JP3288254B2 - 表面波音速測定方法および表面波音速測定装置 - Google Patents
表面波音速測定方法および表面波音速測定装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体材料の表面波
を測定する音速測定方法およびその装置に係わり、特
に、固体材料表面の組織方位や残留応力、材料劣化、表
面処理層の厚み等を非破壊検査する固体材料表面の音速
測定方法およびその装置に関する。
を測定する音速測定方法およびその装置に係わり、特
に、固体材料表面の組織方位や残留応力、材料劣化、表
面処理層の厚み等を非破壊検査する固体材料表面の音速
測定方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属材料の表面波を音速測定する
ことによって、金属材料表面に形成された表面層（窒化
層や焼入れ層）の厚さを計測したり、表面の残留応力、
組織方位、材料劣化等の診断が行われている。表面波の
音速を変動させる上記種々の要因のうちいずれの要因が
音速の変化に影響を与えるかを判断するために、表面波
の伝播方向を変化させること等が行なわれているが、近
年、局所的音速測定が重要になってきている。この測定
方法によれば、組織方位は狭い範囲で変化しているが、
劣化は広い範囲で同一に起こっていると考えられる場
合、局所的音速測定により音速変化の要因を特定するこ
とができる。
ことによって、金属材料表面に形成された表面層（窒化
層や焼入れ層）の厚さを計測したり、表面の残留応力、
組織方位、材料劣化等の診断が行われている。表面波の
音速を変動させる上記種々の要因のうちいずれの要因が
音速の変化に影響を与えるかを判断するために、表面波
の伝播方向を変化させること等が行なわれているが、近
年、局所的音速測定が重要になってきている。この測定
方法によれば、組織方位は狭い範囲で変化しているが、
劣化は広い範囲で同一に起こっていると考えられる場
合、局所的音速測定により音速変化の要因を特定するこ
とができる。
【０００３】表面波の音速測定の最も一般的な方法は、
入射点と出射点間の距離が既知である状態で伝播時間を
測定し、距離を伝播時間で除して音速を算出する方法で
ある。この方法は、伝播距離の正確さと伝播時間の測定
精度が、音速精度を決定するが、次の２つの理由により
この方法では高精度に音速を測定することは難しい。第
１に、探触子の被検体への接触部が比較的広いため正確
な入出射点位置を決められないこと、第２に伝播時間の
測定精度が波形のサンプリング間隔以下にできないこと
である。即ち、このような方法では音速測定精度を上げ
ようとすれば局所性が低下し、局所性を向上させようと
すれば、音速測定精度が悪くなることになる。
入射点と出射点間の距離が既知である状態で伝播時間を
測定し、距離を伝播時間で除して音速を算出する方法で
ある。この方法は、伝播距離の正確さと伝播時間の測定
精度が、音速精度を決定するが、次の２つの理由により
この方法では高精度に音速を測定することは難しい。第
１に、探触子の被検体への接触部が比較的広いため正確
な入出射点位置を決められないこと、第２に伝播時間の
測定精度が波形のサンプリング間隔以下にできないこと
である。即ち、このような方法では音速測定精度を上げ
ようとすれば局所性が低下し、局所性を向上させようと
すれば、音速測定精度が悪くなることになる。
【０００４】特開平８−２０１３５６号公報には、上記
の問題に対処するための一方法が提案されている。この
公知例によれば、複数の表面波発生手段から表面波を励
振し、干渉した表面波を１つの受信探触子で受信するよ
うにし、表面波発生手段の一方を走査しながら干渉強度
を測定するものである。この方法によれば、表面波発生
手段の走査距離に相当する局所領域の音速を、走査距離
と干渉強度の関係から求めることができる。従って、先
の第１の問題点は、入射点の移動距離さえ分かればよい
ので、探触子の移動距離を高精度に測定することによっ
て解消する。また、第２の問題点は、干渉強度を測定す
ることで位相差を求めているので、量子化精度さえ良け
れば解消することができる。
の問題に対処するための一方法が提案されている。この
公知例によれば、複数の表面波発生手段から表面波を励
振し、干渉した表面波を１つの受信探触子で受信するよ
うにし、表面波発生手段の一方を走査しながら干渉強度
を測定するものである。この方法によれば、表面波発生
手段の走査距離に相当する局所領域の音速を、走査距離
と干渉強度の関係から求めることができる。従って、先
の第１の問題点は、入射点の移動距離さえ分かればよい
ので、探触子の移動距離を高精度に測定することによっ
て解消する。また、第２の問題点は、干渉強度を測定す
ることで位相差を求めているので、量子化精度さえ良け
れば解消することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術を表面層の厚さ測定や材料劣化の診断に用いる場合、
表面層による減衰や配置場所等の問題で、送信探触子と
受信探触子間の距離を短くしたいことが多い。この場
合、表面波の指向性の問題から、送信探触子と受信探触
子を直線上に配置するのが望ましいが、送信探触子が複
数必要となるために、被検査位置では最低３つの探触子
が並ぶ距離が必要である。そのため局所的に音速を測定
できる利点を十分に活かすことができなかった。
術を表面層の厚さ測定や材料劣化の診断に用いる場合、
表面層による減衰や配置場所等の問題で、送信探触子と
受信探触子間の距離を短くしたいことが多い。この場
合、表面波の指向性の問題から、送信探触子と受信探触
子を直線上に配置するのが望ましいが、送信探触子が複
数必要となるために、被検査位置では最低３つの探触子
が並ぶ距離が必要である。そのため局所的に音速を測定
できる利点を十分に活かすことができなかった。
【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みて、狭領域において局所的な表面波音速を高精度に
測定する方法およびその装置の提供を目的とするもので
ある。
鑑みて、狭領域において局所的な表面波音速を高精度に
測定する方法およびその装置の提供を目的とするもので
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、次のような手段を採用した。
達成するために、次のような手段を採用した。
【０００８】物体を伝搬する表面波の音速を測定する表
面波音速測定方法において、物体に連続的に表面波を送
信し、該表面波を送信する送信位置と該表面波を受信す
る受信位置間の距離を変化して、該変化する各距離にお
いて、前記表面波を受信し、該受信した信号と該受信し
た信号と同じ周波数の参照信号とを加算して干渉強度を
測定し、該干渉強度から該干渉強度の波長を算出し、該
波長と前記周波数との積を演算することにより前記物体
を伝搬する表面波の音速を求めることを特徴とする。
面波音速測定方法において、物体に連続的に表面波を送
信し、該表面波を送信する送信位置と該表面波を受信す
る受信位置間の距離を変化して、該変化する各距離にお
いて、前記表面波を受信し、該受信した信号と該受信し
た信号と同じ周波数の参照信号とを加算して干渉強度を
測定し、該干渉強度から該干渉強度の波長を算出し、該
波長と前記周波数との積を演算することにより前記物体
を伝搬する表面波の音速を求めることを特徴とする。
【０００９】また、物体を伝搬する表面波の音速を測定
する表面波音速測定方法において、物体に連続的に表面
波を送信し、該表面波を送信する送信位置と該表面波を
受信する受信位置間の距離を変化して、該変化する各距
離において、前記表面波を受信し、該受信した信号を該
受信した信号の振幅で除した受信信号成分と、該受信し
た信号と同じ周波数の参照信号を該参照信号の振幅で除
した参照信号成分とを加算して干渉強度を測定し、該干
渉強度から該干渉強度の波長を算出し、該波長と前記周
波数との積を演算することにより前記物体を伝搬する表
面波の音速を求めることを特徴とする。
する表面波音速測定方法において、物体に連続的に表面
波を送信し、該表面波を送信する送信位置と該表面波を
受信する受信位置間の距離を変化して、該変化する各距
離において、前記表面波を受信し、該受信した信号を該
受信した信号の振幅で除した受信信号成分と、該受信し
た信号と同じ周波数の参照信号を該参照信号の振幅で除
した参照信号成分とを加算して干渉強度を測定し、該干
渉強度から該干渉強度の波長を算出し、該波長と前記周
波数との積を演算することにより前記物体を伝搬する表
面波の音速を求めることを特徴とする。
【００１０】また、前記参照信号は、前記表面波を送信
する信号と同じ信号であることを特徴とする。
する信号と同じ信号であることを特徴とする。
【００１１】また、前記参照信号は、任意の前記距離に
おいて受信した信号であることを特徴とする。
おいて受信した信号であることを特徴とする。
【００１２】また、物体表面に形成された表面層厚さを
測定する表面層厚さ測定方法において、請求項１ないし
は請求項４のいずれか１つの請求項記載の表面波音速測
定方法を利用して、前記物体表面を伝搬する表面波の音
速を演算し、前記演算された音速から前記表面層厚に対
する音速変化率を演算し、音速変化率に対する表面層厚
さとの既知の比と前記演算された音速変化率との積から
前記表面層厚さを演算して求めることを特徴とする。
測定する表面層厚さ測定方法において、請求項１ないし
は請求項４のいずれか１つの請求項記載の表面波音速測
定方法を利用して、前記物体表面を伝搬する表面波の音
速を演算し、前記演算された音速から前記表面層厚に対
する音速変化率を演算し、音速変化率に対する表面層厚
さとの既知の比と前記演算された音速変化率との積から
前記表面層厚さを演算して求めることを特徴とする。
【００１３】また、物体の表面波を測定する表面波音速
測定装置において、連続波信号を発生する連続波発生手
段と、前記連続波信号を物体に表面波として送信する表
面波送信手段と、前記表面波を受信する表面波受信手段
と、前記表面波送信手段と前記表面波受信手段間の距離
を可変制御すると共に、前記変化する各距離に対応する
距離信号を出力する走査制御部と、前記表面波受信手段
によって受信した受信信号と前記連続波信号とから干渉
強度を検出する干渉強度検出手段と、前記干渉強度と前
記距離信号とを入力して、前記干渉強度の波長を演算
し、該波長と前記受信信号の周波数とから音速を演算す
る音速演算手段と、を備えることを特徴とする。
測定装置において、連続波信号を発生する連続波発生手
段と、前記連続波信号を物体に表面波として送信する表
面波送信手段と、前記表面波を受信する表面波受信手段
と、前記表面波送信手段と前記表面波受信手段間の距離
を可変制御すると共に、前記変化する各距離に対応する
距離信号を出力する走査制御部と、前記表面波受信手段
によって受信した受信信号と前記連続波信号とから干渉
強度を検出する干渉強度検出手段と、前記干渉強度と前
記距離信号とを入力して、前記干渉強度の波長を演算
し、該波長と前記受信信号の周波数とから音速を演算す
る音速演算手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】また、前記連続波発生手段は、前記連続波
の周波数を可変できることを特徴とする。
の周波数を可変できることを特徴とする。
【００１５】また、前記表面波送信手段の送信面および
前記表面波受信手段の受信面は、それぞれ前記物体と狭
い領域で接触可能な接触面によって構成されていること
を特徴とする。
前記表面波受信手段の受信面は、それぞれ前記物体と狭
い領域で接触可能な接触面によって構成されていること
を特徴とする。
【００１６】また、前記表面波送信手段の送信面および
前記表面波受信手段の受信面は、それぞれ前記物体と広
い領域で接触可能な接触面によって構成されていること
を特徴とする。
前記表面波受信手段の受信面は、それぞれ前記物体と広
い領域で接触可能な接触面によって構成されていること
を特徴とする。
【００１７】また、物体表面に形成された表面層厚さを
測定する表面層厚さ測定装置において、連続波信号を発
生する連続波発生手段と、前記連続波信号を物体に表面
波として送信する表面波送信手段と、前記表面波を受信
する表面波受信手段と、前記表面波送信手段と前記表面
波受信手段間の距離を可変制御すると共に、前記変化す
る距離に対応する距離信号を出力する走査制御部と、前
記表面波受信手段によって受信した受信信号と前記連続
波信号とから干渉強度を検出する干渉強度検出手段と、
前記干渉強度と前記距離信号を入力して、前記干渉強度
の波長を演算し、該波長と前記受信信号の周波数とから
音速を演算する音速演算手段と、前記演算して求めた音
速から前記表面層厚に対する音速変化率を演算する音速
変化率演算手段と、音速変化率に対する表面層厚さの既
知の比と前記演算された音速変化率との積から前記表面
層厚さを演算して求める表面層厚さ演算手段と、を備え
ることを特徴とする。
測定する表面層厚さ測定装置において、連続波信号を発
生する連続波発生手段と、前記連続波信号を物体に表面
波として送信する表面波送信手段と、前記表面波を受信
する表面波受信手段と、前記表面波送信手段と前記表面
波受信手段間の距離を可変制御すると共に、前記変化す
る距離に対応する距離信号を出力する走査制御部と、前
記表面波受信手段によって受信した受信信号と前記連続
波信号とから干渉強度を検出する干渉強度検出手段と、
前記干渉強度と前記距離信号を入力して、前記干渉強度
の波長を演算し、該波長と前記受信信号の周波数とから
音速を演算する音速演算手段と、前記演算して求めた音
速から前記表面層厚に対する音速変化率を演算する音速
変化率演算手段と、音速変化率に対する表面層厚さの既
知の比と前記演算された音速変化率との積から前記表面
層厚さを演算して求める表面層厚さ演算手段と、を備え
ることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】はじめに、本発明の第１の実施形
態を図１〜図４を用いて説明する。
態を図１〜図４を用いて説明する。
【００１９】図１は本実施形態に係わる表面波音速測定
装置の全体構成図であり、図において、１は連続波発生
器、２，６はアンプ、３は送信探触子、４は受信探触
子、５は探触子走査機構、７は干渉強度検出部、８は走
査制御部、９は音速演算部、１０は表面波、１１は被検
体、１２は送信信号、１３は受信信号、１４は参照信
号、１５は受信探触子４の受信位置の変化に応じて出力
する位置信号である。
装置の全体構成図であり、図において、１は連続波発生
器、２，６はアンプ、３は送信探触子、４は受信探触
子、５は探触子走査機構、７は干渉強度検出部、８は走
査制御部、９は音速演算部、１０は表面波、１１は被検
体、１２は送信信号、１３は受信信号、１４は参照信
号、１５は受信探触子４の受信位置の変化に応じて出力
する位置信号である。
【００２０】なお、探触子走査機構５はモータとボール
ねじの組み合わせや、リニアモータ等のリニアアクチュ
エータで構成される。
ねじの組み合わせや、リニアモータ等のリニアアクチュ
エータで構成される。
【００２１】次に本実施形態の表面波音速測定装置の動
作について説明する。
作について説明する。
【００２２】連続波発生器１から出力された連続波信号
はアンプ２で増幅され、送信探触子３から被検体１１に
表面波１０として送信される。受信探触子４は被検体１
１の表面を伝搬した表面波１０を受信信号１３として検
出する。干渉強度検出部７は連続波発生器１から出力さ
れた参照信号１４と、受信探触子４で受信し、アンプ６
で増幅された受信信号１３を入力して干渉強度Ｉを検出
する。走査制御部８は探触子走査機構５を制御して受信
探触子４を被検体１１上を移動させると共に、その位置
信号１５は音速演算装置９に送られる。移動する微少距
離Δｘは波長λｘより短い距離に設定する。例えば、表
面波の音速Ｖｒが３０００ｍ／ｓ、周波数ｆが５ＭＨｚ
であるとすれば、波長λｘは６００μｍとなるので、距
離Δｘは３０μｍ程度となる。このようにして受信探触
子４を適当な距離移動し、各位置における表面波１１を
受信し、干渉強度検出部７から連続した干渉強度Ｉを検
出する。連続的に検出された干渉強度Ｉに基づいて、音
速演算部９において音速Ｖｒを算出する。
はアンプ２で増幅され、送信探触子３から被検体１１に
表面波１０として送信される。受信探触子４は被検体１
１の表面を伝搬した表面波１０を受信信号１３として検
出する。干渉強度検出部７は連続波発生器１から出力さ
れた参照信号１４と、受信探触子４で受信し、アンプ６
で増幅された受信信号１３を入力して干渉強度Ｉを検出
する。走査制御部８は探触子走査機構５を制御して受信
探触子４を被検体１１上を移動させると共に、その位置
信号１５は音速演算装置９に送られる。移動する微少距
離Δｘは波長λｘより短い距離に設定する。例えば、表
面波の音速Ｖｒが３０００ｍ／ｓ、周波数ｆが５ＭＨｚ
であるとすれば、波長λｘは６００μｍとなるので、距
離Δｘは３０μｍ程度となる。このようにして受信探触
子４を適当な距離移動し、各位置における表面波１１を
受信し、干渉強度検出部７から連続した干渉強度Ｉを検
出する。連続的に検出された干渉強度Ｉに基づいて、音
速演算部９において音速Ｖｒを算出する。
【００２３】なお、本実施形態では、受信探触子４を移
動するように構成したが送信探触子３を移動するように
構成してもよい。
動するように構成したが送信探触子３を移動するように
構成してもよい。
【００２４】図２は受信探触子４の受信位置ｘと干渉強
度検出部７で検出された干渉強度Ｉとの関係を示す図で
ある。
度検出部７で検出された干渉強度Ｉとの関係を示す図で
ある。
【００２５】ここで、連続波発生器１から出力する参照
信号１４をφ1 、受信探触子４で検出する受信信号をφ
2 とすると、両者は次式で表せる。
信号１４をφ1 、受信探触子４で検出する受信信号をφ
2 とすると、両者は次式で表せる。
【００２６】 φ1＝Ａ・ｅｘｐ（ｊωｔ） φ2＝Ｂ・ｅｘｐ｛ｊ（ωｔ−ｋｘ）｝ ・・・（１） ここで、 ｊ2＝−１、ωは角周波数、ｔは時間、ｋは波
数、ｘは受信位置を表わす。
数、ｘは受信位置を表わす。
【００２７】従って、干渉強度Ｉは次式で表せる。
【００２８】 Ｉ＝｜φ1＋φ2｜＝√（Ａ2＋Ｂ2＋２ＡＢｃｏｓｋｘ） ・・・（２） 図示するように、干渉強度Ｉは、受信探触子４の受信位
置ｘを移動すると、｜Ａ＋Ｂ｜と｜ＡーＢ｜間を変動す
る。そして、干渉強度Ｉが最も高くなる位置（腹）の間
隔、または干渉強度Ｉが最も低くなる位置（節）の間隔
は波長λｘとなるので、受信信号の周波数をｆとする
と、音速Ｖｒは次式で表せる。
置ｘを移動すると、｜Ａ＋Ｂ｜と｜ＡーＢ｜間を変動す
る。そして、干渉強度Ｉが最も高くなる位置（腹）の間
隔、または干渉強度Ｉが最も低くなる位置（節）の間隔
は波長λｘとなるので、受信信号の周波数をｆとする
と、音速Ｖｒは次式で表せる。
【００２９】 Ｖｒ＝ｆ・λｘ ・・・（３） 次に、本実施形態の音速測定方法を図３に示すフローチ
ャートを用いて説明する。
ャートを用いて説明する。
【００３０】ステップ１０１において、連続波発生器１
から連続波の送信信号１２が出力され、送信探触子３か
ら送信信号１２は表面波として被検体１１に対して励振
を行う。次に、ステップ１０２において、走査制御部８
によって探触子走査機構５を制御して、受信探触子４を
初期位置に移動する。ステップ１０３で受信探触子４は
被検体１１を伝搬した表面波１０を受信する。次に、ス
テップ１０４において、参照信号１４と受信した表面波
の受信信号１３から干渉強度を検出する。ステップ１０
５において、探触子３、４間の距離を変更し、ステップ
１０３〜１０５の処理を繰り返す。ステップ１０６にお
いて、受信探触子４の位置を適当に移動し、例えば、腹
が５個程度得られるまで移動し、干渉強度検出部７にお
いて各位置における干渉強度を検出すると、ステップ１
０７において、連続的に検出された干渉強度Ｉに基づい
て、音速演算部９において音速を算出する。
から連続波の送信信号１２が出力され、送信探触子３か
ら送信信号１２は表面波として被検体１１に対して励振
を行う。次に、ステップ１０２において、走査制御部８
によって探触子走査機構５を制御して、受信探触子４を
初期位置に移動する。ステップ１０３で受信探触子４は
被検体１１を伝搬した表面波１０を受信する。次に、ス
テップ１０４において、参照信号１４と受信した表面波
の受信信号１３から干渉強度を検出する。ステップ１０
５において、探触子３、４間の距離を変更し、ステップ
１０３〜１０５の処理を繰り返す。ステップ１０６にお
いて、受信探触子４の位置を適当に移動し、例えば、腹
が５個程度得られるまで移動し、干渉強度検出部７にお
いて各位置における干渉強度を検出すると、ステップ１
０７において、連続的に検出された干渉強度Ｉに基づい
て、音速演算部９において音速を算出する。
【００３１】次に、図１に示した干渉強度検出部７の回
路構成の一例を図４に示す。
路構成の一例を図４に示す。
【００３２】図において、７０，７１は位相シフタ、７
２〜７７は乗算器、７８〜８１は加算器、８２は乗算
器、８３は平方根演算器である。
２〜７７は乗算器、７８〜８１は加算器、８２は乗算
器、８３は平方根演算器である。
【００３３】ここで参照信号をＡｃｏｓωｔ、受信信号
をＢｃｏｓ（ωｔーｋｘ）とすると、参照信号と受信信
号を乗算器７４で乗算してＡＢｃｏｓωｔ・ｃｏｓ（ω
ｔーｋｘ）を得る。一方、参照信号を位相シフタ７０で
９０°位相シフトした信号と、受信信号を位相シフタ７
１で９０°位相シフトした信号とを乗算器７５で乗算し
てＡＢｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（ωｔーｋｘ）を得る。両方
の乗算信号を加算器７９で加算し、乗算器８２で２倍し
て信号２ＡＢｃｏｓｋｘを得る。一方、参照信号を乗算
器７２で自乗した信号Ａ2ｃｏｓ2ωｔと、参照信号の９
０°位相シフトした信号を乗算器７３で自乗した信号Ａ
2ｓｉｎ2ωｔと、を加算器７９で加算して信号Ａ2 を得
る。また、受信信号を乗算器７６で自乗した信号Ｂ2ｃ
ｏｓ2（ωｔーｋｘ）と、受信信号の９０°位相シフト
した信号を乗算器７７で自乗した信号Ｂ2ｓｉｎ2（ωｔ
ーｋｘ）と、を加算器８０で加算して信号Ｂ2 を得る。
次に、得られた信号２ＡＢｃｏｓｋｘ、信号Ａ2、およ
び信号Ｂ2を加算器８１で加算し、最後に加算した信号
の平方根を平方根演算器８３で求める。
をＢｃｏｓ（ωｔーｋｘ）とすると、参照信号と受信信
号を乗算器７４で乗算してＡＢｃｏｓωｔ・ｃｏｓ（ω
ｔーｋｘ）を得る。一方、参照信号を位相シフタ７０で
９０°位相シフトした信号と、受信信号を位相シフタ７
１で９０°位相シフトした信号とを乗算器７５で乗算し
てＡＢｓｉｎωｔ・ｓｉｎ（ωｔーｋｘ）を得る。両方
の乗算信号を加算器７９で加算し、乗算器８２で２倍し
て信号２ＡＢｃｏｓｋｘを得る。一方、参照信号を乗算
器７２で自乗した信号Ａ2ｃｏｓ2ωｔと、参照信号の９
０°位相シフトした信号を乗算器７３で自乗した信号Ａ
2ｓｉｎ2ωｔと、を加算器７９で加算して信号Ａ2 を得
る。また、受信信号を乗算器７６で自乗した信号Ｂ2ｃ
ｏｓ2（ωｔーｋｘ）と、受信信号の９０°位相シフト
した信号を乗算器７７で自乗した信号Ｂ2ｓｉｎ2（ωｔ
ーｋｘ）と、を加算器８０で加算して信号Ｂ2 を得る。
次に、得られた信号２ＡＢｃｏｓｋｘ、信号Ａ2、およ
び信号Ｂ2を加算器８１で加算し、最後に加算した信号
の平方根を平方根演算器８３で求める。
【００３４】この回路により、式２で示す干渉強度Ｉを
リアルタイムで求めることができる。
リアルタイムで求めることができる。
【００３５】次に、図１に示した干渉強度検出部７およ
び音速演算部９をデジタル的処理によって実現する場合
の一例を図５〜図６に示す。
び音速演算部９をデジタル的処理によって実現する場合
の一例を図５〜図６に示す。
【００３６】図５において、７０１、７０２はＡ／Ｄ変
換器、７０３は干渉強度を検出し干渉強度の表示が可能
なデジタルオシロスコープである。
換器、７０３は干渉強度を検出し干渉強度の表示が可能
なデジタルオシロスコープである。
【００３７】図において、入力された参照信号φ1と受
信信号φ2は、それぞれＡ／Ｄ変換器７０１、７０２に
よってデジタル化され、デジタルオシロスコープ７０３
に入力される。デジタルオシロスコープ７０３ではデジ
タル化された参照信号ｒｅｆ（ｔ）および受信信号ｆ
（ｔ）をオシロスコープ機能によって加算し、加算した
信号の振幅を測定して、その結果を音速演算部９に出力
して音速演算を行う。
信信号φ2は、それぞれＡ／Ｄ変換器７０１、７０２に
よってデジタル化され、デジタルオシロスコープ７０３
に入力される。デジタルオシロスコープ７０３ではデジ
タル化された参照信号ｒｅｆ（ｔ）および受信信号ｆ
（ｔ）をオシロスコープ機能によって加算し、加算した
信号の振幅を測定して、その結果を音速演算部９に出力
して音速演算を行う。
【００３８】なお、この場合、音速演算部９を汎用のコ
ンピュータで構成し、前記加算処理および前記振幅測定
処理を音速演算部９でソフトウェア的に行ってもよい。
ンピュータで構成し、前記加算処理および前記振幅測定
処理を音速演算部９でソフトウェア的に行ってもよい。
【００３９】ここで、干渉強度検出部７および音速演算
部９におけるデジタル的処理の処理手順を図６に示すフ
ローチャートに示す。
部９におけるデジタル的処理の処理手順を図６に示すフ
ローチャートに示す。
【００４０】ステップ２０１および２０２において、そ
れぞれ参照信号ｒｅｆ（ｔ）および受信信号ｆ（ｔ）を
デジタル化処理し、ステップ２０３において、両信号を
加算して、加算信号ｇ（ｔ）を得る。ステップ２０４で
加算信号ｇ（ｔ）から振幅測定を行う。
れぞれ参照信号ｒｅｆ（ｔ）および受信信号ｆ（ｔ）を
デジタル化処理し、ステップ２０３において、両信号を
加算して、加算信号ｇ（ｔ）を得る。ステップ２０４で
加算信号ｇ（ｔ）から振幅測定を行う。
【００４１】次に、本発明の第２の実施形態を図７〜図
８を用いて説明する。
８を用いて説明する。
【００４２】図７は本実施形態に係わる表面波音速測定
装置の全体構成を示す図である。
装置の全体構成を示す図である。
【００４３】なお、図において、干渉強度検出部７には
連続波発生器１から参照信号が入力されていない点を除
き図１に示される構成と同一であるので、符号の説明は
省略する。
連続波発生器１から参照信号が入力されていない点を除
き図１に示される構成と同一であるので、符号の説明は
省略する。
【００４４】本実施形態では、参照信号１４は、受信探
触子４の任意の位置（初期位置等）で受信した表面波の
受信信号を参照信号として利用する。
触子４の任意の位置（初期位置等）で受信した表面波の
受信信号を参照信号として利用する。
【００４５】次に本実施形態の表面波音速測定装置の動
作について説明する。
作について説明する。
【００４６】連続波発生器１から出力された連続波信号
はアンプ２で増幅され、送信探触子３から被検体１１に
表面波として送信される。次に、走査制御部８は探触子
走査機構５を制御して受信探触子４を初期位置に移動す
る。干渉強度検出部７は初期位置で受信探触子４によっ
て検出された受信信号１３を参照信号１４として記憶す
る。その後、走査制御部８を制御することにより受信探
触子４を移動して被検体１１の表面を伝搬した表面波１
０を受信する。干渉強度検出部７は、受信探触子４の初
期位置で受信した参照信号１４と、その後受信探触子４
を移動して得られた受信信号１３とを加算し、振幅を測
定して干渉強度Ｉを検出する。検出された干渉強度Ｉ
は、音速演算部９において音速を算出する。
はアンプ２で増幅され、送信探触子３から被検体１１に
表面波として送信される。次に、走査制御部８は探触子
走査機構５を制御して受信探触子４を初期位置に移動す
る。干渉強度検出部７は初期位置で受信探触子４によっ
て検出された受信信号１３を参照信号１４として記憶す
る。その後、走査制御部８を制御することにより受信探
触子４を移動して被検体１１の表面を伝搬した表面波１
０を受信する。干渉強度検出部７は、受信探触子４の初
期位置で受信した参照信号１４と、その後受信探触子４
を移動して得られた受信信号１３とを加算し、振幅を測
定して干渉強度Ｉを検出する。検出された干渉強度Ｉ
は、音速演算部９において音速を算出する。
【００４７】なお、本実施形態においても、第１の実施
形態の図５〜図６で説明したと同様に、干渉強度検出部
７および音速演算部９をデジタル的処理によって実現す
ることができる。
形態の図５〜図６で説明したと同様に、干渉強度検出部
７および音速演算部９をデジタル的処理によって実現す
ることができる。
【００４８】次に、本実施形態の音速測定方法を図８に
示すフローチャートに基づいて説明する。
示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４９】ステップ３０１において、送信探触子３
は、連続波発生器１から連続波の送信信号１２を入力し
て、被検体１１に対して表面波１０として励振する。次
に、ステップ３０２において、走査制御部８によって、
探触子走査機構５を制御して受信探触子４を初期位置に
移動し、その時点で受信探触子４は参照信号ｆ0（ｔ）
としての受信信号１３を受信する。ステップ３０３にお
いて、受信した参照信号ｆ0（ｔ） は干渉強度検出部７
に記憶される。次にステップ３０４において受信探触子
４から受信信号ｆ（ｔ）を検出し記憶する。ステップ３
０５において、干渉強度検出部７等において参照信号ｆ
0（ｔ） と受信信号ｆ（ｔ）を加算して加算信号ｇ
（ｔ）を得る。ステップ３０６において加算信号ｇ
（ｔ）から振幅を測定して干渉強度Ｉを得る。次いで、
受信探触子４の位置を変更してステップ３０４〜３０７
の処理を繰り返す。ステップ３０８において、受信探触
子４の位置を移動し、各位置における干渉強度が検出さ
れると、ステップ３０９において、音速演算部９におい
て検出された干渉強度Ｉに基づいて、音速を算出する。
は、連続波発生器１から連続波の送信信号１２を入力し
て、被検体１１に対して表面波１０として励振する。次
に、ステップ３０２において、走査制御部８によって、
探触子走査機構５を制御して受信探触子４を初期位置に
移動し、その時点で受信探触子４は参照信号ｆ0（ｔ）
としての受信信号１３を受信する。ステップ３０３にお
いて、受信した参照信号ｆ0（ｔ） は干渉強度検出部７
に記憶される。次にステップ３０４において受信探触子
４から受信信号ｆ（ｔ）を検出し記憶する。ステップ３
０５において、干渉強度検出部７等において参照信号ｆ
0（ｔ） と受信信号ｆ（ｔ）を加算して加算信号ｇ
（ｔ）を得る。ステップ３０６において加算信号ｇ
（ｔ）から振幅を測定して干渉強度Ｉを得る。次いで、
受信探触子４の位置を変更してステップ３０４〜３０７
の処理を繰り返す。ステップ３０８において、受信探触
子４の位置を移動し、各位置における干渉強度が検出さ
れると、ステップ３０９において、音速演算部９におい
て検出された干渉強度Ｉに基づいて、音速を算出する。
【００５０】次に、前記各実施形態の参照信号１４およ
び受信信号１３の規格化処理について図９〜図１０を用
いて説明する。
び受信信号１３の規格化処理について図９〜図１０を用
いて説明する。
【００５１】上記各実施形態では、参照信号１４と受信
信号１３の干渉強度の演算処理は図６のステップ２０３
や図８のステップ３０５に示すとおり、両信号を加算す
ることで実現した。しかしながら、被検体１１の表面状
態が悪い場合や、接触面が曲面である場合には、受信位
置によって受信信号１３の振幅が変化することがある。
この振幅変化は、受信探触子４の走査距離に依存しない
ので、両信号の位相差を求める上で誤差となる。そこ
で、両信号を加算する前に、規格化処理を行なうことに
よってその影響を取り除く。
信号１３の干渉強度の演算処理は図６のステップ２０３
や図８のステップ３０５に示すとおり、両信号を加算す
ることで実現した。しかしながら、被検体１１の表面状
態が悪い場合や、接触面が曲面である場合には、受信位
置によって受信信号１３の振幅が変化することがある。
この振幅変化は、受信探触子４の走査距離に依存しない
ので、両信号の位相差を求める上で誤差となる。そこ
で、両信号を加算する前に、規格化処理を行なうことに
よってその影響を取り除く。
【００５２】ここで、規格化処理について詳述すると、
参照信号をφ1 、受信信号をφ2 とすると、前記（１）
式に示したように、 φ1＝Ａ・ｅｘｐ（ｊωｔ） φ2＝Ｂ・ｅｘｐ｛ｊ（ωｔ−ｋｘ）｝ となり、干渉強度は本来下式となるが、 Ｉ＝｜φ1＋φ2｜＝√（Ａ2＋Ｂ2＋２ＡＢｃｏｓｋｘ） φ2 の強度が受信位置ｘにより変化すると、 φ2＝Ｂ（ｘ）・ｅｘｐ｛ｊ（ωｔ−ｋｘ）｝ となる。このときの干渉強度は、 Ｉ＝｜φ1＋φ2｜＝√｛Ａ2＋Ｂ（ｘ）2＋２ＡＢ（ｘ）
ｃｏｓｋｘ｝ となり、干渉強度が正確な周期関数でなくなる。
参照信号をφ1 、受信信号をφ2 とすると、前記（１）
式に示したように、 φ1＝Ａ・ｅｘｐ（ｊωｔ） φ2＝Ｂ・ｅｘｐ｛ｊ（ωｔ−ｋｘ）｝ となり、干渉強度は本来下式となるが、 Ｉ＝｜φ1＋φ2｜＝√（Ａ2＋Ｂ2＋２ＡＢｃｏｓｋｘ） φ2 の強度が受信位置ｘにより変化すると、 φ2＝Ｂ（ｘ）・ｅｘｐ｛ｊ（ωｔ−ｋｘ）｝ となる。このときの干渉強度は、 Ｉ＝｜φ1＋φ2｜＝√｛Ａ2＋Ｂ（ｘ）2＋２ＡＢ（ｘ）
ｃｏｓｋｘ｝ となり、干渉強度が正確な周期関数でなくなる。
【００５３】従って、受信位置ｘの影響を受けないよう
にするために、 φ1’＝φ1 ／Ａ＝ｅｘｐ（ｊωｔ） φ2’＝φ2 ／Ｂ＝ｅｘｐ｛ｊ（ωｔ−ｋｘ）｝ とすると、干渉強度は、 Ｉ’＝｜φ1’＋φ2’｜＝√２（１＋ｃｏｓｋｘ） となり、干渉強度を周期関数とすることができる。
にするために、 φ1’＝φ1 ／Ａ＝ｅｘｐ（ｊωｔ） φ2’＝φ2 ／Ｂ＝ｅｘｐ｛ｊ（ωｔ−ｋｘ）｝ とすると、干渉強度は、 Ｉ’＝｜φ1’＋φ2’｜＝√２（１＋ｃｏｓｋｘ） となり、干渉強度を周期関数とすることができる。
【００５４】即ち、図６のステップ２０３を図９のステ
ップ２０３１〜２０３３に示すように、参照信号ｒｅｆ
（ｔ）を参照信号ｒｅｆ（ｔ）の振幅Ａで除した信号
と、受信信号ｆ（ｔ）を受信信号ｆ（ｔ）の振幅Ｂで除
した信号とを加算する処理に代える。または、図８のス
テップ３０５を図１０のステップ３０５１〜３０５３に
示すように、参照信号ｆ0（ｔ）を参照信号ｆ0（ｔ）の
振幅Ａで除した信号と、受信信号ｆ（ｔ）を受信信号ｆ
（ｔ）の振幅Ｂで除した信号とを加算する処理に代え
る。この処理を施すことにより、参照信号１４と受信信
号１３の位相差のみを検出することができるようにな
る。
ップ２０３１〜２０３３に示すように、参照信号ｒｅｆ
（ｔ）を参照信号ｒｅｆ（ｔ）の振幅Ａで除した信号
と、受信信号ｆ（ｔ）を受信信号ｆ（ｔ）の振幅Ｂで除
した信号とを加算する処理に代える。または、図８のス
テップ３０５を図１０のステップ３０５１〜３０５３に
示すように、参照信号ｆ0（ｔ）を参照信号ｆ0（ｔ）の
振幅Ａで除した信号と、受信信号ｆ（ｔ）を受信信号ｆ
（ｔ）の振幅Ｂで除した信号とを加算する処理に代え
る。この処理を施すことにより、参照信号１４と受信信
号１３の位相差のみを検出することができるようにな
る。
【００５５】上記のごとく、各実施形態によれば、物体
に連続的表面波を励振し、送受信位置間の距離が変化す
るように送信位置または受信位置を複数点変えて表面波
を受信し、各位置における受信信号と同じ周波数の参照
信号とから干渉強度を測定することにより、干渉強度と
送受信距離の関係から干渉強度の波長を算出し、該波長
と周波数のと積より表面波の音速を求めるように構成し
た。そのため受信探触子を走査した微小範囲（約３ｍ
ｍ）の音速を求めることができ、また、探触子は高々２
個でよく、探触子２個のサイズに走査範囲（この場合約
３ｍｍ）を加えた領域さえあれば音速の測定が可能とな
る。
に連続的表面波を励振し、送受信位置間の距離が変化す
るように送信位置または受信位置を複数点変えて表面波
を受信し、各位置における受信信号と同じ周波数の参照
信号とから干渉強度を測定することにより、干渉強度と
送受信距離の関係から干渉強度の波長を算出し、該波長
と周波数のと積より表面波の音速を求めるように構成し
た。そのため受信探触子を走査した微小範囲（約３ｍ
ｍ）の音速を求めることができ、また、探触子は高々２
個でよく、探触子２個のサイズに走査範囲（この場合約
３ｍｍ）を加えた領域さえあれば音速の測定が可能とな
る。
【００５６】次に、本発明の第３の実施形態を図１１〜
図１５を用いて説明する。
図１５を用いて説明する。
【００５７】本実施形態は、第１および第２の実施形態
の音速測定方法または装置を利用した窒化層厚さ測定方
法または装置に係わるものであり、図１１は音速変化率
Ｒと窒化層厚さＤとの関係を示す図であり、図１２は窒
化層厚さ測定方法を示すフローチャートである。
の音速測定方法または装置を利用した窒化層厚さ測定方
法または装置に係わるものであり、図１１は音速変化率
Ｒと窒化層厚さＤとの関係を示す図であり、図１２は窒
化層厚さ測定方法を示すフローチャートである。
【００５８】図１１において、音速変化率Ｒとは、窒化
層の厚さＤ＝０における、音速をＶｒ（０）とし、窒化
層の厚さＤ＝ｄにおける音速をＶｒ（ｄ）とするとき、
Ｒ＝｛Ｖｒ（ｄ）ーＶｒ（０）｝／Ｖｒ（０）の関係式
で示されるものであり、傾きα（ｆ）は表面波の周波数
ｆによってその傾きが変化し、α（ｆ）＝Ｄ／Ｒで表さ
れるものである。ここで傾きα（ｆ）が周波数ｆの関数
となる理由は、層のある物体上を伝播する表面波音速が
周波数ｆにより変化するためである。図に示すよう、音
速変化率Ｒと窒化層厚さＤとは比例関係に近似できる。
層の厚さＤ＝０における、音速をＶｒ（０）とし、窒化
層の厚さＤ＝ｄにおける音速をＶｒ（ｄ）とするとき、
Ｒ＝｛Ｖｒ（ｄ）ーＶｒ（０）｝／Ｖｒ（０）の関係式
で示されるものであり、傾きα（ｆ）は表面波の周波数
ｆによってその傾きが変化し、α（ｆ）＝Ｄ／Ｒで表さ
れるものである。ここで傾きα（ｆ）が周波数ｆの関数
となる理由は、層のある物体上を伝播する表面波音速が
周波数ｆにより変化するためである。図に示すよう、音
速変化率Ｒと窒化層厚さＤとは比例関係に近似できる。
【００５９】なお、速度Ｖｒ（０）は予め求めておき、
また、傾きα（ｆ）も窒化層厚さが既知の参照被検体の
音速を測定して予め求めておく。
また、傾きα（ｆ）も窒化層厚さが既知の参照被検体の
音速を測定して予め求めておく。
【００６０】次に、本実施形態に係わる窒化層厚さ測定
方法を図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
方法を図１２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００６１】ステップ１０７（３０９）は、第１の実施
形態の図３に示すステップ１０７または第２の実施形態
の図８に示すステップ３０９のステップに相当する。こ
のステップ１０７（３０９）において、音速Ｖｒを算出
後、ステップ４０１において、音速変化率Ｒ＝｛Ｖｒー
Ｖｒ（０）｝／Ｖｒ（０）を演算する。次にステップ４
０２において、窒化層厚さｄ＝α（ｆ）・Ｒを算出す
る。
形態の図３に示すステップ１０７または第２の実施形態
の図８に示すステップ３０９のステップに相当する。こ
のステップ１０７（３０９）において、音速Ｖｒを算出
後、ステップ４０１において、音速変化率Ｒ＝｛Ｖｒー
Ｖｒ（０）｝／Ｖｒ（０）を演算する。次にステップ４
０２において、窒化層厚さｄ＝α（ｆ）・Ｒを算出す
る。
【００６２】次に本実施形態に係わる窒化層厚さ測定装
置の一例を図１３〜図１６用いて説明する。
置の一例を図１３〜図１６用いて説明する。
【００６３】図１３は窒化層厚さ測定装置の全体構成
図、図１４は発電プラントのタービンに用いられる弁棒
の窒化層厚さ測定装置の概略構成図、図１５は送受信の
各探触子の構造図、図１６は送受信の各探触子と被検体
との接触状態を説明する図である。
図、図１４は発電プラントのタービンに用いられる弁棒
の窒化層厚さ測定装置の概略構成図、図１５は送受信の
各探触子の構造図、図１６は送受信の各探触子と被検体
との接触状態を説明する図である。
【００６４】これらの図において、１６は音速変化率演
算部、１７は窒化層厚さ演算部、１８は窒化層厚さ測定
用治具本体、１９は被検体把持機構、２０は被検体とし
ての弁棒、２１は接触媒質、２２，２３は送受信の各探
触子の接触面構造、３０は振動子、３１，３２，３３は
送受信の各探触子のシューである。なお、図１または図
７に示される部分と同一の部分は同一符号を付して説明
を省略する。
算部、１７は窒化層厚さ演算部、１８は窒化層厚さ測定
用治具本体、１９は被検体把持機構、２０は被検体とし
ての弁棒、２１は接触媒質、２２，２３は送受信の各探
触子の接触面構造、３０は振動子、３１，３２，３３は
送受信の各探触子のシューである。なお、図１または図
７に示される部分と同一の部分は同一符号を付して説明
を省略する。
【００６５】この窒化層厚さ測定装置は、図１３に示す
ように、音速変化率演算部１６において、音速演算部９
で求められた音速から音速変化率を演算し、次いで、窒
化層厚さ演算部１７において、その音速変化率と音速変
化率に対する窒化層厚さの既知の比との積から窒化層厚
さを演算して求める。
ように、音速変化率演算部１６において、音速演算部９
で求められた音速から音速変化率を演算し、次いで、窒
化層厚さ演算部１７において、その音速変化率と音速変
化率に対する窒化層厚さの既知の比との積から窒化層厚
さを演算して求める。
【００６６】また、図１４に示すように、この弁棒の窒
化層厚さ測定装置は、弁棒２０は円柱形の部材であるの
で、表面波を円柱形の軸方向に伝播させるように構成さ
れている。窒化層厚さ測定用治具本体１８は被検体把持
機構１９を備え、弁棒２０を両側から抱え込むように構
成されている。探触子走査機構５は超音波リニアモータ
で構成し装置サイズをコンパクト化している。
化層厚さ測定装置は、弁棒２０は円柱形の部材であるの
で、表面波を円柱形の軸方向に伝播させるように構成さ
れている。窒化層厚さ測定用治具本体１８は被検体把持
機構１９を備え、弁棒２０を両側から抱え込むように構
成されている。探触子走査機構５は超音波リニアモータ
で構成し装置サイズをコンパクト化している。
【００６７】また、図１５および図１６に示すように、
送信探触子３と受信探触子４は、縦波モードの超音波を
発生する振動子３０と、被検体（弁棒）２０との接触部
で縦波を表面波にモード変換する角度に調整されたシュ
ー（材質はアクリル等）３１，３２，３３から構成され
る。
送信探触子３と受信探触子４は、縦波モードの超音波を
発生する振動子３０と、被検体（弁棒）２０との接触部
で縦波を表面波にモード変換する角度に調整されたシュ
ー（材質はアクリル等）３１，３２，３３から構成され
る。
【００６８】図１６（ａ）に示すように、従来、シュー
３１の底面は平面であるので、弁棒２０に接触させると
線接触となるために、シュー３１と弁棒２０との間に接
触媒質（マシン油等）２１を塗布してしていた。しかし
接触媒質２１の厚さが場所により異なることで伝播距離
が変わるために、表面波にモード変換したときの位相が
微小にずれ、表面波の強度が低下する。
３１の底面は平面であるので、弁棒２０に接触させると
線接触となるために、シュー３１と弁棒２０との間に接
触媒質（マシン油等）２１を塗布してしていた。しかし
接触媒質２１の厚さが場所により異なることで伝播距離
が変わるために、表面波にモード変換したときの位相が
微小にずれ、表面波の強度が低下する。
【００６９】そこで、図１５（ａ）および図１６（ｂ）
に示すように、シュー３２の底面を接触面の狭い構造２
２にしたり、また、図１５（ｂ）および図１６（ｃ）に
示すように、シュー３３の底面を接触面構造２３のよう
に、弁棒１４の形状に沿う構造にする。これらの接触面
構造２２，２３は、接触媒質２１の厚さの差が生じにく
いので、表面波の位相ずれが生じにくくなる。上記のご
とく、本実施形態によれば、予め表面層厚さと音速との
相関関係を知っておくことにより、表面層厚さを高精度
に測定でき、また表面波送受信手段が、物体に狭い領域
で接触する接触面を有するように構成したり、物体形状
に沿った形状を有するように構成することで、表面波送
受信手段と被検体との間の接触媒質の厚さをほぼ均一に
できるので、表面波の位相ずれが生じにくく、高い信号
強度を得ることができる。
に示すように、シュー３２の底面を接触面の狭い構造２
２にしたり、また、図１５（ｂ）および図１６（ｃ）に
示すように、シュー３３の底面を接触面構造２３のよう
に、弁棒１４の形状に沿う構造にする。これらの接触面
構造２２，２３は、接触媒質２１の厚さの差が生じにく
いので、表面波の位相ずれが生じにくくなる。上記のご
とく、本実施形態によれば、予め表面層厚さと音速との
相関関係を知っておくことにより、表面層厚さを高精度
に測定でき、また表面波送受信手段が、物体に狭い領域
で接触する接触面を有するように構成したり、物体形状
に沿った形状を有するように構成することで、表面波送
受信手段と被検体との間の接触媒質の厚さをほぼ均一に
できるので、表面波の位相ずれが生じにくく、高い信号
強度を得ることができる。
【００７０】
【発明の効果】本発明によれば、金属材料表面に形成さ
れた表面層（窒化層や焼入れ層）や、残留応力、組織方
位、材料劣化などの影響による表面波の局所的音速変化
を高精度で測定することができる。また、必要な探触子
は高々２個であるため表面波伝播距離を十分取れない狭
領域での測定がきわめて有効である。
れた表面層（窒化層や焼入れ層）や、残留応力、組織方
位、材料劣化などの影響による表面波の局所的音速変化
を高精度で測定することができる。また、必要な探触子
は高々２個であるため表面波伝播距離を十分取れない狭
領域での測定がきわめて有効である。
【図１】第１の実施形態に係わる表面波音速測定装置の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図２】受信位置と干渉強度との関係を説明する図であ
る。
る。
【図３】第１の実施形態に係わる表面波音速測定方法を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図４】図１に示した干渉強度検出部の一例を示す回路
構成図である。
構成図である。
【図５】図１に示した干渉強度検出部および音速演算部
をデジタル的処理によって実現する場合の一例を示す構
成図である。
をデジタル的処理によって実現する場合の一例を示す構
成図である。
【図６】図１に示した干渉強度検出部および音速演算部
におけるデジタル的処理の処理手順を示すフローチャー
トである。
におけるデジタル的処理の処理手順を示すフローチャー
トである。
【図７】第２の実施形態に係わる表面波音速測定装置の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図８】第２の実施形態に係わる表面波音速測定方法を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図９】図６に示すステップ２０３において、参照信号
と受信信号を規格化処理して加算処理するステップを示
すフローチャートである。
と受信信号を規格化処理して加算処理するステップを示
すフローチャートである。
【図１０】図８に示すステップ３０５において、参照信
号と受信信号を規格化処理して加算処理するステップを
示すフローチャートである。
号と受信信号を規格化処理して加算処理するステップを
示すフローチャートである。
【図１１】音速変化率と窒化層厚さとの関係を示す図で
ある。
ある。
【図１２】第３の実施形態に係わる窒化層厚さ測定方法
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図１３】第３の実施形態に係わる窒化層厚さ測定装置
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図１４】第３の実施形態に係わる窒化層厚さ測定装置
の概略構成図である。
の概略構成図である。
【図１５】第３の実施形態に係わる送受信の各探触子の
構造図である。
構造図である。
【図１６】従来および第３の実施形態に係わる送受信の
各探触子の構造図である。
各探触子の構造図である。
１ 連続波発生器 ２，６ アンプ ３ 送信探触子 ４ 受信探触子 ５ 走査駆動部 ７ 干渉強度検出部 ８ 走査制御部 ９ 音速演算部 １０ 表面波 １１ 被検体 １６ 音速変化率演算部 １７ 窒化層厚さ演算部
フロントページの続き (72)発明者 渡辺 敦志 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (72)発明者 川又 啓人 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平８−201356（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−159230（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−174741（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−128422（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−170910（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−30726（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01H 5/00 G01B 17/02 G01N 29/18 G01H 5/00 G01B 17/02 G01N 29/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (10)
- 【請求項１】 物体を伝搬する表面波の音速を測定する
表面波音速測定方法において、 物体に連続的に表面波を送信し、 該表面波を送信する送信位置と該表面波を受信する受信
位置間の距離を変化して、該変化する各距離において、
前記表面波を受信し、 該受信した信号と該受信した信号と同じ周波数の参照信
号とを加算して干渉強度を測定し、 該干渉強度から該干渉強度の波長を算出し、 該波長と前記周波数との積を演算することにより前記物
体を伝搬する表面波の音速を求めることを特徴とする表
面波音速測定方法。 - 【請求項２】 物体を伝搬する表面波の音速を測定する
表面波音速測定方法において、 物体に連続的に表面波を送信し、 該表面波を送信する送信位置と該表面波を受信する受信
位置間の距離を変化して、該変化する各距離において、
前記表面波を受信し、 該受信した信号を該受信した信号の振幅で除した受信信
号成分と、該受信した信号と同じ周波数の参照信号を該
参照信号の振幅で除した参照信号成分とを加算して干渉
強度を測定し、 該干渉強度から該干渉強度の波長を算出し、 該波長と前記周波数との積を演算することにより前記物
体を伝搬する表面波の音速を求めることを特徴とする表
面波音速測定方法。 - 【請求項３】 請求項１ないしは請求項２のいずれか１
つの請求項記載において前記参照信号は、前記表面波を
送信する信号と同じ信号であることを特徴とする表面波
音速測定方法。 - 【請求項４】 請求項１ないしは請求項２のいずれか１
つの請求項記載において、 前記参照信号は、任意の前記距離において受信した信号
であることを特徴とする表面波音速測定方法。 - 【請求項５】 物体表面に形成された表面層厚さを測定
する表面層厚さ測定方法において、 請求項１ないしは請求項４のいずれか１つの請求項記載
の表面波音速測定方法を利用して、前記物体表面を伝搬
する表面波の音速を演算し、 前記演算された音速から前記表面層厚に対する音速変化
率を演算し、 音速変化率に対する表面層厚さとの既知の比と前記演算
された音速変化率との積から前記表面層厚さを演算して
求めることを特徴とする表面層厚さ測定方法。 - 【請求項６】 物体の表面波を測定する表面波音速測定
装置において、 連続波信号を発生する連続波発生手段と、 前記連続波信号を物体に表面波として送信する表面波送
信手段と、 前記表面波を受信する表面波受信手段と、 前記表面波送信手段と前記表面波受信手段間の距離を可
変制御すると共に、前記変化する各距離に対応する距離
信号を出力する走査制御部と、 前記表面波受信手段によって受信した受信信号と前記連
続波信号とから干渉強度を検出する干渉強度検出手段
と、 前記干渉強度と前記距離信号とを入力して、前記干渉強
度の波長を演算し、該波長と前記受信信号の周波数とか
ら音速を演算する音速演算手段と、 を備えることを特徴とする表面波音速測定装置。 - 【請求項７】 請求項６の記載において、 前記連続波発生手段は、前記連続波の周波数を可変でき
ることを特徴とする表面波音速測定装置。 - 【請求項８】 請求項６ないしは請求項７のいずれか１
つの請求項記載において、 前記表面波送信手段の送信面および前記表面波受信手段
の受信面は、それぞれ前記物体と狭い領域で接触可能な
接触面によって構成されていることを特徴とする表面波
音速測定装置。 - 【請求項９】 請求項６ないしは請求項７のいずれか１
つの請求項記載において、 前記表面波送信手段の送信面および前記表面波受信手段
の受信面は、それぞれ前記物体と広い領域で接触可能な
接触面によって構成されていることを特徴とする表面波
音速測定装置。 - 【請求項１０】 物体表面に形成された表面層厚さを測
定する表面層厚さ測定装置において、 連続波信号を発生する連続波発生手段と、 前記連続波信号を物体に表面波として送信する表面波送
信手段と、 前記表面波を受信する表面波受信手段と、 前記表面波送信手段と前記表面波受信手段間の距離を可
変制御すると共に、前記変化する距離に対応する距離信
号を出力する走査制御部と、 前記表面波受信手段によって受信した受信信号と前記連
続波信号とから干渉強度を検出する干渉強度検出手段
と、 前記干渉強度と前記距離信号を入力して、前記干渉強度
の波長を演算し、該波長と前記受信信号の周波数とから
音速を演算する音速演算手段と、 前記演算して求めた音速から前記表面層厚に対する音速
変化率を演算する音速変化率演算手段と、 音速変化率に対する表面層厚さの既知の比と前記演算さ
れた音速変化率との積から前記表面層厚さを演算して求
める表面層厚さ演算手段と、を備えることを特徴とする
表面層厚さ測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11231397A JP3288254B2 (ja) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | 表面波音速測定方法および表面波音速測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11231397A JP3288254B2 (ja) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | 表面波音速測定方法および表面波音速測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10300565A JPH10300565A (ja) | 1998-11-13 |
| JP3288254B2 true JP3288254B2 (ja) | 2002-06-04 |
Family
ID=14583551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11231397A Expired - Fee Related JP3288254B2 (ja) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | 表面波音速測定方法および表面波音速測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3288254B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004184378A (ja) * | 2002-12-06 | 2004-07-02 | Koyo Seiko Co Ltd | 鋼製部品の脱炭または研磨焼の検査方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3831292B2 (ja) * | 2002-05-15 | 2006-10-11 | 株式会社ジェイテクト | 円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法 |
| JP2006242942A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-09-14 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 液浸探傷装置、局部液浸探傷装置および液浸探傷方法 |
| JP6319373B2 (ja) * | 2016-03-04 | 2018-05-09 | 横河電機株式会社 | 振動変位測定装置及び振動変位測定方法 |
| CN109115326B (zh) * | 2018-09-19 | 2024-04-09 | 安徽大学 | 一种接收换能器角度可变的声速测定仪及其使用方法 |
| CN110118593A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-13 | 浙江大学 | 一种新型实验室声速测量装置 |
-
1997
- 1997-04-30 JP JP11231397A patent/JP3288254B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10300565A (ja) | 1998-11-13 |
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