子2aの圧電素子20a及び圧電素子20bに対してパルス発生器4からパルス電圧が印加されると、圧電素子20a(第5超音波振動子)は、印加されたパルス電圧に応じた周波数のSH波(振動成分A)を含む超音波を上述の第1の位置へ出力し、圧電素子20b(第4超音波振動子)は、印加されたパルス電圧に応じた周波数の縦波超音波を上述の第1の位置へ出力する。つまり、送信探触子2aは、圧電素子20aと圧電素子20bは、互いに異なる角度で超音波を送出する2つの超音波振動子を有する。
At the end of the present embodiment, a modification of the present embodiment will be described with reference to FIG.
As a modification of the present embodiment, the residual stress evaluation apparatus 10 may include a transmission probe 2 a having the same configuration as that of the reception probe 9 instead of the transmission probe 2.
Similar to the reception probe 9, the transmission probe 2a corresponds to the ultrasonic wave propagation medium 21a corresponding to the ultrasonic wave propagation medium 91, the ultrasonic wave incident surface 22a corresponding to the ultrasonic wave incident surface 92, and the piezoelectric element 90a. A piezoelectric element 20b corresponding to the piezoelectric element 20a and the piezoelectric element 90b is provided. When a pulse voltage is applied from the pulse generator 4 to the piezoelectric element 20a and the piezoelectric element 20b of the transmission probe 2a, the piezoelectric element 20a (fifth ultrasonic transducer) responds to the applied pulse voltage. The ultrasonic wave including the SH wave having the frequency (vibration component A) is output to the first position described above, and the piezoelectric element 20b (fourth ultrasonic transducer) has the longitudinal wave having the frequency corresponding to the applied pulse voltage. Sound waves are output to the first position described above. That is, in the transmission probe 2a, the piezoelectric element 20a and the piezoelectric element 20b have two ultrasonic transducers that transmit ultrasonic waves at different angles.

このように、2つの圧電素子20a,20bを用いてSH波及び縦波を励振させる構成であれば、圧電素子20a,20bに印加されるパルス電圧の電圧信号レベルを個別に制御することで、圧電素子20a,20bが送出するSH波及び縦波の強度を個別に制御することができる。送出するSH波及び縦波の強度を個別に制御することで、受信探触子9が受信するSH波及びレーリ波のS/N比の最適化に有利である。   In this way, by using the two piezoelectric elements 20a and 20b to excite the SH wave and the longitudinal wave, by individually controlling the voltage signal level of the pulse voltage applied to the piezoelectric elements 20a and 20b, The intensity of the SH wave and longitudinal wave sent out by the piezoelectric elements 20a and 20b can be individually controlled. By individually controlling the intensity of the SH wave and the longitudinal wave to be transmitted, it is advantageous for optimizing the S / N ratio of the SH wave and the Rayleigh wave received by the reception probe 9.

本実施形態の残留応力評価装置10によっても、誤差及び超音波探触子の接触状態の影響を含みやすい伝搬超音波の伝搬距離Lを排除することができるので、伝搬距離Lに依存することなく、送信探触子2及び受信探触子9の測定試料Wへの接触状態に起因する測定精度の劣化を抑制することができる。従って、本実施形態の残留応力評価装置10によれば、レーリ波及び表面SH波の両方を用いて、測定試料Wの表層に存在する残留応力を高精度かつ高安定的に評価(測定)することができる。
[第3実施形態]
図5〜図7を参照しながら、本発明の第3実施形態について説明する。以下の説明において、第1実施形態における構成要素と同じ構成要素には、同一の符号を付している。
Also with the residual stress evaluation apparatus 10 of the present embodiment, the propagation distance L of the propagation ultrasonic wave that is likely to include the error and the influence of the contact state of the ultrasonic probe can be excluded. In addition, it is possible to suppress deterioration in measurement accuracy due to the contact state of the transmission probe 2 and the reception probe 9 with the measurement sample W. Therefore, according to the residual stress evaluation apparatus 10 of the present embodiment, the residual stress existing on the surface layer of the measurement sample W is evaluated (measured) with high accuracy and stability using both the Rayleigh wave and the surface SH wave. be able to.
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

図5は、本実施形態による残留応力評価装置100の送信探触子200及び受信探触子300に用いられる電磁超音波センサ400(400a,400b)の概略構成を示す図である。図6は、本実施形態による残留応力評価装置100の概略構成を示す図である。図7は、本実施形態による送信探触子200及び受信探触子300に用いられる電磁超音波センサ400の変形例の概略構成を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an electromagnetic ultrasonic sensor 400 (400a, 400b) used in the transmission probe 200 and the reception probe 300 of the residual stress evaluation apparatus 100 according to the present embodiment. FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the residual stress evaluation apparatus 100 according to the present embodiment. FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a modified example of the electromagnetic ultrasonic sensor 400 used in the transmission probe 200 and the reception probe 300 according to the present embodiment.

電磁超音波センサ400は、残留応力評価装置100の送信探触子200及び受信探触子300に用いられて超音波を送信又は受信するものであるが、電磁超音波センサ400の構成を説明する前に、送信探触子200及び受信探触子300を備える残留応力評価装置100の構成について説明する。
図6を参照し、本実施形態による残留応力評価装置100は、第1実施形態と同様に、例えば、鋼材で構成された機械部品や構造体などの被検査体(被検査試料)の表層に存在する残留応力を、当該被検査試料の表層を伝搬する超音波に基づいて評価(測定)する装置である。
The electromagnetic ultrasonic sensor 400 is used for the transmission probe 200 and the reception probe 300 of the residual stress evaluation apparatus 100 to transmit or receive ultrasonic waves. The configuration of the electromagnetic ultrasonic sensor 400 will be described. First, the configuration of the residual stress evaluation apparatus 100 including the transmission probe 200 and the reception probe 300 will be described.
With reference to FIG. 6, the residual stress evaluation apparatus 100 according to the present embodiment, for example, on the surface layer of an object to be inspected (sample to be inspected) such as a machine part or a structure made of steel, as in the first embodiment. It is an apparatus that evaluates (measures) the existing residual stress based on ultrasonic waves that propagate through the surface layer of the sample to be inspected.

図6に示すように、残留応力評価装置100は、被検査試料である測定試料Wの表面上に配置されて測定試料Wへ超音波を送出(送信)する送信探触子(送出部)200と、同じく測定試料Wの表面上で送信探触子200と異なる位置に配置され、送信探触子200から送出されて測定試料Wの表層を伝搬した超音波を受信する受信探触子(受信部)300とを備える。   As shown in FIG. 6, the residual stress evaluation apparatus 100 is arranged on the surface of a measurement sample W that is a sample to be inspected, and a transmission probe (transmission unit) 200 that transmits (transmits) ultrasonic waves to the measurement sample W. Similarly, a receiving probe (reception) that is disposed on the surface of the measurement sample W at a position different from that of the transmission probe 200 and receives an ultrasonic wave transmitted from the transmission probe 200 and propagated through the surface layer of the measurement sample W. Part) 300.

また、残留応力評価装置100は、パルス発生器と送受信アンプ(増幅器)の双方を有する送受信制御部110を備えている。パルス発生器は、送信探触子200へ供給するパルス信号を出力する。送受信アンプは、パルス発生器が出力したパルス信号を増幅して送信探触子200へ出力すると共に、受信探触子300が受信した超音波の信号である受信信号(検出信号)を採取して増幅する。   The residual stress evaluation apparatus 100 includes a transmission / reception control unit 110 having both a pulse generator and a transmission / reception amplifier (amplifier). The pulse generator outputs a pulse signal to be supplied to the transmission probe 200. The transmission / reception amplifier amplifies the pulse signal output from the pulse generator and outputs the amplified signal to the transmission probe 200, and collects a reception signal (detection signal) that is an ultrasonic signal received by the reception probe 300. Amplify.

パルス発生器は、第1実施形態によるパルス発生器4に相当する構成を有し、送受信アンプを介して送信探触子200に接続されており、送信探触子200の電磁超音波センサ400aへ電流信号(パルス信号)を印加する。
送受信アンプは、送信探触子200及び受信探触子300に接続された増幅器(アンプ)であり、パルス発生器が発生させたパルス信号を増幅して送信探触子200へ出力すると共に、受信探触子300の電磁超音波センサ400bが検出した検出信号を受信して増幅し、後述する信号処理装置120へ出力する。
The pulse generator has a configuration corresponding to the pulse generator 4 according to the first embodiment, and is connected to the transmission probe 200 via a transmission / reception amplifier, to the electromagnetic ultrasonic sensor 400a of the transmission probe 200. A current signal (pulse signal) is applied.
The transmission / reception amplifier is an amplifier (amplifier) connected to the transmission probe 200 and the reception probe 300, amplifies the pulse signal generated by the pulse generator, outputs the amplified signal to the transmission probe 200, and receives the signal. The detection signal detected by the electromagnetic ultrasonic sensor 400b of the probe 300 is received, amplified, and output to the signal processing device 120 described later.

つまり、送受信制御部110は、第1実施形態による波形採取装置7の構成及び動作を含んでいる。
さて、図6に示すように信号処理装置120には、2つの電磁石電源130a,130bが接続されており、一方の電磁石電源130aは送信探触子200に接続され、他方の電磁石電源130bは受信探触子300に接続されている。電磁石電源130aは、後述する送信探触子200の電磁超音波センサ400aに用いられる電磁石に電流を供給する電源であり、電磁石電源130bは、後述する受信探触子300の電磁超音波センサ400bに用いられる電磁石に電流を供給する電源である。信号処理装置120は、電磁石電源130a,130bに対して、電磁石に電流を供給する指示であるトリガ信号を出力し、このトリガ信号を出力した時期を超音波の発生時期である送信時期として記憶する。
That is, the transmission / reception control unit 110 includes the configuration and operation of the waveform sampling device 7 according to the first embodiment.
As shown in FIG. 6, two electromagnet power supplies 130a and 130b are connected to the signal processing device 120, one electromagnet power supply 130a is connected to the transmission probe 200, and the other electromagnet power supply 130b is received. It is connected to the probe 300. The electromagnet power supply 130a is a power supply that supplies current to an electromagnet used in an electromagnetic ultrasonic sensor 400a of the transmission probe 200 described later, and the electromagnet power supply 130b is supplied to an electromagnetic ultrasonic sensor 400b of the reception probe 300 described later. It is a power source that supplies current to the electromagnet used. The signal processing device 120 outputs a trigger signal that is an instruction to supply current to the electromagnets to the electromagnet power supplies 130a and 130b, and stores the time when the trigger signal is output as a transmission time that is an ultrasonic generation time. .

残留応力評価装置100は、上述の構成を有する信号処理装置120を備えており、信号処理装置120は、超音波の発生時期を示す上述の送信時期と、受信探触子300が検出信号を受信した時期である受信時期とに基づいて、当該受信信号に対応する超音波の伝搬経路における残留応力を評価する評価装置(評価部)である。この信号処理装置120が行う残留応力の評価は、第1実施形態による評価部8が行う残留応力の評価と同様の処理である。   The residual stress evaluation apparatus 100 includes the signal processing device 120 having the above-described configuration. The signal processing device 120 receives the above-described transmission time indicating the generation time of the ultrasonic wave, and the reception probe 300 receives the detection signal. This is an evaluation device (evaluation unit) that evaluates the residual stress in the propagation path of the ultrasonic wave corresponding to the received signal based on the received time that is the received time. The evaluation of the residual stress performed by the signal processing device 120 is the same process as the evaluation of the residual stress performed by the evaluation unit 8 according to the first embodiment.

次に、図5を参照し、送信探触子200及び受信探触子300に用いられる電磁超音波センサ400(400a,400b)の構成について説明する。図5に示すように、送信探触子200における送信センサとして用いられる電磁超音波センサ400aも、受信探触子300における受信センサとして用いられる電磁超音波センサ400bも同様の構成を有する。以下には、送信センサとして用いられる電磁超音波センサ400aの構成を説明する。   Next, the configuration of the electromagnetic ultrasonic sensor 400 (400a, 400b) used in the transmission probe 200 and the reception probe 300 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the electromagnetic ultrasonic sensor 400a used as the transmission sensor in the transmission probe 200 and the electromagnetic ultrasonic sensor 400b used as the reception sensor in the reception probe 300 have the same configuration. Below, the structure of the electromagnetic ultrasonic sensor 400a used as a transmission sensor is demonstrated.

図5に示すように、電磁超音波センサ400aは、例えば、蛇行するコイル(櫛形のコイル)410と2組の電磁石A,Bを有している。電磁超音波センサ400aは、図5に示すように直線部と屈曲部によって蛇行するように形成されたコイル410の直線部に対して平行に磁場をかけることで、磁歪効果によって表面SH波を送信することができ、コイル410の直線部に対して垂直に磁場をかけることで、磁歪効果によってレーリ波を送信することができる。   As shown in FIG. 5, the electromagnetic ultrasonic sensor 400 a includes, for example, a meandering coil (comb-shaped coil) 410 and two sets of electromagnets A and B. The electromagnetic ultrasonic sensor 400a transmits a surface SH wave by a magnetostriction effect by applying a magnetic field in parallel to the linear portion of the coil 410 formed to meander between the linear portion and the bent portion as shown in FIG. By applying a magnetic field perpendicularly to the straight portion of the coil 410, a Rayleigh wave can be transmitted by the magnetostriction effect.

電磁超音波センサ400aは、コイル410の直線部が測定試料Wの表面に対してほぼ垂直となるようにコイル410を保持し、2組の電磁石A,Bのうち電磁石Aは、コイル410の直線部と平行となる方向に沿って、コイル410を挟むように配置されていて、上述の電磁石電源130aから供給される電力によって、例えば、測定試料W側がS極、反測定試料W側がN極となる。また、2組の電磁石A,Bのうち電磁石Bは、コイル410の直線部と垂直となる方向に沿って、コイル410の両端側にコイル410を挟むように配置されて、上述の電磁石電源130aから供給される電流によって、一端側がS極、他端側がN極となる。   The electromagnetic ultrasonic sensor 400 a holds the coil 410 so that the straight portion of the coil 410 is substantially perpendicular to the surface of the measurement sample W, and the electromagnet A of the two sets of electromagnets A and B is the straight line of the coil 410. Are arranged so as to sandwich the coil 410 along the direction parallel to the portion, and, for example, the measurement sample W side has an S pole and the anti-measurement sample W side has an N pole by the power supplied from the electromagnet power supply 130a. Become. Of the two sets of electromagnets A and B, the electromagnet B is disposed so as to sandwich the coil 410 between both ends of the coil 410 along a direction perpendicular to the linear portion of the coil 410, and the above-described electromagnet power supply 130a. The one end side becomes the S pole and the other end side becomes the N pole.

このような電磁超音波センサ400aは、いわゆる磁歪型の電磁超音波センサとして知られており、コイル410に通電された状態で電磁石Aに電流が供給されれば、電磁石Aから静磁場が発生して測定試料Wの表面に表面SH波が発生する。また、コイル410に通電された状態で電磁石Bに電流が供給されれば、同じく電磁石Bから静磁場が発生して測定試料Wの表面にレーリ波が発生する。   Such an electromagnetic ultrasonic sensor 400a is known as a so-called magnetostrictive electromagnetic ultrasonic sensor. When a current is supplied to the electromagnet A while the coil 410 is energized, a static magnetic field is generated from the electromagnet A. Thus, a surface SH wave is generated on the surface of the measurement sample W. If a current is supplied to the electromagnet B while the coil 410 is energized, a static magnetic field is generated from the electromagnet B and a Rayleigh wave is generated on the surface of the measurement sample W.

このように、電磁超音波センサ400aを備えて構成された送信探触子200は、静磁場を発生させる電磁石A,Bを切替えることで、測定試料Wの表面に、表面SH波及びレーリ波を選択的に切替えて発生させることができる。
送信探触子200は、上述の電磁超音波センサ400aを、測定試料Wの表面に対して適切な電磁超音波の伝播を実現する位置で備えている。また、受信探触子300も、上述の電磁超音波センサ400aと同様の構成を有する電磁超音波センサ400bを、送信探触子200における位置とほぼ同じ位置で備えている。
In this way, the transmission probe 200 configured to include the electromagnetic ultrasonic sensor 400a switches the electromagnets A and B that generate a static magnetic field, thereby generating surface SH waves and Rayleigh waves on the surface of the measurement sample W. It can be generated by selectively switching.
The transmission probe 200 includes the above-described electromagnetic ultrasonic sensor 400a at a position that realizes appropriate electromagnetic ultrasonic wave propagation with respect to the surface of the measurement sample W. The reception probe 300 also includes an electromagnetic ultrasonic sensor 400b having a configuration similar to that of the above-described electromagnetic ultrasonic sensor 400a at substantially the same position as the position on the transmission probe 200.

次に、上述の送信探触子200及び受信探触子300を備える残留応力評価装置100の動作について説明する。
残留応力を測定する領域が挟まれるように、送信探触子200を、測定試料Wの表面上で超音波を入射させる第1の位置上に配置すると共に、受信探触子300を、測定試料Wの表面上で伝搬超音波を受信する第2の位置上に配置する。
Next, the operation of the residual stress evaluation apparatus 100 including the above-described transmission probe 200 and reception probe 300 will be described.
The transmission probe 200 is arranged on the first position where the ultrasonic wave is incident on the surface of the measurement sample W so that the region for measuring the residual stress is sandwiched, and the reception probe 300 is arranged on the measurement sample. It arrange | positions on the 2nd position which receives a propagation ultrasonic wave on the surface of W.

この配置の後、送受信制御部110のパルス発生器が、送信探触子200の電磁超音波センサ400aのコイル410へパルス電流を印加する。
電磁超音波センサ400aのコイル410にパルス電流が印加された状態で、信号処理装置120は、電磁石電源130aに、表面SH波及びレーリ波のいずれかに対応するトリガ信号を出力する。信号処理装置120は、このとき同時に、受信探触子300に接続された電磁石電源130bにも同様のトリガ信号を出力し、トリガ信号を出力したタイミング(時間など)を送信時期として記憶する。
After this arrangement, the pulse generator of the transmission / reception control unit 110 applies a pulse current to the coil 410 of the electromagnetic ultrasonic sensor 400a of the transmission probe 200.
In a state where a pulse current is applied to the coil 410 of the electromagnetic ultrasonic sensor 400a, the signal processing device 120 outputs a trigger signal corresponding to either the surface SH wave or the Rayleigh wave to the electromagnet power source 130a. At the same time, the signal processing device 120 outputs a similar trigger signal to the electromagnet power supply 130b connected to the reception probe 300, and stores the timing (time etc.) at which the trigger signal is output as the transmission timing.

送信探触子200の電磁石電源130aは、表面SH波に対応するトリガ信号を受信すれば電磁石Aに電流を供給し、測定試料Wの表面の第1の位置で表面SH波を発生させる。また、送信探触子200の電磁石電源130aは、レーリ波に対応するトリガ信号を受信すれば電磁石Bに電流を供給し、測定試料Wの表面の第1の位置でレーリ波を発生させる。このように、送信探触子200の電磁石電源130aは、電磁石Aまたは電磁石Bに選択的に電流を供給することで、振動形態の異なる複数種類の超音波として表面SH波及びレーリ波を第1の位置において選択的に発生させる。   When the electromagnet power supply 130a of the transmission probe 200 receives a trigger signal corresponding to the surface SH wave, it supplies a current to the electromagnet A and generates a surface SH wave at the first position on the surface of the measurement sample W. Further, when the electromagnet power supply 130a of the transmission probe 200 receives a trigger signal corresponding to the Rayleigh wave, the electromagnet power supply 130a supplies current to the electromagnet B and generates a Rayleigh wave at the first position on the surface of the measurement sample W. As described above, the electromagnet power supply 130a of the transmission probe 200 first supplies the surface SH wave and Rayleigh wave as a plurality of types of ultrasonic waves having different vibration forms by selectively supplying current to the electromagnet A or the electromagnet B. Is selectively generated at the position.

一方、受信探触子300に接続された電磁石電源130bは、表面SH波に対応するトリガ信号を受信すれば、受信探触子300の電磁超音波センサ400bの電磁石Aに電流を供給し、レーリ波に対応するトリガ信号を受信すれば電磁石Bに電流を供給することで、測定試料Wの表面の第2の位置において表面SH波またはレーリ波の受信に備える。ここまでが送出ステップであり、受信ステップへ続く。   On the other hand, when the electromagnet power supply 130b connected to the receiving probe 300 receives a trigger signal corresponding to the surface SH wave, the electromagnet power supply 130b supplies current to the electromagnet A of the electromagnetic ultrasonic sensor 400b of the receiving probe 300, and If a trigger signal corresponding to a wave is received, a current is supplied to the electromagnet B to prepare for reception of the surface SH wave or Rayleigh wave at the second position on the surface of the measurement sample W. This is the sending step and continues to the receiving step.

励振されたレーリ波または表面SH波の伝搬超音波は、測定試料Wの表層を伝搬して第2の位置から受信探触子300に入射し、受信探触子300の電磁超音波センサ400bに到達する。この伝搬超音波の受信によって、受信探触子300の電磁超音波センサ400bでは、電磁誘導の法則により、被検査体表面の振動と静磁場によりセンサコイル410に起電力が誘起され受信信号として検出される。   The excited propagation wave of the Rayleigh wave or the surface SH wave propagates through the surface layer of the measurement sample W, enters the reception probe 300 from the second position, and enters the electromagnetic ultrasonic sensor 400b of the reception probe 300. To reach. Due to the reception of this propagation ultrasonic wave, the electromagnetic ultrasonic sensor 400b of the reception probe 300 detects an electromotive force in the sensor coil 410 by the vibration of the surface of the object to be inspected and the static magnetic field according to the law of electromagnetic induction and detects it as a received signal. Is done.

受信探触子300の電磁超音波センサ400bは、コイル410に誘起された起電力を送受信制御部110の送受信アンプへ出力する。ここまでが受信ステップであり、評価ステップへ続く。
送受信アンプは、受信した伝搬超音波の検出信号を増幅して信号処理装置120へ出力する。
The electromagnetic ultrasonic sensor 400 b of the reception probe 300 outputs the electromotive force induced in the coil 410 to the transmission / reception amplifier of the transmission / reception control unit 110. This is the reception step and continues to the evaluation step.
The transmission / reception amplifier amplifies the received propagation ultrasonic wave detection signal and outputs the amplified signal to the signal processing device 120.

信号処理装置120は、送受信アンプから伝搬超音波の検出信号を受信し、当該検出信号を受信したタイミング(時間など)である受信時期と、当該伝搬超音波を送信したタイミング(時間など)である上述の送信時期とに基づいて、伝搬超音波の伝搬時間を算出する。本実施形態による送信探触子200は、レーリ波と表面SH波を同時に発生させることができないので、レーリ波の伝搬時間である伝搬時間Tと表面SH波の伝搬時間である伝搬時間Tとを別々に算出し、第1実施形態で述べた方法で、伝搬超音波の伝搬距離Lに依存することなく、伝搬超音波が伝搬した測定試料Wの表層に存在する残留応力σを求める(評価する)。ここまでが評価ステップである。 The signal processing device 120 receives the detection signal of the propagation ultrasonic wave from the transmission / reception amplifier, and the reception time (time etc.) at which the detection signal is received and the timing (time etc.) at which the propagation ultrasonic wave is transmitted. Based on the above transmission time, the propagation time of the propagation ultrasonic wave is calculated. Since the transmission probe 200 according to the present embodiment cannot generate the Rayleigh wave and the surface SH wave at the same time, the propagation time T R that is the propagation time of the Rayleigh wave and the propagation time T S that is the propagation time of the surface SH wave are used. Are calculated separately, and the residual stress σ existing on the surface layer of the measurement sample W propagated by the propagation ultrasonic wave is obtained by the method described in the first embodiment without depending on the propagation distance L of the propagation ultrasonic wave ( evaluate). This is the evaluation step.

本実施形態では、表面SH波とレーリ波での伝播距離Lを同一にするため、一例として、表面SH波及びレーリ波を共に磁歪型のセンサである電磁超音波センサ400aで発生する方法を示した。しかし、図7において電磁超音波センサ400aの変形例として示すように、レーリ波はローレンツ型のセンサでも発生可能である。
図7は、電磁超音波センサ400aの変形例である電磁超音波センサ400cの概略構成を示す図である。
In the present embodiment, in order to make the propagation distance L of the surface SH wave and the Rayleigh wave the same, as an example, a method of generating both the surface SH wave and the Rayleigh wave by the electromagnetic ultrasonic sensor 400a which is a magnetostrictive sensor is shown. It was. However, as shown as a modification of the electromagnetic ultrasonic sensor 400a in FIG. 7, the Rayleigh wave can be generated even by a Lorentz type sensor.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an electromagnetic ultrasonic sensor 400c which is a modification of the electromagnetic ultrasonic sensor 400a.

図7に示す電磁超音波センサ400cは、コイル410及び電磁石Aの配置と構成が図5に示す電磁超音波センサ400aと同じであるが、電磁石Bの配置が異なる。電磁超音波センサ400cの電磁石Bは、コイル410の直線部によって形成される平面(コイル平面)にほぼ平行となるように、当該コイルを挟むように配置されている。電磁石Bは、上述の電磁石電源130aなどから供給される電力によって、コイル410の平面の一方側に配置された電磁石BがS極、他方側に配置された電磁石BがN極となる。   The electromagnetic ultrasonic sensor 400c shown in FIG. 7 has the same arrangement and configuration of the coil 410 and the electromagnet A as the electromagnetic ultrasonic sensor 400a shown in FIG. 5, but the arrangement of the electromagnet B is different. The electromagnet B of the electromagnetic ultrasonic sensor 400c is arranged so as to sandwich the coil so as to be substantially parallel to a plane (coil plane) formed by the linear portion of the coil 410. In the electromagnet B, the electromagnet B arranged on one side of the plane of the coil 410 becomes the S pole and the electromagnet B arranged on the other side becomes the N pole by the electric power supplied from the above-described electromagnet power supply 130a.

このような構成の電磁超音波センサ400cは、電磁石Aを用いることで磁歪型によって表面SH波を発生させ、電磁石Bを用いることでローレンツ型によってレーリ波を発生させる。
磁歪型とローレンツ型を併用する上述の電磁超音波センサ400cを送信探触子200及び受信探触子300に用いても、磁歪型で発生した表面SH波の伝搬距離とローレンツ型で発生したレーリ波の伝搬距離は同じとなる。
The electromagnetic ultrasonic sensor 400c having such a configuration generates a surface SH wave by a magnetostrictive type by using the electromagnet A, and generates a Rayleigh wave by a Lorentz type by using the electromagnet B.
Even when the above-described electromagnetic ultrasonic sensor 400c using both the magnetostrictive type and the Lorentz type is used for the transmission probe 200 and the reception probe 300, the propagation distance of the surface SH wave generated in the magnetostrictive type and the Rayleigh generated in the Lorentz type The wave propagation distance is the same.

従って、本実施形態の残留応力評価装置100によっても、誤差及び超音波探触子の接触状態の影響を含みやすい伝搬超音波の伝搬距離Lを排除することができるので、伝搬距離Lに依存することなく、送信探触子200及び受信探触子300の測定試料Wへの接触状態に起因する測定精度の劣化を抑制することができる。従って、本実施形態の残留応力評価装置100によれば、レーリ波及び表面SH波の両方を用いて、測定試料Wの表層に存在する残留応力を高精度かつ高安定的に評価(測定)することができる。   Accordingly, the residual stress evaluation apparatus 100 according to the present embodiment can also eliminate the propagation distance L of the propagation ultrasonic wave that easily includes the error and the influence of the contact state of the ultrasonic probe, and therefore depends on the propagation distance L. Without deterioration, it is possible to suppress deterioration in measurement accuracy due to the contact state of the transmission probe 200 and the reception probe 300 with the measurement sample W. Therefore, according to the residual stress evaluation apparatus 100 of the present embodiment, the residual stress existing on the surface layer of the measurement sample W is evaluated (measured) with high accuracy and stability using both the Rayleigh wave and the surface SH wave. be able to.

さらに、電磁超音波センサ400a〜400c(400)は、電磁超音波センサ400を保持する送信探触子200及び受信探触子300を測定試料Wに接触させなくても表面SH波及びレーリ波の送受信を行うことができる。従って、送信探触子200及び受信探触子300を配置する第1の位置及び第2の位置が湾曲面であっても粗面であっても、測定試料Wの表層に存在する残留応力を高精度かつ高安定的に評価(測定)することができる。   Further, the electromagnetic ultrasonic sensors 400 a to 400 c (400) can generate surface SH waves and Rayleigh waves without bringing the transmission probe 200 and the reception probe 300 holding the electromagnetic ultrasonic sensor 400 into contact with the measurement sample W. Can send and receive. Therefore, even if the first position and the second position where the transmission probe 200 and the reception probe 300 are arranged are curved surfaces or rough surfaces, the residual stress existing on the surface layer of the measurement sample W is reduced. Evaluation (measurement) can be performed with high accuracy and high stability.

最後に、電磁超音波における受信の原理では、測定試料Wの表面の振動と電磁石からの静磁場とによって、電磁石に挟まれたコイルに誘起される電流が受信信号として検出されればよい。そのため、受信側である受信探触子300において、表面SH波とレーリ波のそれぞれの駆動形態にあわせて電磁石の配置を異ならせた二種類の受信形態を備える必要はない。従って、図示しないが、受信側である受信探触子300は、単に渦巻き型のコイル一種類のみを備えるものであってもよい。
[第4実施形態]
図8を参照しながら、本発明の第4実施形態について説明する。
Finally, according to the principle of reception in electromagnetic ultrasonic waves, the current induced in the coil sandwiched between the electromagnets by the vibration of the surface of the measurement sample W and the static magnetic field from the electromagnet may be detected as the received signal. Therefore, it is not necessary for the receiving probe 300 on the receiving side to have two types of receiving forms in which the arrangement of electromagnets is different in accordance with the driving forms of the surface SH wave and the Rayleigh wave. Therefore, although not shown, the receiving probe 300 on the receiving side may be provided with only one type of spiral coil.
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図8は、本実施形態による残留応力評価装置500の概略構成を示す図である。
本実施形態による残留応力評価装置500は、第1実施形態による残留応力評価装置1とほぼ同様の構成を有し、第1実施形態の送信探触子2の代わりに送信探触子800を送信部とし、受信探触子3の代わりに受信探触子900を受信部として備えている。本実施形態の残留応力評価装置10において、送信探触子800及び受信探触子900以外の構成は、第1実施形態による残留応力評価装置1と同じである。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a residual stress evaluation apparatus 500 according to the present embodiment.
The residual stress evaluation apparatus 500 according to the present embodiment has substantially the same configuration as the residual stress evaluation apparatus 1 according to the first embodiment, and transmits a transmission probe 800 instead of the transmission probe 2 of the first embodiment. The reception probe 900 is provided as a reception unit instead of the reception probe 3. In the residual stress evaluation apparatus 10 of the present embodiment, the configuration other than the transmission probe 800 and the reception probe 900 is the same as that of the residual stress evaluation apparatus 1 according to the first embodiment.

以下、図8を参照しながら、送信探触子800及び受信探触子900の構成について説明するが、その前に、送信探触子800及び受信探触子900の構成の前提について説明する。
上述の第1実施形態において、送信探触子2から送出されたSH波及びSV波は、表面SH波及びレーリ波を励振して測定試料Wの表層を伝搬し、励振された表面SH波及びレーリ波は、受信探触子3内へ伝搬する。ところが、第1実施形態では、圧電素子30a及び圧電素子30bが積層された構成であるので、稀に相互間の電気的干渉が起きる可能性がある。また、励振された表面SH波及びレーリ波は、伝搬経路が異なるため、これら経路間での音速や伝播距離変動が、微少な測定誤差となる可能性もある。
Hereinafter, the configuration of the transmission probe 800 and the reception probe 900 will be described with reference to FIG. 8, but before that, the premise of the configuration of the transmission probe 800 and the reception probe 900 will be described.
In the first embodiment described above, the SH wave and SV wave transmitted from the transmission probe 2 excite the surface SH wave and Rayleigh wave to propagate the surface layer of the measurement sample W, and the excited surface SH wave and The Rayleigh wave propagates into the reception probe 3. However, in the first embodiment, since the piezoelectric element 30a and the piezoelectric element 30b are stacked, electrical interference may occur rarely. Further, since the excited surface SH wave and Rayleigh wave have different propagation paths, the sound velocity and propagation distance fluctuation between these paths may cause a minute measurement error.

上述の理由により、本願発明者らは、様々な実験を行った結果、SV波が短距離であれば測定試料Wの表層を伝搬することを知見した。また、縦波においても良好な結果が得られた。
まず、本実施形態の特徴である送信探触子800の構成について、図を基に説明する。
図8を参照して、送信部である送信探触子800は、第1実施形態で説明した送信探触子2とほぼ同様の構成を有しており、超音波伝搬媒体21に相当する超音波伝搬媒体821、及び超音波送出面22に相当する超音波送出面822を備え、圧電素子20の代わりに圧電素子820を備える。
For the reasons described above, the present inventors have conducted various experiments and found that if the SV wave is a short distance, it propagates through the surface layer of the measurement sample W. Good results were also obtained for longitudinal waves.
First, the configuration of the transmission probe 800, which is a feature of this embodiment, will be described with reference to the drawings.
Referring to FIG. 8, a transmission probe 800 as a transmission unit has substantially the same configuration as that of the transmission probe 2 described in the first embodiment, and an ultrasonic wave corresponding to the ultrasonic wave propagation medium 21. A sound wave propagation medium 821 and an ultrasonic wave sending surface 822 corresponding to the ultrasonic wave sending surface 22 are provided, and a piezoelectric element 820 is provided instead of the piezoelectric element 20.

圧電素子820は、例えば平板状であって、圧電素子20とは異なる送信振動子、すなわちSV波あるいは縦波を送出する単一の送信振動子(第6超音波振動子)である。
圧電素子820に単一の横波振動子を採用した場合、この圧電素子820に所定電圧のパルス電圧が加えられると、当該圧電素子820の平板面から所定周波数のSV波(横波SV波)が出力され、出力された横波SV波は、送信探触子800の超音波伝搬媒体821に形成された開口面である送出面(超音波送出面)822を経て外部へ送出される。
The piezoelectric element 820 is, for example, a flat plate, and is a transmission vibrator different from the piezoelectric element 20, that is, a single transmission vibrator (sixth ultrasonic vibrator) that transmits an SV wave or a longitudinal wave.
When a single transverse wave vibrator is employed for the piezoelectric element 820, when a pulse voltage of a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 820, an SV wave (lateral wave SV wave) having a predetermined frequency is output from the flat plate surface of the piezoelectric element 820. Then, the output transverse wave SV wave is transmitted to the outside through a transmission surface (ultrasonic transmission surface) 822 which is an opening surface formed in the ultrasonic wave propagation medium 821 of the transmission probe 800.

一方、圧電素子820に単一の縦波振動子を採用した場合、この圧電素子820に所定電圧のパルス電圧が加えられると、当該圧電素子820の平板面から所定周波数の縦波が出力され、出力された縦波は、送信探触子800の超音波伝搬媒体821に形成された開口面である送出面(超音波送出面)822を経て外部へ送出される。
図8を参照して、送信探触子800の動作について説明する。送信探触子800が超音波送出面822を測定試料Wの表面に当接させて測定試料Wの表面上に配置されると、送信探触子800の圧電素子820は、超音波送出面822に対する角度と同じだけ測定試料Wの表面に対して傾くように配置される。
On the other hand, when a single longitudinal wave vibrator is employed for the piezoelectric element 820, when a predetermined pulse voltage is applied to the piezoelectric element 820, a longitudinal wave having a predetermined frequency is output from the flat plate surface of the piezoelectric element 820, The output longitudinal wave is transmitted to the outside through a transmission surface (ultrasonic transmission surface) 822 which is an opening surface formed in the ultrasonic propagation medium 821 of the transmission probe 800.
The operation of the transmission probe 800 will be described with reference to FIG. When the transmission probe 800 is disposed on the surface of the measurement sample W with the ultrasonic transmission surface 822 being in contact with the surface of the measurement sample W, the piezoelectric element 820 of the transmission probe 800 has the ultrasonic transmission surface 822. It is arranged so as to be inclined with respect to the surface of the measurement sample W by the same angle with respect to.

圧電素子820に単一の横波振動子を採用した場合、この圧電素子820に対してパルス発生器4からパルス電圧が印加されると、圧電素子820は、印加されたパルス電圧により、所定の周波数の横波SV波を出力する。圧電素子20の出力面から出力された横波SV波は、送信探触子800の超音波送出面822を経て測定試料Wの表面の第1の位置に対して斜め方向に送出される。   When a single transverse wave vibrator is adopted as the piezoelectric element 820, when a pulse voltage is applied from the pulse generator 4 to the piezoelectric element 820, the piezoelectric element 820 has a predetermined frequency according to the applied pulse voltage. The transverse wave SV is output. The transverse wave SV output from the output surface of the piezoelectric element 20 is transmitted in an oblique direction with respect to the first position on the surface of the measurement sample W through the ultrasonic transmission surface 822 of the transmission probe 800.

送出された横波SV波は、測定試料Wの表面の第1の位置に対して斜め方向に入射して、測定試料Wの表層に振動形態の異なる複数種類の超音波を励振する。図8に示すように、測定試料Wの表面へ斜め方向に入射した横波SV波は、表面SV波(図8中の破線)とレーリ波(図8中の実線)を同時に励振する。
一方、圧電素子820に単一の縦波振動子を採用した場合、圧電素子820は、印加されたパルス電圧により、所定の周波数の縦波を出力する。出力された縦波は、超音波送出面822を経て測定試料Wの表面の第1の位置に対して斜め方向に送出される。送出された縦波は、測定試料Wの表面の第1の位置に対して斜め方向に入射して、測定試料Wの表層に、表面SV波(図8中の破線)とレーリ波(図8中の実線)を同時に励振する。
The transmitted transverse wave SV is incident obliquely with respect to the first position on the surface of the measurement sample W, and excites a plurality of types of ultrasonic waves having different vibration forms on the surface layer of the measurement sample W. As shown in FIG. 8, the transverse SV wave incident obliquely on the surface of the measurement sample W excites the surface SV wave (broken line in FIG. 8) and the Rayleigh wave (solid line in FIG. 8) simultaneously.
On the other hand, when a single longitudinal wave vibrator is adopted as the piezoelectric element 820, the piezoelectric element 820 outputs a longitudinal wave having a predetermined frequency by the applied pulse voltage. The output longitudinal wave is sent in an oblique direction with respect to the first position on the surface of the measurement sample W through the ultrasonic wave sending surface 822. The transmitted longitudinal wave is incident obliquely with respect to the first position on the surface of the measurement sample W, and surface SV waves (broken lines in FIG. 8) and Rayleigh waves (FIG. 8) are formed on the surface layer of the measurement sample W. (Solid line in the middle) is excited simultaneously.

以上をまとめると、送信探触子800は、被検査試料である測定試料Wの表面上に配置され、単一の超音波(横波SV波あるいは縦波)を測定試料Wの表層へ送出することで、測定試料Wの表層に表面SV波及びレーリ波(振動形態の異なる複数種類の伝搬超音波)を同時に励振する。
次に、本実施形態の特徴である受信探触子900の構成について、図を基に説明する。
In summary, the transmission probe 800 is arranged on the surface of the measurement sample W that is a sample to be inspected, and sends a single ultrasonic wave (a transverse wave SV wave or a longitudinal wave) to the surface layer of the measurement sample W. Thus, the surface SV wave and the Rayleigh wave (plural types of propagating ultrasonic waves having different vibration forms) are simultaneously excited on the surface layer of the measurement sample W.
Next, the configuration of the reception probe 900, which is a feature of the present embodiment, will be described with reference to the drawings.

図8を参照して、受信部である受信探触子900は、第1実施形態で説明した受信探触子3とほぼ同様の構成を有しており、超音波伝搬媒体31に相当する超音波伝搬媒体931(例えば、ポリスチレン)、及び超音波入射面32に相当する超音波入射面932を備え、圧電素子30の代わりに圧電素子930を備える。
超音波伝搬媒体931は、測定試料Wの表層を伝搬した表面SV波及びレーリ波を、横波SV波あるいは縦波に変換する。
Referring to FIG. 8, a reception probe 900 that is a reception unit has substantially the same configuration as that of the reception probe 3 described in the first embodiment, and an ultrasonic wave corresponding to the ultrasonic propagation medium 31. A sound wave propagation medium 931 (for example, polystyrene) and an ultrasonic wave incident surface 932 corresponding to the ultrasonic wave incident surface 32 are provided, and a piezoelectric element 930 is provided instead of the piezoelectric element 30.
The ultrasonic propagation medium 931 converts the surface SV wave and Rayleigh wave propagated through the surface layer of the measurement sample W into a transverse wave SV or a longitudinal wave.

圧電素子930は、例えば平板状であって、圧電素子30とは異なる受信振動子、すなわち、超音波伝搬媒体931により変換された横波SV波あるいは縦波を受信する単一の受信振動子(第7超音波振動子)である。
このような圧電素子930を備える受信探触子900は、圧電素子930を、第2の位置から出射して超音波伝搬媒体931により変換された横波SV波あるいは縦波をほぼ垂直に受信するように配置している。
The piezoelectric element 930 is, for example, a flat plate, and is a receiving vibrator different from the piezoelectric element 30, that is, a single receiving vibrator (first receiving vibrator for receiving a transverse wave SV wave or a longitudinal wave converted by the ultrasonic wave propagation medium 931). 7 ultrasonic transducer).
The reception probe 900 including such a piezoelectric element 930 receives the transverse wave SV wave or longitudinal wave emitted from the piezoelectric element 930 from the second position and converted by the ultrasonic wave propagation medium 931 substantially vertically. Is arranged.

図8を参照して、受信探触子900の動作について説明する。
圧電素子820に単一の横波振動子、圧電素子930に単一の縦波振動子が採用された場合、受信探触子900は、送信探触子800から送出された横波SV波によって、励振されて伝搬したレーリ波及び表面SV波を、超音波伝搬媒体931で縦波に変換して圧電素子930で縦波を受信し、縦波の検出信号として増幅器600へ出力する。
The operation of the reception probe 900 will be described with reference to FIG.
When a single transverse wave vibrator is adopted for the piezoelectric element 820 and a single longitudinal wave vibrator is adopted for the piezoelectric element 930, the reception probe 900 is excited by the transverse wave SV wave sent from the transmission probe 800. The propagated Rayleigh wave and surface SV wave are converted into a longitudinal wave by the ultrasonic wave propagation medium 931, the longitudinal wave is received by the piezoelectric element 930, and is output to the amplifier 600 as a longitudinal wave detection signal.

具体的には、測定試料Wの表層を伝搬したレーリ波及び表面SV波は、受信探触子900の超音波入射面931から受信探触子900内へ伝搬して、超音波伝搬媒体931により縦波に変換されて、超音波入射面931を向く圧電素子930の平板面に入射する。入射した縦波は、単一の縦波振動子である圧電素子930によって検出される。
圧電素子820に単一の縦波振動子の採用によっても、レーリ波及び表面SV波を伝搬させることができ、また、受信においても、これら超音波を超音波伝搬媒体931における横波SV波への変換を通して、横波SV波として横波検出用の圧電素子930で検出できる。
Specifically, the Rayleigh wave and the surface SV wave propagated through the surface layer of the measurement sample W propagate from the ultrasonic incident surface 931 of the reception probe 900 into the reception probe 900 and are transmitted by the ultrasonic propagation medium 931. It is converted into a longitudinal wave and enters the flat plate surface of the piezoelectric element 930 that faces the ultrasonic wave incident surface 931. The incident longitudinal wave is detected by the piezoelectric element 930 which is a single longitudinal wave vibrator.
By adopting a single longitudinal wave vibrator for the piezoelectric element 820, Rayleigh waves and surface SV waves can be propagated. Also, in reception, these ultrasonic waves are converted into transverse SV waves in the ultrasonic wave propagation medium 931. Through the conversion, a transverse wave SV wave can be detected by the transverse wave detection piezoelectric element 930.

上述の送信探触子800及び受信探触子900を備える残留応力評価装置500の動作について説明する。なお、送信探触子800の圧電素子820に単一の横波振動子を採用し、且つ受信探触子900の圧電素子930に単一の縦波振動子を採用した場合を、例に挙げて説明する。
測定試料Wの表面上に配置された送信探触子800は、圧電素子820が出力した横波SV波を測定試料Wの表面の第1の位置に送出する。送出された横波SV波は、測定試料Wの表層に、レーリ波と表面SV波を同時に励振する。ここまでが送出ステップである。
An operation of the residual stress evaluation apparatus 500 including the above-described transmission probe 800 and reception probe 900 will be described. An example in which a single transverse wave vibrator is employed for the piezoelectric element 820 of the transmission probe 800 and a single longitudinal wave vibrator is employed for the piezoelectric element 930 of the reception probe 900 is taken as an example. explain.
The transmission probe 800 disposed on the surface of the measurement sample W sends the transverse wave SV wave output from the piezoelectric element 820 to the first position on the surface of the measurement sample W. The transmitted transverse wave SV excites the Rayleigh wave and the surface SV wave simultaneously on the surface layer of the measurement sample W. This is the sending step.

受信探触子900は、励振されたレーリ波と表面SV波を、超音波伝搬媒体931にて縦波に変換して、縦波を圧電素子930で受信し、縦波の検出信号を増幅器600へ出力する。ここまでが受信ステップである。なお、評価ステップ以降は、第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。
一方、送信探触子800の圧電素子820に単一の縦波振動子を採用し、受信探触子900の圧電素子930に単一の横波振動子を採用した場合、圧電素子820から縦波を送出し、送出された縦波はレーリ波と表面SV波を励振し、超音波伝搬媒体931にて励振されたレーリ波と表面SV波を縦波に変換する。
The receiving probe 900 converts the excited Rayleigh wave and surface SV wave into a longitudinal wave by the ultrasonic wave propagation medium 931, receives the longitudinal wave by the piezoelectric element 930, and receives the longitudinal wave detection signal by the amplifier 600. Output to. This is the reception step. Since the evaluation step and subsequent steps are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
On the other hand, when a single longitudinal wave vibrator is adopted for the piezoelectric element 820 of the transmission probe 800 and a single transverse wave vibrator is adopted for the piezoelectric element 930 of the reception probe 900, the longitudinal wave is transmitted from the piezoelectric element 820. The transmitted longitudinal wave excites the Rayleigh wave and the surface SV wave, and converts the Rayleigh wave and the surface SV wave excited by the ultrasonic wave propagation medium 931 into a longitudinal wave.

本実施形態の残留応力評価装置500によっても、誤差及び超音波探触子の接触状態の影響を含みやすい伝搬超音波の伝搬距離Lを排除することができるので、伝搬距離Lに依存することなく、送信探触子800及び受信探触子900の測定試料Wへの接触状態に起因する測定精度の劣化を抑制することができる。従って、本実施形態の残留応力評価装置500によれば、レーリ波及び表面SV波の両方を用いて、測定試料Wの表層に存在する残留応力を高精度かつ高安定的に評価(測定)することができる。また、上述した構成を有する残留応力評価装置500によれば、相互間の電気的干渉、超音波伝搬経路間での音速や伝播距離変動による微少な測定誤差を抑制することができる。   Also with the residual stress evaluation apparatus 500 of the present embodiment, the propagation distance L of the propagation ultrasonic wave that is likely to include the error and the influence of the contact state of the ultrasonic probe can be excluded, so that it does not depend on the propagation distance L. Therefore, it is possible to suppress deterioration in measurement accuracy due to the contact state of the transmission probe 800 and the reception probe 900 with the measurement sample W. Therefore, according to the residual stress evaluation apparatus 500 of the present embodiment, the residual stress existing on the surface layer of the measurement sample W is evaluated (measured) with high accuracy and stability using both the Rayleigh wave and the surface SV wave. be able to. Moreover, according to the residual stress evaluation apparatus 500 having the above-described configuration, it is possible to suppress a minute measurement error due to electrical interference between the ultrasonic waves, sound speed between ultrasonic propagation paths, and propagation distance fluctuation.

なお、今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された各実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。   Each embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. In particular, in each embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, etc. of the constituents are within the range normally practiced by those skilled in the art. It does not deviate and employs a value that can be easily assumed by those skilled in the art.

具体的に、第1実施形態による残留応力評価装置1では、送信探触子2がSH波とSV波を同時に出力して、レーリ波と表面SH波を同時に励振し、受信探触子3はレーリ波と表面SH波を同時に受信していた。しかし、送信探触子2が、SH波とSV波を同時ではなく別々に出力して、受信探触子3が、レーリ波と表面SH波を同時ではなく別々に受信しても構わない。超音波を別々に送受信しても、レーリ波と表面SH波の伝搬経路は同じであるので、上述の式(3)に従って測定試料Wの表層に存在する残留応力を評価することができる。   Specifically, in the residual stress evaluation apparatus 1 according to the first embodiment, the transmission probe 2 outputs the SH wave and the SV wave at the same time, excites the Rayleigh wave and the surface SH wave at the same time, and the reception probe 3 The Rayleigh wave and the surface SH wave were received simultaneously. However, the transmission probe 2 may output the SH wave and the SV wave separately instead of simultaneously, and the reception probe 3 may receive the Rayleigh wave and the surface SH wave separately instead of simultaneously. Even if the ultrasonic waves are transmitted and received separately, the propagation paths of the Rayleigh wave and the surface SH wave are the same, so the residual stress existing in the surface layer of the measurement sample W can be evaluated according to the above-described equation (3).

1,10,100,500 残留応力評価装置
2,2a,200,800 送信探触子
3,9,300,900 受信探触子
4 パルス発生器
5,6,600 増幅器
7 波形採取装置
8 評価装置
20,20a,20b,820 圧電素子
21,21a,31,91,821,931 超音波伝搬媒体
22,22a,822 超音波送出面
30,30a,30b,90,90a,90b,930 圧電素子
32,92,932 超音波入射面
110 送受信制御部
120 信号処理装置
130a,130b 電磁石電源
400a,400b,400c 電磁超音波センサ
410 コイル
W 測定試料
1, 10, 100, 500 Residual stress evaluation device 2, 2a, 200, 800 Transmitting probe 3, 9, 300, 900 Reception probe 4 Pulse generator 5, 6,600 Amplifier 7 Waveform sampling device 8 Evaluation device 20, 20a, 20b, 820 Piezoelectric element
21, 21a, 31, 91, 821, 931 Ultrasonic propagation medium 22, 22a, 822 Ultrasonic transmission surface 30, 30a, 30b, 90, 90a, 90b, 930 Piezoelectric element 32, 92, 932 Ultrasonic incident surface 110 Transmission / reception Control unit 120 Signal processing device 130a, 130b Electromagnet power supply 400a, 400b, 400c Electromagnetic ultrasonic sensor 410 Coil W Measurement sample

Claims (19)

被検体試料の表層に存在する残留応力を、前記被検査試料の表層を伝搬する超音波の伝搬時間に基づいて評価する残留応力評価方法であって、
振動形態の異なる複数種類の超音波を前記被検査試料の表層へ送出することで、被検査試料の表層に振動形態の異なる複数種類の伝搬超音波を励振する送出ステップと、
前記被検査試料の表層を伝搬する前記複数種類の伝搬超音波を受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信された複数種類の伝搬超音波の各々の伝搬時間を算出し、当該算出された伝搬時間に基づいて前記残留応力を評価する評価ステップと、を備えることを特徴とする残留応力評価方法。
A residual stress evaluation method for evaluating a residual stress existing in a surface layer of an object sample based on a propagation time of an ultrasonic wave propagating through the surface layer of the object sample,
Sending out a plurality of types of ultrasonic waves having different vibration forms to the surface layer of the sample to be inspected by sending a plurality of types of ultrasonic waves having different vibration forms to the surface layer of the sample to be inspected;
A receiving step of receiving the plurality of types of propagating ultrasonic waves propagating through the surface layer of the sample to be inspected;
Calculating a propagation time of each of the plurality of types of propagation ultrasonic waves received in the receiving step, and evaluating the residual stress based on the calculated propagation time; Evaluation method.
前記送出ステップが、前記複数種類の超音波を、前記被検体試料の表面上の第1の位置へ送出し、
前記受信ステップが、前記複数種類の伝搬超音波を、前記被検体試料の表面上の前記第1の位置とは異なる第2の位置から受信することを特徴とする請求項1に記載の残留応力評価方法。
The sending step sends the plurality of types of ultrasonic waves to a first position on the surface of the subject sample,
2. The residual stress according to claim 1, wherein the receiving step receives the plurality of types of propagation ultrasonic waves from a second position different from the first position on the surface of the subject sample. Evaluation method.
前記受信ステップで受信される前記複数種類の伝搬超音波が、レーリ波及び表面SH波であることを特徴とする請求項1又は2に記載の残留応力評価方法。   The residual stress evaluation method according to claim 1 or 2, wherein the plurality of types of propagating ultrasonic waves received in the receiving step are Rayleigh waves and surface SH waves. 前記送出ステップが、前記複数種類の超音波として、SH波及びSV波を送出し、
前記受信ステップが、前記複数種類の伝搬超音波として、前記送出ステップで送出されたSH波及びSV波によって励振されて伝搬したレーリ波及び表面SH波を受信することを特徴とする請求項1又は2に記載の残留応力評価方法。
The sending step sends SH waves and SV waves as the plurality of types of ultrasonic waves,
The receiving step receives the Rayleigh wave and the surface SH wave propagated by being excited by the SH wave and SV wave transmitted in the transmitting step as the plurality of types of propagating ultrasonic waves. The residual stress evaluation method according to 2.
前記受信ステップが、前記伝搬したレーリ波及び表面SH波の前記第2の位置からの出射角に応じて、当該レーリ波及び表面SH波をそれぞれ異なる位置で受信することを特徴とする請求項4に記載の残留応力評価方法。   5. The receiving step receives the Rayleigh wave and the surface SH wave at different positions according to the outgoing angles of the propagated Rayleigh wave and the surface SH wave from the second position, respectively. The residual stress evaluation method described in 1. 前記受信ステップが、前記レーリ波を縦波として検出するとともに、前記表面SH波を横波として検出することを特徴とする請求項5に記載の残留応力評価方法。   The residual stress evaluation method according to claim 5, wherein the receiving step detects the Rayleigh wave as a longitudinal wave and detects the surface SH wave as a transverse wave. 前記受信ステップで受信される前記複数種類の伝搬超音波が、レーリ波及び表面SV波であることを特徴とする請求項1又は2に記載の残留応力評価方法。   The residual stress evaluation method according to claim 1 or 2, wherein the plurality of types of propagating ultrasonic waves received in the receiving step are Rayleigh waves and surface SV waves. 前記送出ステップが、縦波あるいは横波の単一振動子より、縦波あるいはSV波を送出することにより前記被検査試料に、前記複数種類の伝搬超音波としてレーリ波及び表面SV波を励振させる形態であり、
前記受信ステップが、励振されて伝搬したレーリ波及び表面SV波の受信を、単一の縦波あるいは横波振動子で受信することを特徴とする請求項7記載の残留応力評価方法。
A mode in which the sending step excites a Rayleigh wave and a surface SV wave as the plurality of kinds of propagating ultrasonic waves to the sample to be inspected by sending a longitudinal wave or an SV wave from a longitudinal vibrator or a transverse oscillator. And
8. The residual stress evaluation method according to claim 7, wherein the receiving step receives the reception of the Rayleigh wave and the surface SV wave propagated by excitation with a single longitudinal wave or transverse wave vibrator.
被検体試料の表層に存在する残留応力を、前記被検査試料の表層を伝搬する超音波の伝搬時間に基づいて評価する残留応力評価装置であって、
振動形態の異なる複数種類の超音波を前記被検査試料の表層へ送出することで、被検査試料の表層に振動形態の異なる複数種類の伝搬超音波を励振する送出部と、
前記被検査試料の表層を伝搬する前記複数種類の伝搬超音波を受信する受信部と、
前記受信部で受信された複数種類の伝搬超音波の各々の伝搬時間を算出し、当該算出された伝搬時間に基づいて前記残留応力を評価する評価部と、を備えることを特徴とする残留応力評価装置。
A residual stress evaluation apparatus that evaluates residual stress existing in a surface layer of a specimen sample based on a propagation time of an ultrasonic wave propagating through the surface layer of the specimen sample,
Sending out a plurality of types of ultrasonic waves having different vibration forms to the surface layer of the sample to be inspected, thereby exciting a plurality of types of propagation ultrasonic waves having different vibration forms to the surface layer of the sample to be inspected,
A receiving unit for receiving the plurality of types of propagation ultrasonic waves propagating on the surface layer of the sample to be inspected;
A residual stress, comprising: an evaluation unit that calculates a propagation time of each of a plurality of types of propagation ultrasonic waves received by the receiving unit, and evaluates the residual stress based on the calculated propagation time. Evaluation device.
前記送出部が、前記複数種類の超音波を、前記被検体試料の表面上の第1の位置へ送出し、
前記受信部が、前記複数種類の伝搬超音波を、前記第1の位置とは異なる前記被検体試料の表面上の第2の位置から受信することを特徴とする請求項9に記載の残留応力評価装置。
The delivery unit sends the plurality of types of ultrasonic waves to a first position on the surface of the subject sample;
10. The residual stress according to claim 9, wherein the receiving unit receives the plurality of types of propagation ultrasonic waves from a second position on a surface of the subject sample different from the first position. Evaluation device.
前記送出部が、前記複数種類の超音波を送出する単一の第1超音波振動子を有し、
前記受信部が、前記複数種類の伝搬超音波を受信する単一の第1超音波振動子を有することを特徴とする請求項9又は10に記載の残留応力評価装置。
The sending unit has a single first ultrasonic transducer for sending the plurality of types of ultrasonic waves,
The residual stress evaluation apparatus according to claim 9 or 10, wherein the reception unit includes a single first ultrasonic transducer that receives the plurality of types of propagation ultrasonic waves.
前記受信部で受信される前記複数種類の伝搬超音波が、レーリ波及び表面SH波であることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の残留応力評価装置。   The residual stress evaluation apparatus according to claim 9, wherein the plurality of types of propagation ultrasonic waves received by the receiving unit are Rayleigh waves and surface SH waves. 前記送出部が、前記複数種類の超音波として、SH波及びSV波を送出し、
前記受信部が、前記複数種類の伝搬超音波として、前記送出部で送出されたSH波及びSV波によって励振されて伝搬したレーリ波及び表面SH波を受信することを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の残留応力評価装置。
The sending unit sends out SH waves and SV waves as the plurality of types of ultrasonic waves,
The receiving unit receives, as the plurality of types of propagation ultrasonic waves, Rayleigh waves and surface SH waves that are propagated by being excited by SH waves and SV waves transmitted by the transmitting unit. The residual stress evaluation apparatus according to any one of 11.
前記送出部が、前記複数種類の超音波を送出する単一の第1超音波振動子を有し、
前記受信部が、前記伝搬したレーリ波の前記第2の位置からの出射角に応じた位置に設けられて前記レーリ波を受信する第2超音波振動子と、前記第2超音波振動子とは異なる超音波振動子であって、前記伝搬した表面SH波の前記第2の位置からの出射角に応じた位置に設けられて前記SH波を受信する第3超音波振動子と、を有することを特徴とする請求項9又は10に記載の残留応力評価装置。
The sending unit has a single first ultrasonic transducer for sending the plurality of types of ultrasonic waves,
A second ultrasonic transducer configured to receive the Rayleigh wave provided at a position corresponding to an outgoing angle of the propagated Rayleigh wave from the second position; and the second ultrasonic transducer; Is a different ultrasonic transducer, and is provided at a position corresponding to an outgoing angle of the propagated surface SH wave from the second position, and receives a third ultrasonic transducer. The residual stress evaluation apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that
前記送出部が、前記第1の位置へSV波を送出する第4超音波振動子と、前記第4超音波振動子とは異なる角度で超音波を送出する超音波振動子であって、前記第1の位置へ前記SH波を送出する第5超音波振動子と、を有し、
前記受信部が、前記伝搬したレーリ波の前記第2の位置からの出射角に応じた位置に設けられて前記レーリ波を受信する第2超音波振動子と、前記第2超音波振動子とは異なる超音波振動子であって、前記伝搬した表面SH波の前記第2の位置からの出射角に応じた位置に設けられて前記SH波を受信する第3超音波振動子と、を有することを特徴とする請求項9又は10に記載の残留応力評価装置。
The transmitting unit is a fourth ultrasonic transducer for transmitting SV waves to the first position, and an ultrasonic transducer for transmitting ultrasonic waves at an angle different from the fourth ultrasonic transducer, A fifth ultrasonic transducer for sending the SH wave to a first position;
A second ultrasonic transducer configured to receive the Rayleigh wave provided at a position corresponding to an outgoing angle of the propagated Rayleigh wave from the second position; and the second ultrasonic transducer; Is a different ultrasonic transducer, and is provided at a position corresponding to an outgoing angle of the propagated surface SH wave from the second position, and receives a third ultrasonic transducer. The residual stress evaluation apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that
前記第2超音波振動子が、前記レーリ波を縦波として受信し、
前記第3超音波振動子が、前記SH波を横波として受信することを特徴とする請求項14又は15に記載の残留応力評価装置。
The second ultrasonic transducer receives the Rayleigh wave as a longitudinal wave;
The residual stress evaluation apparatus according to claim 14 or 15, wherein the third ultrasonic transducer receives the SH wave as a transverse wave.
前記送出部が、電磁超音波センサで構成され、
前記受信部が、電磁超音波センサで構成されることを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の残留応力評価装置。
The delivery unit is composed of an electromagnetic ultrasonic sensor,
The residual stress evaluation apparatus according to claim 9, wherein the receiving unit is configured by an electromagnetic ultrasonic sensor.
前記受信部で受信される前記複数種類の伝搬超音波が、レーリ波及び表面SV波であることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の残留応力評価装置。   The residual stress evaluation apparatus according to claim 9, wherein the plurality of types of propagation ultrasonic waves received by the receiving unit are Rayleigh waves and surface SV waves. 前記送出部が、縦波あるいは横波の単一振動子で構成され、
前記受信部が、縦波あるいは横波の単一振動子で構成されることを特徴とする請求項18に記載の残留応力評価装置。
The sending unit is composed of a single oscillator of longitudinal waves or transverse waves,
The residual stress evaluation apparatus according to claim 18, wherein the receiving unit is configured by a single oscillator of a longitudinal wave or a transverse wave.
JP2014255128A 2013-12-24 2014-12-17 Residual stress evaluation method and residual stress evaluation apparatus Expired - Fee Related JP6362533B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014255128A JP6362533B2 (en) 2013-12-24 2014-12-17 Residual stress evaluation method and residual stress evaluation apparatus

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013265399 2013-12-24
JP2013265399 2013-12-24
JP2014078654 2014-04-07
JP2014078654 2014-04-07
JP2014255128A JP6362533B2 (en) 2013-12-24 2014-12-17 Residual stress evaluation method and residual stress evaluation apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015206782A true JP2015206782A (en) 2015-11-19
JP6362533B2 JP6362533B2 (en) 2018-07-25

Family

ID=54603654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014255128A Expired - Fee Related JP6362533B2 (en) 2013-12-24 2014-12-17 Residual stress evaluation method and residual stress evaluation apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6362533B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105651439A (en) * 2015-12-29 2016-06-08 西安交通大学 Electromagnetic ultrasonic residual stress and strain detection method based on Rayleigh wave polarization
WO2017063098A1 (en) * 2015-10-13 2017-04-20 Universidad De Santiago De Chile Method for measuring applied or residual uniaxial and biaxial nominal stresses on a part by means of the poisson ratio determined by means of ultrasound
CN106840495A (en) * 2017-02-27 2017-06-13 天津大学 A kind of method for characterizing glass surface residual stress
JP2018179718A (en) * 2017-04-12 2018-11-15 株式会社神戸製鋼所 Residual stress measurement method
CN111157628A (en) * 2020-01-22 2020-05-15 河北工业大学 Electromagnetic ultrasonic excitation device for depth stress detection
JP2020153810A (en) * 2019-03-20 2020-09-24 三菱電機株式会社 Liquid detection method and liquid detection device
CN112639442A (en) * 2018-11-07 2021-04-09 新东工业株式会社 Deterioration evaluation method
CN112710731A (en) * 2020-11-23 2021-04-27 合肥通用机械研究院有限公司 Electromagnetic ultrasonic transducer and defect detection method based on same
CN114034420A (en) * 2021-10-20 2022-02-11 哈尔滨工业大学 Linkage device with synchronously adjustable distance and angle, transceiving module, plane stress field detection device and plane stress field detection method
CN114113344A (en) * 2021-11-11 2022-03-01 大连理工大学 Electromagnetic ultrasonic stress measurement system and use method

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53121675A (en) * 1977-03-31 1978-10-24 Hitachi Ltd Method and apparatus of measuring surface stress
JPS582743A (en) * 1981-06-30 1983-01-08 Mitsubishi Electric Corp Ultrasonic probe
JPH01229925A (en) * 1988-03-09 1989-09-13 Tokyo Gas Co Ltd Ultrasonic applied stress measuring probe
JPH11218452A (en) * 1997-11-25 1999-08-10 Toyota Motor Corp Method and apparatus for measuring axial tension
JP2001083125A (en) * 1999-09-14 2001-03-30 Hitachi Ltd Method and device for controlling direction of ultrasonic vibration and material deterioration diagnostic device
JP2003130851A (en) * 2001-10-26 2003-05-08 Toshiba Tungaloy Co Ltd Elastic parameter measuring device for material surface and coating layer
US20030221489A1 (en) * 2002-05-31 2003-12-04 General Electric Company Method and apparatus for measuring surface wave traveling time
JP2007232634A (en) * 2006-03-02 2007-09-13 Toshiba Corp Stress measurement apparatus and its measurement method
JP2008014911A (en) * 2006-07-10 2008-01-24 Mitsubishi Electric Corp Ultrasonic flaw detector and ultrasonic flaw detection method
JP2011196953A (en) * 2010-03-23 2011-10-06 Nippon Steel Corp Residual stress calculating device, residual stress measuring device, method of calculating residual stress, method of measuring residual stress and program

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53121675A (en) * 1977-03-31 1978-10-24 Hitachi Ltd Method and apparatus of measuring surface stress
JPS582743A (en) * 1981-06-30 1983-01-08 Mitsubishi Electric Corp Ultrasonic probe
JPH01229925A (en) * 1988-03-09 1989-09-13 Tokyo Gas Co Ltd Ultrasonic applied stress measuring probe
JPH11218452A (en) * 1997-11-25 1999-08-10 Toyota Motor Corp Method and apparatus for measuring axial tension
JP2001083125A (en) * 1999-09-14 2001-03-30 Hitachi Ltd Method and device for controlling direction of ultrasonic vibration and material deterioration diagnostic device
JP2003130851A (en) * 2001-10-26 2003-05-08 Toshiba Tungaloy Co Ltd Elastic parameter measuring device for material surface and coating layer
US20030221489A1 (en) * 2002-05-31 2003-12-04 General Electric Company Method and apparatus for measuring surface wave traveling time
JP2007232634A (en) * 2006-03-02 2007-09-13 Toshiba Corp Stress measurement apparatus and its measurement method
JP2008014911A (en) * 2006-07-10 2008-01-24 Mitsubishi Electric Corp Ultrasonic flaw detector and ultrasonic flaw detection method
JP2011196953A (en) * 2010-03-23 2011-10-06 Nippon Steel Corp Residual stress calculating device, residual stress measuring device, method of calculating residual stress, method of measuring residual stress and program

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017063098A1 (en) * 2015-10-13 2017-04-20 Universidad De Santiago De Chile Method for measuring applied or residual uniaxial and biaxial nominal stresses on a part by means of the poisson ratio determined by means of ultrasound
CN105651439A (en) * 2015-12-29 2016-06-08 西安交通大学 Electromagnetic ultrasonic residual stress and strain detection method based on Rayleigh wave polarization
CN105651439B (en) * 2015-12-29 2018-07-06 西安交通大学 Based on the polarized electromagnetic acoustic residual stress and strain detection method of Rayleigh wave polarization
CN106840495A (en) * 2017-02-27 2017-06-13 天津大学 A kind of method for characterizing glass surface residual stress
JP2018179718A (en) * 2017-04-12 2018-11-15 株式会社神戸製鋼所 Residual stress measurement method
CN112639442A (en) * 2018-11-07 2021-04-09 新东工业株式会社 Deterioration evaluation method
JP2020153810A (en) * 2019-03-20 2020-09-24 三菱電機株式会社 Liquid detection method and liquid detection device
JP7236893B2 (en) 2019-03-20 2023-03-10 三菱電機株式会社 Liquid detection method and liquid detection device
CN111157628A (en) * 2020-01-22 2020-05-15 河北工业大学 Electromagnetic ultrasonic excitation device for depth stress detection
CN112710731A (en) * 2020-11-23 2021-04-27 合肥通用机械研究院有限公司 Electromagnetic ultrasonic transducer and defect detection method based on same
CN112710731B (en) * 2020-11-23 2023-11-24 合肥通用机械研究院有限公司 Electromagnetic ultrasonic transducer and defect detection method based on same
CN114034420A (en) * 2021-10-20 2022-02-11 哈尔滨工业大学 Linkage device with synchronously adjustable distance and angle, transceiving module, plane stress field detection device and plane stress field detection method
CN114113344A (en) * 2021-11-11 2022-03-01 大连理工大学 Electromagnetic ultrasonic stress measurement system and use method
CN114113344B (en) * 2021-11-11 2023-11-07 大连理工大学 Electromagnetic ultrasonic stress measurement system and use method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP6362533B2 (en) 2018-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6362533B2 (en) Residual stress evaluation method and residual stress evaluation apparatus
KR100561215B1 (en) Magnetostrictive Transducer for Generating and Sensing Elastic Ultrasonic waves, and Apparatus for Structural Diagnosis Using It
US10473624B2 (en) Shear wave sensors for acoustic emission and hybrid guided wave testing
Ma et al. Excitation and detection of shear horizontal waves with electromagnetic acoustic transducers for nondestructive testing of plates
Ogi et al. Line-focusing of ultrasonic SV wave by electromagnetic acoustic transducer
Agarwal et al. Damage localization in piezo-ceramic using ultrasonic waves excited by dual point contact excitation and detection scheme
WO2015159378A1 (en) Ultrasonic inspection device and ultrasonic inspection method
JP4183366B2 (en) Phased array ultrasonic flaw detector
Büyüköztürk et al. Embedded NDT with piezoelectric wafer active sensors
Dixon et al. The wave-field from an array of periodic emitters driven simultaneously by a broadband pulse
JP4795925B2 (en) Ultrasonic thickness measurement method and apparatus
KR101328061B1 (en) Magnetostrictive transducer for omni-directional shear horizontal wave transduction
US20110247419A1 (en) Time reversal acoustic noncontact source
US20230228717A1 (en) Method for non-destructively testing objects, in particular planar objects, made of a fibre-reinforced composite material
JP6529853B2 (en) Residual stress evaluation method
Pei et al. Analysis of the directivity of longitudinal waves based on double-fold coil phased EMAT
KR101253965B1 (en) Uni-directional ultrasonic transducer
Yu et al. Piezoelectric wafer active sensor guided wave imaging
JP4500895B2 (en) Non-linear electromagnetic ultrasonic sensor, micro-scratch detection apparatus using the same, and micro-scratch detection method
JP7222365B2 (en) SUBJECT THICKNESS MEASURING DEVICE AND THICKNESS MEASURING METHOD
JP4631055B2 (en) Stress evaluation method and apparatus using surface acoustic waves
US20240125742A1 (en) Defect sizing combining fixed wavelength and variable wavelength guided waves
JP5240218B2 (en) Crystal grain size measuring apparatus, method and program
Hirao et al. Available EMATs
Zennaro et al. Parametric investigation of a transducer for guided wave applications

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160901

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170414

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170509

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170704

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180109

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180213

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180626

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180626

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6362533

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees