JP2923059B2 - 定在波電磁超音波発生検出装置 - Google Patents
定在波電磁超音波発生検出装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は厚さ数１００μm 以下
の薄い板、箔等の材料、あるいは各種材料、部品、構造
物等の表面につけられた厚さ数１００μm 以下のコーテ
ィング層の、厚さ、欠陥、材料特性等を迅速且つ非破壊
的に測定するための方法及び装置に関する。
の薄い板、箔等の材料、あるいは各種材料、部品、構造
物等の表面につけられた厚さ数１００μm 以下のコーテ
ィング層の、厚さ、欠陥、材料特性等を迅速且つ非破壊
的に測定するための方法及び装置に関する。
【０００２】ステンレス箔、チタン箔等の金属箔は近年
各産業分野で用途が広がりつつある。例えば建築物の内
装材料、自動車等に使用される薄肉パイプの材料、各種
電子部品用材料等である。また切削用バイト、精密金
型、高温ガスタービン翼、宇宙航空用軸受、核融合炉壁
等の厳しい条件で使用される部品の耐熱、耐摩耗、耐腐
食等の目的でこれらの表面にメタリック、セラミック、
ＴｉＮ，ＴｉＣ，ダイアモンド等の数１００μm 以下の
コーティングをつける技術が開発されている。
各産業分野で用途が広がりつつある。例えば建築物の内
装材料、自動車等に使用される薄肉パイプの材料、各種
電子部品用材料等である。また切削用バイト、精密金
型、高温ガスタービン翼、宇宙航空用軸受、核融合炉壁
等の厳しい条件で使用される部品の耐熱、耐摩耗、耐腐
食等の目的でこれらの表面にメタリック、セラミック、
ＴｉＮ，ＴｉＣ，ダイアモンド等の数１００μm 以下の
コーティングをつける技術が開発されている。
【０００３】上記の薄い板、箔、コーティング層の厚さ
はこれらの正常な機能に密接な関係があり、あらかじめ
定められた範囲にあることが必要である。またこれらに
クラック等の欠陥があるとこれら部品の破壊につながる
ため欠陥がないことが要求される。さらにコーティング
においては基盤材料との間の剥離は重大な欠陥でありこ
れのないことが要求される。このため厚さ数１００μm
以下の薄い板、箔等の材料、あるいは各種材料、部品、
構造物等の表面につけられた厚さ数１００μm以下のコ
ーティング層の厚さ、欠陥、材料特性等を迅速且つ非破
壊的に測定するための方法及び装置が求められている。
はこれらの正常な機能に密接な関係があり、あらかじめ
定められた範囲にあることが必要である。またこれらに
クラック等の欠陥があるとこれら部品の破壊につながる
ため欠陥がないことが要求される。さらにコーティング
においては基盤材料との間の剥離は重大な欠陥でありこ
れのないことが要求される。このため厚さ数１００μm
以下の薄い板、箔等の材料、あるいは各種材料、部品、
構造物等の表面につけられた厚さ数１００μm以下のコ
ーティング層の厚さ、欠陥、材料特性等を迅速且つ非破
壊的に測定するための方法及び装置が求められている。
【０００４】
【従来の技術】従来から非破壊的な厚さ測定、欠陥検出
のために超音波がよく利用されている。厚さ１mm以下の
金属板の厚さ測定、材質測定、あるいは欠陥検出には、
音響結合媒質を必要としない定在波電磁超音波が適して
いることが既に知られている。［（１）「冷延薄鋼板の
材質の測定法及び冷延薄鋼板中を伝播する超音波速度の
測定装置」特願平１−２９７５５号，（２）「Nondestr
uctive Characterization of texture and plastic str
ain ratio of metal sheets with electromagnetic aco
ustic transducers 」，by K.Kawashima,J.Acoust.Soc.
Am.87(2)，６８１−６９０）。次にこれを説明する。
のために超音波がよく利用されている。厚さ１mm以下の
金属板の厚さ測定、材質測定、あるいは欠陥検出には、
音響結合媒質を必要としない定在波電磁超音波が適して
いることが既に知られている。［（１）「冷延薄鋼板の
材質の測定法及び冷延薄鋼板中を伝播する超音波速度の
測定装置」特願平１−２９７５５号，（２）「Nondestr
uctive Characterization of texture and plastic str
ain ratio of metal sheets with electromagnetic aco
ustic transducers 」，by K.Kawashima,J.Acoust.Soc.
Am.87(2)，６８１−６９０）。次にこれを説明する。
【０００５】図１にこの定在波電磁超音波法のための電
磁超音波探触子を示す。図１（ａ）は正面から見た断面
図である。この電磁超音波探触子は回転対称構造を有す
る。１は回転対称軸である。図１（ｂ）は上から見たも
のでありこの電磁超音波探触子によって生ずる渦電流，
電磁力等を示している。図１（ａ）に示す偏平な円形コ
イル２に高周波電流を流すと薄鋼板３中には渦電流Ｉφ
が誘起する。一方永久磁石４によって薄鋼板中に磁界５
が生じている。磁界は薄鋼板の表面に垂直な成分Ｂｚ
と、薄鋼板の表面に平行且つ放射状に分布する成分Ｂｒ
を有している。ＩφとＢｚの相互作用により薄鋼板の表
面に平行且つ放射状に分布する電磁力Ｆｒが生じる。ま
たＩφとＢｒの相互作用により薄鋼板の表面に垂直な電
磁力Ｆｚが生じる。電磁力Ｆｒは圧延方向に平行な成分
Ｆｘと圧延方向に垂直な成分Ｆｙに分けることが出来
る。Ｆｚにより板厚方向に伝播する音速がＶｚｚである
縦波が発生し、Ｆｘにより圧延方向に偏向し板厚方向に
伝播する音速がＶｚｘである横波が発生し、Ｆｙにより
圧延方向と直角の方向に偏向し板厚方向に伝播する音速
Ｖｚｙである横波が発生する。こうして発生した超音波
は逆の物理的過程で検出される。さてコイルに流す高周
波電流の周波数とこれによって発生する超音波の周波数
は同じである。この周波数が次の数式１を満足する場合
に厚さｄの薄鋼板の中に超音波の定在波が生じる。ｍ，
ｎは正の整数である。
磁超音波探触子を示す。図１（ａ）は正面から見た断面
図である。この電磁超音波探触子は回転対称構造を有す
る。１は回転対称軸である。図１（ｂ）は上から見たも
のでありこの電磁超音波探触子によって生ずる渦電流，
電磁力等を示している。図１（ａ）に示す偏平な円形コ
イル２に高周波電流を流すと薄鋼板３中には渦電流Ｉφ
が誘起する。一方永久磁石４によって薄鋼板中に磁界５
が生じている。磁界は薄鋼板の表面に垂直な成分Ｂｚ
と、薄鋼板の表面に平行且つ放射状に分布する成分Ｂｒ
を有している。ＩφとＢｚの相互作用により薄鋼板の表
面に平行且つ放射状に分布する電磁力Ｆｒが生じる。ま
たＩφとＢｒの相互作用により薄鋼板の表面に垂直な電
磁力Ｆｚが生じる。電磁力Ｆｒは圧延方向に平行な成分
Ｆｘと圧延方向に垂直な成分Ｆｙに分けることが出来
る。Ｆｚにより板厚方向に伝播する音速がＶｚｚである
縦波が発生し、Ｆｘにより圧延方向に偏向し板厚方向に
伝播する音速がＶｚｘである横波が発生し、Ｆｙにより
圧延方向と直角の方向に偏向し板厚方向に伝播する音速
Ｖｚｙである横波が発生する。こうして発生した超音波
は逆の物理的過程で検出される。さてコイルに流す高周
波電流の周波数とこれによって発生する超音波の周波数
は同じである。この周波数が次の数式１を満足する場合
に厚さｄの薄鋼板の中に超音波の定在波が生じる。ｍ，
ｎは正の整数である。
【０００６】
【数１】
【０００７】コイルに流す高周波電流の周波数を掃引し
ながら上記のような過程に従って超音波を発生させ且つ
検出し、検出された超音波が極大となるときの周波数を
記録することにより数式１で表される周波数を得ること
ができる。数式１より、ｄが薄い場合は周波数が高くな
ることがわかる。しかしながら上記引用文献によれば使
用された最高の周波数はたかだか２２MHz にすぎない。
これでは例えば被検材料が鉄である場合には音速が約５
８００m/s であるため数式１によれば適用し得る最小の
厚さｄは約１３２μm である。このためこれより薄い
板、箔、コーティング層の測定に利用することはできな
い。
ながら上記のような過程に従って超音波を発生させ且つ
検出し、検出された超音波が極大となるときの周波数を
記録することにより数式１で表される周波数を得ること
ができる。数式１より、ｄが薄い場合は周波数が高くな
ることがわかる。しかしながら上記引用文献によれば使
用された最高の周波数はたかだか２２MHz にすぎない。
これでは例えば被検材料が鉄である場合には音速が約５
８００m/s であるため数式１によれば適用し得る最小の
厚さｄは約１３２μm である。このためこれより薄い
板、箔、コーティング層の測定に利用することはできな
い。
【０００８】
【発明が解決すべき課題】本発明は上記問題点に鑑み超
高周波の定在波電磁超音波法により厚さ数１００μm 以
下の薄い板、箔等の材料あるいは各種材料、部品、構造
物等の表面につけられた厚さ数１００μm 以下のコーテ
ィング層の、厚さ、欠陥材料等を迅速且つ非破壊的に測
定するための方法及び装置を提供することを目的とす
る。
高周波の定在波電磁超音波法により厚さ数１００μm 以
下の薄い板、箔等の材料あるいは各種材料、部品、構造
物等の表面につけられた厚さ数１００μm 以下のコーテ
ィング層の、厚さ、欠陥材料等を迅速且つ非破壊的に測
定するための方法及び装置を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに理論解析ならびに多数の実験を行い、定在波電磁超
音波法を超高周波数化できる条件を探った。その結果、
定在波電磁超音波法に使用されるコイルの面積並びに巻
数が適正な範囲にあることが必要であることを発見し
た。これに基づく本発明の要旨は、被検物に渦電流なら
びに磁界を与えてこれらの相互作用により生ずる電磁力
により該被検物に非接触的に定在波電磁超音波を発生さ
せ、また該定在波電磁超音波と該磁界との相互作用によ
り生ずる新たな渦電流を非接触的に検出する定在波電磁
超音波発生検出装置において、磁界発生装置と、面積が
０．０１cm 2 以上且つ１cm 2 以下で巻数が１以上且つ１
０以下であるコイルと、可変周波数電流発生器と、該可
変周波数電流発生器の出力を断続的に通過させる発生用
スイッチ回路と、可変周波数増幅器と、該可変周波数増
幅器への入力を断続的に通過させる検出用スイッチ回路
とからなる定在波電磁超音波発生検出装置である。
めに理論解析ならびに多数の実験を行い、定在波電磁超
音波法を超高周波数化できる条件を探った。その結果、
定在波電磁超音波法に使用されるコイルの面積並びに巻
数が適正な範囲にあることが必要であることを発見し
た。これに基づく本発明の要旨は、被検物に渦電流なら
びに磁界を与えてこれらの相互作用により生ずる電磁力
により該被検物に非接触的に定在波電磁超音波を発生さ
せ、また該定在波電磁超音波と該磁界との相互作用によ
り生ずる新たな渦電流を非接触的に検出する定在波電磁
超音波発生検出装置において、磁界発生装置と、面積が
０．０１cm 2 以上且つ１cm 2 以下で巻数が１以上且つ１
０以下であるコイルと、可変周波数電流発生器と、該可
変周波数電流発生器の出力を断続的に通過させる発生用
スイッチ回路と、可変周波数増幅器と、該可変周波数増
幅器への入力を断続的に通過させる検出用スイッチ回路
とからなる定在波電磁超音波発生検出装置である。
【００１０】
【作用及び実施例】以下実施例により説明する。図２は
定在波電磁超音波の発生を説明する図である。図２
（ｂ）において６は厚さ５２μm の鉄箔である。７はＵ
字形の永久磁石である。８は角形の偏平なコイルであり
巻数は４、サイズは１０mm×１０mmである。図２（ａ）
は同コイルを上方からみた図である。９は可変周波数の
電流発生器である。１０は可変周波数の増幅器である。
１１は周波数掃引器であり可変周波数電流発生器９と可
変周波数増幅器１０の周波数が常に同じであるように保
ちながら周波数を掃引する。１２は発生用スイッチ回
路、１３は検出用スイッチ回路でありこれらの開閉タイ
ミングはスイッチ回路制御器１４によりコントロールさ
れている。１５はコンピューターシステムであり周波数
掃引器１１、スイッチ回路制御器１４をコントロールす
ると共に可変周波数増幅器１０のアナログ出力を取入れ
ディジタルデータとする。表示器１６はこうして得られ
たデータを表示するための装置でありＸＹプロッターで
もよくブラウン管表示器でもよい。
定在波電磁超音波の発生を説明する図である。図２
（ｂ）において６は厚さ５２μm の鉄箔である。７はＵ
字形の永久磁石である。８は角形の偏平なコイルであり
巻数は４、サイズは１０mm×１０mmである。図２（ａ）
は同コイルを上方からみた図である。９は可変周波数の
電流発生器である。１０は可変周波数の増幅器である。
１１は周波数掃引器であり可変周波数電流発生器９と可
変周波数増幅器１０の周波数が常に同じであるように保
ちながら周波数を掃引する。１２は発生用スイッチ回
路、１３は検出用スイッチ回路でありこれらの開閉タイ
ミングはスイッチ回路制御器１４によりコントロールさ
れている。１５はコンピューターシステムであり周波数
掃引器１１、スイッチ回路制御器１４をコントロールす
ると共に可変周波数増幅器１０のアナログ出力を取入れ
ディジタルデータとする。表示器１６はこうして得られ
たデータを表示するための装置でありＸＹプロッターで
もよくブラウン管表示器でもよい。
【００１１】コイル８は発生用スイッチ回路１２と検出
用スイッチ回路１３につながれている。まず発生用スイ
ッチ回路１２が開かれ約５μs 後に閉じられる。その直
後に検出用スイッチ回路１３が開かれ約３μs 後に閉じ
られる。このようなスイッチ回路の開閉が約１００μs
毎に繰り返される。一方、周波数掃引器１１による可変
周波数電流発生器９と可変周波数増幅器１０の周波数掃
引は発生用スイッチ回路１２が開いている短時間（５μ
s ）内では周波数の変化が無視できる程度の掃引スピー
ドでおこなわれる。コイル８には可変周波数電流発生器
９とこれにつながれた発生用スイッチ回路１２を通して
高周波電流が流れ、さらに電磁誘導により鉄箔６に渦電
流１７が流れる。渦電流は鉄箔の表面近傍にコイル８と
ほぼ同じ形状に分布して流れるが、ここでは紙面に垂直
の方向に流れる渦電流のみが利用される。渦電流１７と
Ｕ字形の永久磁石７により発生している磁束１８との相
互作用によりローレンツ力１９が発生する。ローレンツ
力１９により縦波超音波が発生するがこれは発生用スイ
ッチ回路１２が開いている約５μs の間持続する。縦波
超音波が鉄箔の厚さｄを往復する時間ｔは縦波超音波音
速をＶｚｚとするとｔ＝２ｄ／Ｖｚｚで表される。ｄ＝
５２μm ＝５２×１０-6ｍ、Ｖｚｚ＝５７５０m/s であ
るので往復時間ｔは約０．０１８μs となる。縦波超音
波の発生持続時間である約５μs は縦波超音波の往復時
間０．０１８μs より大きいため往復する超音波が重な
って干渉し周波数が次の式を満足するときに定在波２０
が発生する。 ｆ＝ｍ（Ｖｚｚ／２ｄ） 図３は定在波電磁超音波の検出を説明する図である。発
生用スイッチ回路１２が閉じると同時に縦波超音波は新
たに発生しなくなるが定在波はこれと同時に瞬間に消滅
するわけではなく、時間と共に減衰していくが短時間は
残っている。２１は発生用スイッチ回路１２を閉じた直
後の定在波の分布を、２２は短時間経過後の定在波の分
布を示している。２３は定在波の振動を示している。こ
の定在波の振動は磁束１８との相互作用により新たな渦
電流２４を発生させ、これが電磁誘導によりコイル８に
電圧を発生させる。これは検出用スイッチ回路１３を通
って可変周波数増幅器１０により増幅される。このよう
な超音波の発生と検出を時間的にずらしてそれぞれ断続
的に行う理由を次に説明する。１つのコイルに発生と検
出を兼ねさせ且つ発生と検出を同時に行わせると、発生
のためにコイルに流す高周波電流の影響により検出信号
が隠されてしまい検出が不可能になるためである。さて
可変周波数増幅器１０の出力はコンピューターシステム
１５、表示器１６につながれている。周波数を５０MHz
から２００MHz まで掃引して表示器１６に得られた結果
を図４に示す。これにより周波数５５．２９MHz ，１１
０．５８MHz ，１６５．８７MHz で定在波電磁超音波が
発生していることが分かる。これらのピークはそれぞれ
数式１におけるｍが１，２，３の場合に対応している。
数式１によればこの実験のように定在波電磁超音波が発
生する周波数がわかれば厚さｄあるいは音速Ｖｚｚが計
算出来る。
用スイッチ回路１３につながれている。まず発生用スイ
ッチ回路１２が開かれ約５μs 後に閉じられる。その直
後に検出用スイッチ回路１３が開かれ約３μs 後に閉じ
られる。このようなスイッチ回路の開閉が約１００μs
毎に繰り返される。一方、周波数掃引器１１による可変
周波数電流発生器９と可変周波数増幅器１０の周波数掃
引は発生用スイッチ回路１２が開いている短時間（５μ
s ）内では周波数の変化が無視できる程度の掃引スピー
ドでおこなわれる。コイル８には可変周波数電流発生器
９とこれにつながれた発生用スイッチ回路１２を通して
高周波電流が流れ、さらに電磁誘導により鉄箔６に渦電
流１７が流れる。渦電流は鉄箔の表面近傍にコイル８と
ほぼ同じ形状に分布して流れるが、ここでは紙面に垂直
の方向に流れる渦電流のみが利用される。渦電流１７と
Ｕ字形の永久磁石７により発生している磁束１８との相
互作用によりローレンツ力１９が発生する。ローレンツ
力１９により縦波超音波が発生するがこれは発生用スイ
ッチ回路１２が開いている約５μs の間持続する。縦波
超音波が鉄箔の厚さｄを往復する時間ｔは縦波超音波音
速をＶｚｚとするとｔ＝２ｄ／Ｖｚｚで表される。ｄ＝
５２μm ＝５２×１０-6ｍ、Ｖｚｚ＝５７５０m/s であ
るので往復時間ｔは約０．０１８μs となる。縦波超音
波の発生持続時間である約５μs は縦波超音波の往復時
間０．０１８μs より大きいため往復する超音波が重な
って干渉し周波数が次の式を満足するときに定在波２０
が発生する。 ｆ＝ｍ（Ｖｚｚ／２ｄ） 図３は定在波電磁超音波の検出を説明する図である。発
生用スイッチ回路１２が閉じると同時に縦波超音波は新
たに発生しなくなるが定在波はこれと同時に瞬間に消滅
するわけではなく、時間と共に減衰していくが短時間は
残っている。２１は発生用スイッチ回路１２を閉じた直
後の定在波の分布を、２２は短時間経過後の定在波の分
布を示している。２３は定在波の振動を示している。こ
の定在波の振動は磁束１８との相互作用により新たな渦
電流２４を発生させ、これが電磁誘導によりコイル８に
電圧を発生させる。これは検出用スイッチ回路１３を通
って可変周波数増幅器１０により増幅される。このよう
な超音波の発生と検出を時間的にずらしてそれぞれ断続
的に行う理由を次に説明する。１つのコイルに発生と検
出を兼ねさせ且つ発生と検出を同時に行わせると、発生
のためにコイルに流す高周波電流の影響により検出信号
が隠されてしまい検出が不可能になるためである。さて
可変周波数増幅器１０の出力はコンピューターシステム
１５、表示器１６につながれている。周波数を５０MHz
から２００MHz まで掃引して表示器１６に得られた結果
を図４に示す。これにより周波数５５．２９MHz ，１１
０．５８MHz ，１６５．８７MHz で定在波電磁超音波が
発生していることが分かる。これらのピークはそれぞれ
数式１におけるｍが１，２，３の場合に対応している。
数式１によればこの実験のように定在波電磁超音波が発
生する周波数がわかれば厚さｄあるいは音速Ｖｚｚが計
算出来る。
【００１２】定在波電磁超音波の発生、検出が可能なコ
イルの条件を求めるために、コイルの巻数を一定の１４
としてコイルの面積を種々変化させた実験を行った結果
を図５に、コイルの面積を１．５cm2 として巻数を種々
変化させた実験を行った結果を図６に示す。周波数は５
５．２９MHz であった。図５，図６の縦軸は検出された
超音波信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）である。一般的に
信号が雑音と区別がつく条件はＳ／Ｎが２以上であると
考えられている。図５によればＳ／Ｎの下限を２とした
場合、検出可能であるためのコイルの大きさにたいする
条件はその面積が０．０１cm2 以上かつ１cm2 以下であ
り、図６によれば同じくＳ／Ｎの下限を２とした場合、
検出可能であるためのコイルの巻数にたいする条件は巻
数が１以上且つ１０以下であることがわかる。また面積
が０．０１cm2 以上且つ１cm2 以下であり巻数が１以上
且つ１０以下であるコイルを種々作り実験した結果、２
２MHz 以上の超高周波において定在波電磁超音波の発
生、検出がＳ／Ｎが２以上で可能であることも確かめら
れた。従って被検材料の音速が約５８００m/s である場
合には数式１により被検材料の厚さが１３２μm 以下で
あっても適用できることが分かった。
イルの条件を求めるために、コイルの巻数を一定の１４
としてコイルの面積を種々変化させた実験を行った結果
を図５に、コイルの面積を１．５cm2 として巻数を種々
変化させた実験を行った結果を図６に示す。周波数は５
５．２９MHz であった。図５，図６の縦軸は検出された
超音波信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）である。一般的に
信号が雑音と区別がつく条件はＳ／Ｎが２以上であると
考えられている。図５によればＳ／Ｎの下限を２とした
場合、検出可能であるためのコイルの大きさにたいする
条件はその面積が０．０１cm2 以上かつ１cm2 以下であ
り、図６によれば同じくＳ／Ｎの下限を２とした場合、
検出可能であるためのコイルの巻数にたいする条件は巻
数が１以上且つ１０以下であることがわかる。また面積
が０．０１cm2 以上且つ１cm2 以下であり巻数が１以上
且つ１０以下であるコイルを種々作り実験した結果、２
２MHz 以上の超高周波において定在波電磁超音波の発
生、検出がＳ／Ｎが２以上で可能であることも確かめら
れた。従って被検材料の音速が約５８００m/s である場
合には数式１により被検材料の厚さが１３２μm 以下で
あっても適用できることが分かった。
【００１３】図７に他の実施例を示す。図７（ｂ）にお
いて２５は薄いＴｉＮコーティング層であり、２６は基
盤材料である鋼である。２７は棒形の永久磁石である。
２８は角形の偏平なコイルであり巻数は３、サイズは４
mm×４mmである。（ａ）は同コイルを上方からみた図で
ある。これは図２と同じ電子回路につながれている。こ
の場合棒形の永久磁石２７による磁束が表面に垂直であ
るため横波が発生するがそれ以外の作用は図２、図３に
おけると同様である。周波数を１００MHz から４００MH
z まで掃引したところ１９２．３MHz ，３８４．６MHz
で定在波がＴｉＮコーティング層内に発生していること
が分かった。ＴｉＮ内における横波超音波の音速は約６
７３０m/s であるので数式１を利用することにより厚さ
が１７．５μm であることがわかった。もしあらかじめ
厚さが分かっている場合には音速が計算できる。音速は
弾性率、材質と密接な関係にあるためこれらを知ること
が出来る。コーティング層と基盤材料との間に剥離があ
る場合には超音波の一部が基盤材料に透過していくこと
はなくなりすべてコーティング層のなかに超音波エネル
ギーが閉じ込められるためより大きな定在波が発生する
ため剥離を検出できることも分かった。またコーティン
グ層内にクラック等の欠陥があれば定在波が弱くなるこ
とが確かめられたため欠陥検出も可能であることが分か
った。
いて２５は薄いＴｉＮコーティング層であり、２６は基
盤材料である鋼である。２７は棒形の永久磁石である。
２８は角形の偏平なコイルであり巻数は３、サイズは４
mm×４mmである。（ａ）は同コイルを上方からみた図で
ある。これは図２と同じ電子回路につながれている。こ
の場合棒形の永久磁石２７による磁束が表面に垂直であ
るため横波が発生するがそれ以外の作用は図２、図３に
おけると同様である。周波数を１００MHz から４００MH
z まで掃引したところ１９２．３MHz ，３８４．６MHz
で定在波がＴｉＮコーティング層内に発生していること
が分かった。ＴｉＮ内における横波超音波の音速は約６
７３０m/s であるので数式１を利用することにより厚さ
が１７．５μm であることがわかった。もしあらかじめ
厚さが分かっている場合には音速が計算できる。音速は
弾性率、材質と密接な関係にあるためこれらを知ること
が出来る。コーティング層と基盤材料との間に剥離があ
る場合には超音波の一部が基盤材料に透過していくこと
はなくなりすべてコーティング層のなかに超音波エネル
ギーが閉じ込められるためより大きな定在波が発生する
ため剥離を検出できることも分かった。またコーティン
グ層内にクラック等の欠陥があれば定在波が弱くなるこ
とが確かめられたため欠陥検出も可能であることが分か
った。
【００１４】なお上記実施例では角形コイルを用いてい
るが丸形あるいはその他の形でもよい。また永久磁石の
かわりに電磁石を用いてもよい。コイルは発生用と検出
用のコイルを別にして２個使用してもよくまたこれら２
個のコイルを被試験材料の同一側の表面に配置してもよ
いし、検出用コイルを反対側の表面に配置してもよい。
また能率をよくする為にコイルにインピーダンス整合回
路をつけてもよい。また上記実施例ではコイルを使用し
ているが被検物に高周波渦電流を生じさせ且つ検出し得
る手段であればコイルでなくともよく、例えば高周波用
の立体回路で用いられる導波管の開口分がラッパ状に開
いたラッパ管を用いてもよい。導波管の一種としての同
軸ケーブルのような２導体導波管を用いてもよい。この
ように導波管を用いる場合でも発生と検出を兼ねた１個
を用いてもよく、発生用と検出用の導波管を別にして２
個使用してもよい。コイル、あるいは導波管を２個用い
る場合には、発生と検出を時間的にずらして断続的に行
う必要はなく、連続的に同時におこなうことができるの
でそうしてもよい。
るが丸形あるいはその他の形でもよい。また永久磁石の
かわりに電磁石を用いてもよい。コイルは発生用と検出
用のコイルを別にして２個使用してもよくまたこれら２
個のコイルを被試験材料の同一側の表面に配置してもよ
いし、検出用コイルを反対側の表面に配置してもよい。
また能率をよくする為にコイルにインピーダンス整合回
路をつけてもよい。また上記実施例ではコイルを使用し
ているが被検物に高周波渦電流を生じさせ且つ検出し得
る手段であればコイルでなくともよく、例えば高周波用
の立体回路で用いられる導波管の開口分がラッパ状に開
いたラッパ管を用いてもよい。導波管の一種としての同
軸ケーブルのような２導体導波管を用いてもよい。この
ように導波管を用いる場合でも発生と検出を兼ねた１個
を用いてもよく、発生用と検出用の導波管を別にして２
個使用してもよい。コイル、あるいは導波管を２個用い
る場合には、発生と検出を時間的にずらして断続的に行
う必要はなく、連続的に同時におこなうことができるの
でそうしてもよい。
【００１５】本技術を板、箔等に適用する場合にはこれ
らが導電性を有する必要がある。しかしコーティング層
に適用する場合にはこれが導電性を有していても、有し
ていなくてもよい。導電性を有していない場合には基盤
材料が導電性を有しておれば基盤材料に発生した超音波
がコーティング層に伝わるため適用可能となる。
らが導電性を有する必要がある。しかしコーティング層
に適用する場合にはこれが導電性を有していても、有し
ていなくてもよい。導電性を有していない場合には基盤
材料が導電性を有しておれば基盤材料に発生した超音波
がコーティング層に伝わるため適用可能となる。
【００１６】縦波超音波音速と横波超音波音速を組み合
わせることによりヤング率等の弾性係数、残留応力、集
合組織等も測定できることは知られている（「Nondestr
uctive Characterization of texture and plastic str
ain ratio of metal sheetswith electromagnetic acou
stic transducers 」，by K.Kawashima,J.Acoust.Soc.A
m.87 (2) ，６８１−６９０）。従って本方法により薄
い板、箔、コーティング層の弾性係数、残留応力、集合
組織等も知ることができる。
わせることによりヤング率等の弾性係数、残留応力、集
合組織等も測定できることは知られている（「Nondestr
uctive Characterization of texture and plastic str
ain ratio of metal sheetswith electromagnetic acou
stic transducers 」，by K.Kawashima,J.Acoust.Soc.A
m.87 (2) ，６８１−６９０）。従って本方法により薄
い板、箔、コーティング層の弾性係数、残留応力、集合
組織等も知ることができる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば厚さ数１０
０μm 以下の薄い板、箔等の材料、あるいは各種構造
物、部品等の表面につけられた厚さ数１００μm 以下の
コーティング層の、厚さ、欠陥、材料特性等を迅速且つ
非破壊的に測定することができるため産業上極めて有用
である。
０μm 以下の薄い板、箔等の材料、あるいは各種構造
物、部品等の表面につけられた厚さ数１００μm 以下の
コーティング層の、厚さ、欠陥、材料特性等を迅速且つ
非破壊的に測定することができるため産業上極めて有用
である。
【図１】定在波電磁超音波を発生させ且つ検出するため
の定在波用電磁超音波探触子を示す図。
の定在波用電磁超音波探触子を示す図。
【図２】薄い鉄箔を対象とした超高周波数の縦波の定在
波電磁超音波の発生を説明する図。
波電磁超音波の発生を説明する図。
【図３】薄い鉄箔を対象とした超高周波数の縦波の定在
波電磁超音波の検出を説明する図。
波電磁超音波の検出を説明する図。
【図４】薄い鉄箔に超高周波数の定在波電磁超音波を発
生させ且つ検出して得られた結果を示す図。
生させ且つ検出して得られた結果を示す図。
【図５】コイルの巻数を一定としてコイルの面積を種々
変化させた実験を行って得られた結果を示す図。
変化させた実験を行って得られた結果を示す図。
【図６】コイルの面積を一定としてコイルの巻数を種々
変化させた実験を行って得られた結果を示す図。
変化させた実験を行って得られた結果を示す図。
【図７】鋼の基盤の表面につけられた薄いＴｉＮコーテ
ィング層を対象とした超高周波数の横波の定在波電磁超
音波の発生を説明する図。
ィング層を対象とした超高周波数の横波の定在波電磁超
音波の発生を説明する図。
１ 回転対称軸 ２ 偏平円形コイル ３ 薄鋼板 ４ 永久磁石 ５ 磁界 ６ 鉄箔 ７ Ｕ字形の永久磁石 ８ 角形の偏平コイル ９ 可変周波数の電流発生器 １０ 可変周波数の増幅器 １１ 周波数掃引器 １２ 発生用スイッチ回路 １３ 検出用スイッチ回路 １４ スイッチ回路制御器 １５ コンピュータシステム １６ 表示器 １７ 渦電流 １８ 磁束 １９ ローレンツ力 ２０ 定在波 ２１ 発生用スイッチ回路を閉じた直後の定在波の分布 ２２ 短時間経過後の定在波の分布 ２３ 定在波の振動 ２４ 渦電流 ２５ ＴｉＮコーティング層 ２６ 基盤材料（鋼） ２７ 永久磁石 ２８ 角形の偏平なコイル
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−210258（ＪＰ，Ａ) 「Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｃ ｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｘｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｌａｓｔ ｉｃ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｓｈｅｅｔｓ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａ ｃｏｕｓｔｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｓ」，ｂｙ Ｋ．Ｋａｗａｓｈｉｍａ, Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．87 （２）ｐ．681−690 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 17/00 - 17/04
Claims (3)
- 【請求項１】 被検物に渦電流ならびに磁界を与えてこ
れらの相互作用により生ずる電磁力により該被検物に非
接触的に定在波電磁超音波を発生させ、また該定在波電
磁超音波と該磁界との相互作用により生ずる新たな渦電
流を非接触的に検出する定在波電磁超音波発生検出装置
において、磁界発生装置と、面積が０．０１cm 2 以上且
つ１cm 2 以下で巻数が１以上且つ１０以下である１個の
コイルと、可変周波数電流発生器と、該可変周波数電流
発生器の出力を断続的に通過させる発生用スイッチ回路
と、可変周波数増幅器と、該可変周波数増幅器への入力
を断続的に通過させる検出用スイッチ回路とからなる定
在波電磁超音波発生検出装置。 - 【請求項２】 被検物に渦電流ならびに磁界を与えてこ
れらの相互作用により生ずる電磁力により該被検物に非
接触的に定在波電磁超音波を発生させ、また該定在波電
磁超音波と該磁界との相互作用により生ずる新たな渦電
流を非接触的に検出する定在波電磁超音波発生検出装置
において、磁界発生装置と、面積が０．０１cm 2 以上且
つ１cm 2 以下で巻数が１以上且つ１０以下である１個の
発生用コイルと、面積が０．０１cm 2 以上且つ１cm 2 以
下で巻数が１以上且つ１０以下である１個の検出用コイ
ルと、可変周波数電流発生器と、該可変周波数電流発生
器の出力を断続的に通過させる発生用スイッチ回路と、
可変周波数増幅器と、該可変周波数増幅器への入力を断
続的に通過させる検出用スイッチ回路とからなる定在波
電磁超音波発生検出装置。 - 【請求項３】 可変周波数電流発生器ならびに可変周波
数増幅器が常に同じ周波数であるように自動的に制御掃
引され、さらに発生用スイッチ回路と検出用スイッチ回
路の開閉タイミングが自動的に制御される請求項１ある
いは２記載の定在波電磁超音波発生検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406006A JP2923059B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 定在波電磁超音波発生検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406006A JP2923059B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 定在波電磁超音波発生検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04221707A JPH04221707A (ja) | 1992-08-12 |
| JP2923059B2 true JP2923059B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=18515633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2406006A Expired - Fee Related JP2923059B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 定在波電磁超音波発生検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2923059B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110470207A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-19 | 四川大学 | 一种探头装置 |
-
1990
- 1990-12-25 JP JP2406006A patent/JP2923059B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｘｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｓｈｅｅｔｓ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ」，ｂｙ Ｋ．Ｋａｗａｓｈｉｍａ，Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．８７（２）ｐ．６８１−６９０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04221707A (ja) | 1992-08-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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