JP5251911B2 - Residual stress calculation device, residual stress measurement device, residual stress calculation method, residual stress measurement method, and program - Google Patents

Residual stress calculation device, residual stress measurement device, residual stress calculation method, residual stress measurement method, and program Download PDF

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Description

本発明は、残留応力算出装置、残留応力測定装置、残留応力算出方法、残留応力測定方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to a residual stress calculation device, a residual stress measurement device, a residual stress calculation method, a residual stress measurement method, and a program.

金属板等の被検査体の内部に残留している応力(残留応力)は、複雑で不均一な応力分布を生じ、被検査体の機械的な性質に大きな影響を与えるものであるため、残留応力の大きさを正確に測定することは、被検査体の性能を維持する上で重要な技術である。そのため、金属板等の被検査体に残留している応力を測定するための技術について、様々な検討がなされており、各種の方法が提案されている。   Residual stress (residual stress) remaining inside the object to be inspected, such as a metal plate, creates a complex and uneven stress distribution and greatly affects the mechanical properties of the object to be inspected. Measuring the magnitude of the stress accurately is an important technique for maintaining the performance of the object to be inspected. For this reason, various studies have been made on techniques for measuring the stress remaining in an object to be inspected, such as a metal plate, and various methods have been proposed.

例えば、以下の特許文献1及び特許文献2には、X線又は中性子線を被検査体に照射し、得られた回折パターンから結晶の格子間隔を測定して、被検査体の応力を測定する方法が開示されている。また、以下の非特許文献1には、被検査体中を伝播する縦波及び横波の音速から音弾性パラメータを測定し、予め測定しておいた主応力和と主応力差の関係から主応力を算出する方法が開示されている。ここで、上記音弾性パラメータとは、主応力和、又は、主応力差と相関のある複数の超音波音速から算出されるパラメータのことである。   For example, in Patent Document 1 and Patent Document 2 below, X-rays or neutron beams are irradiated onto an object to be inspected, and the lattice spacing of the crystal is measured from the obtained diffraction pattern to measure the stress of the object to be inspected. A method is disclosed. In Non-Patent Document 1 below, acoustoelastic parameters are measured from the acoustic velocities of longitudinal and transverse waves propagating in the object to be inspected, and the principal stress is calculated from the relationship between the principal stress sum and the principal stress difference measured in advance. A method of calculating is disclosed. Here, the acoustoelastic parameter is a parameter calculated from a plurality of ultrasonic sound velocities correlated with the principal stress sum or the principal stress difference.

特開昭60−78336号公報JP 60-78336 A 特開平8−327471号公報JP-A-8-327471

社団法人日本非破壊検査協会編、「音弾性」、1994年版、社団法人日本非破壊検査協会、1994年11月、p.25−26Japan Nondestructive Inspection Association, “Acoustic Elasticity”, 1994 edition, Japan Nondestructive Inspection Association, November 1994, p. 25-26

しかしながら、上記特許文献1に記載の方法では、被検査体表面の残留応力しか測定することができないという問題がある。また、上記特許文献2に記載の方法では、被検査体内部の残留応力も測定可能ではあるが、測定装置が大規模になってしまうという問題がある。また、上記特許文献1及び特許文献2に記載の方法は、X線又は中性子線を利用する方法であるため、被爆の危険性があるという問題も存在する。   However, the method described in Patent Document 1 has a problem that only the residual stress on the surface of the object to be inspected can be measured. Moreover, although the method described in Patent Document 2 can measure the residual stress inside the object to be inspected, there is a problem that the measuring apparatus becomes large-scale. Moreover, since the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are methods using X-rays or neutron beams, there is a problem that there is a risk of exposure.

他方、上記非特許文献1の方法は、比較的簡単な測定装置で被検査体内部の残留応力を測定可能ではあるが、被検査体が塑性変形している場合には、測定誤差が大きくなるという問題があった。   On the other hand, although the method of Non-Patent Document 1 can measure the residual stress inside the object to be inspected with a relatively simple measuring device, the measurement error increases when the object to be inspected is plastically deformed. There was a problem.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、塑性変形している被検査体の内部に残留している応力を、安全かつ正確に測定することが可能な、残留応力算出装置、残留応力測定装置、残留応力算出方法、残留応力測定方法およびプログラムを提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to safely and accurately measure the stress remaining in the plastically deformed object. Another object is to provide a residual stress calculation device, a residual stress measurement device, a residual stress calculation method, a residual stress measurement method, and a program.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得部と、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、を備える残留応力算出装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, sound speed information related to a plurality of ultrasonic sound speeds in a metal plate measured by generating a plurality of ultrasonic waves in a plastically deformed metal plate is obtained. The sound velocity information acquisition unit, the plastic deformation amount of the metal plate or a plastic deformation feature amount calculation unit that calculates a plastic deformation feature amount that is a value that can be converted into the plastic deformation amount, and the sound speed acquired by the sound speed information acquisition unit. Based on the information, the acoustoelastic parameter calculating unit for calculating the acoustoelastic parameter in the metal plate, and the plastic deformation feature amount calculated by the plastic deformation feature amount calculating unit, the stress of the acoustoelastic parameter A sound elasticity parameter coefficient correction unit that corrects a coefficient representing a change caused by the sound elasticity parameter, a sound elasticity parameter calculated by the sound elasticity parameter calculation unit, a coefficient corrected by the sound elasticity parameter coefficient correction unit, Based on the residual stress calculation unit for calculating a stress remaining in the metal plate, the residual stress calculating device with a provided.

前記残留応力算出装置は、前記係数と前記塑性変形特徴量との関係を表す相関情報が格納された記憶部を更に備え、前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記記憶部に格納された前記相関情報と、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量とを利用して、前記係数を決定することが好ましい。   The residual stress calculation device further includes a storage unit storing correlation information representing a relationship between the coefficient and the plastic deformation feature amount, and the acoustoelastic parameter coefficient correction unit is the correlation stored in the storage unit. Preferably, the coefficient is determined using information and the plastic deformation feature amount calculated by the plastic deformation feature amount calculation unit.

前記音弾性パラメータ算出部は、前記音速情報を利用して、前記音弾性パラメータとして音速比R及び音響複屈折Bを算出し、前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量に基づいて、以下の式1における係数C及びR、並びに、以下の式2における係数C及びBを決定することが好ましい。 The acoustoelastic parameter calculation unit calculates the sound velocity ratio R and the acoustic birefringence B as the acoustoelastic parameters using the sound velocity information, and the acoustoelastic parameter coefficient correction unit includes the plastic deformation feature amount calculation unit. calculated based on the plastic deformation characteristic quantity, the coefficient C R and R 0 in formula 1 below, as well, it is preferable to determine the coefficients C a and B 0 in equation 2 below.

ここで、下記式1及び式2において、σ及びσは、金属板中に残留している主応力を表す。 Here, in the following formulas 1 and 2, σ 1 and σ 2 represent main stresses remaining in the metal plate.

Figure 0005251911
Figure 0005251911

前記残留応力算出部は、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音速比R及び音響複屈折Bと、前記音弾性パラメータ係数補正部が決定した前記係数R、C、B及びCと、を利用し、前記式1及び前記式2に基づいて金属板に残留している主応力を算出することが好ましい。 The residual stress calculation unit includes a sound speed ratio R and an acoustic birefringence B calculated by the acoustoelastic parameter calculation unit, and the coefficients R 0 , C R , B 0 and C A determined by the acoustoelastic parameter coefficient correction unit. It is preferable to calculate the principal stress remaining on the metal plate based on the formula 1 and the formula 2 using

前記塑性変形特徴量は、前記金属板に生じた塑性歪であってもよい。
また、前記塑性変形特徴量は、塑性変形に伴う前記金属板の板厚の変化の割合である減肉比であってもよい。
The plastic deformation feature amount may be a plastic strain generated in the metal plate.
The plastic deformation feature amount may be a thickness reduction ratio that is a rate of change in the thickness of the metal plate accompanying plastic deformation.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定する音速測定装置と、前記音速測定装置が測定した音速の測定結果を利用して、前記塑性変形した金属板中に残留する応力を算出する残留応力算出装置と、を備え、前記残留応力算出装置は、前記音速測定装置から、前記塑性変形した金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得する音速情報取得部と、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、を有する残留応力測定装置が提供される。   In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, by generating a plurality of ultrasonic waves in a plastically deformed metal plate, the plurality of ultrasonic waves propagating in the metal plate are generated. A sonic velocity measuring device for measuring the sonic velocity, and a residual stress calculating device for calculating a residual stress in the plastically deformed metal plate using a measurement result of the sonic velocity measured by the sonic velocity measuring device. The stress calculation device includes a sound speed information acquisition unit that acquires sound speed information that is a measurement result regarding a plurality of ultrasonic sound speeds propagating in the plastically deformed metal plate from the sound speed measurement device, and a plastic deformation amount of the metal plate or Based on the sound velocity information acquired by the plastic deformation feature amount calculating unit that calculates a plastic deformation feature amount that is a value that can be converted into a plastic deformation amount, and calculating the acoustic elasticity parameter in the metal plate Sound elasticity A parameter calculation unit, a acoustoelastic parameter coefficient correction unit that corrects a coefficient representing a change due to stress in the acoustoelastic parameter using the plastic deformation feature value calculated by the plastic deformation feature value calculation unit, and A residual stress calculating unit that calculates a residual stress on the metal plate based on the acoustoelastic parameter calculated by the acoustoelastic parameter calculating unit and the coefficient corrected by the acoustoelastic parameter coefficient correcting unit. A stress measurement device is provided.

また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得するステップと、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出するステップと、算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、を含む残留応力算出方法が提供される。   In order to solve the above problems, according to still another aspect of the present invention, the present invention relates to a plurality of ultrasonic sound speeds in a metal plate measured by generating a plurality of ultrasonic waves in a plastically deformed metal plate. Obtaining a sound velocity information; calculating a plastic deformation amount of the metal plate or a plastic deformation feature amount that is a value that can be converted into a plastic deformation amount; and, based on the obtained sound velocity information, a sound in the metal plate. A step of calculating an elastic parameter; a step of correcting a coefficient representing a change of the acoustoelastic parameter due to stress using the calculated plastic deformation feature; a calculated acoustoelastic parameter; and a corrected coefficient And calculating a residual stress on the metal plate, based on the above.

また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定するステップと、前記金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得するステップと、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出するステップと、算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、を含む残留応力測定方法が提供される。   In order to solve the above problems, according to still another aspect of the present invention, the plurality of ultrasonic waves propagating in the metal plate by generating the plurality of ultrasonic waves in the plastically deformed metal plate. A step of measuring the sound velocity of the metal plate, a step of obtaining sound velocity information that is a measurement result of a plurality of ultrasonic sound velocities propagating in the metal plate, and a plastic deformation amount of the metal plate or a value that can be converted into a plastic deformation amount. While calculating a certain plastic deformation feature amount, calculating the acoustoelastic parameter in the metal plate based on the acquired sound velocity information, and using the calculated plastic deformation feature amount, Correcting a coefficient representing a change due to stress, and calculating a residual stress on the metal plate based on the calculated acoustoelastic parameter and the corrected coefficient. Residual stress measurement method is provided.

また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、コンピュータに、塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得機能と、前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出機能と、前記音速情報取得機能が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出機能と、前記塑性変形特徴量算出機能が算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正機能と、前記音弾性パラメータ算出機能が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正機能が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出機能と、を実現させるためのプログラムが提供される。   In order to solve the above problems, according to still another aspect of the present invention, a plurality of ultrasonic waves in a metal plate measured by causing a computer to generate a plurality of ultrasonic waves in a plastically deformed metal plate. A sound speed information acquisition function for acquiring sound speed information related to the sound wave speed, a plastic deformation feature amount calculation function for calculating a plastic deformation feature amount that is a value that can be converted into a plastic deformation amount or a plastic deformation amount of the metal plate, and the sound speed information. Based on the sound velocity information acquired by the acquisition function, using the acoustoelastic parameter calculation function for calculating the acoustoelastic parameter in the metal plate, and the plastic deformation feature amount calculated by the plastic deformation feature amount calculation function, A acoustoelastic parameter coefficient correction function for correcting a coefficient representing a change due to stress of the acoustoelastic parameter, an acoustoelastic parameter calculated by the acoustoelastic parameter calculation function, and the acoustoelastic parameter. Based on the coefficient meter factor correction function is corrected, program for implementing a residual stress calculating function of calculating a stress remaining in the metal plate is provided.

以上説明したように本発明によれば、金属板内部を伝播する音波の音速の関係から算出した音弾性パラメータと、塑性変形が音弾性パラメータに及ぼす影響を補正するための補正値とを利用して、金属板中の残留応力を算出するため、塑性変形している被検査体の内部に残留している応力を、安全かつ正確に測定することが可能となる。   As described above, according to the present invention, the acoustoelastic parameter calculated from the relationship of the sound velocity of the sound wave propagating through the metal plate and the correction value for correcting the influence of plastic deformation on the acoustoelastic parameter are used. Thus, since the residual stress in the metal plate is calculated, it is possible to safely and accurately measure the stress remaining in the plastically deformed test object.

本発明の第1の実施形態に係る残留応力測定装置の構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the residual stress measuring apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 同実施形態に係る音速測定装置の例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the example of the sound speed measuring apparatus which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る残留応力算出装置の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the residual stress calculation apparatus which concerns on the same embodiment. 塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between the plastic strain and the coefficient of the acoustoelastic parameter. 塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between the plastic strain and the coefficient of the acoustoelastic parameter. 塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between the plastic strain and the coefficient of the acoustoelastic parameter. 塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between the plastic strain and the coefficient of the acoustoelastic parameter. 塑性歪による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the stress measurement result when correct | amending by plastic strain. 塑性歪による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the stress measurement result when correct | amending by plastic strain. 塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。It is the graph which showed the change of the measurement error when correct | amending by plastic strain. 塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。It is the graph which showed the change of the measurement error when correct | amending by plastic strain. 塑性歪と減肉比との関係を示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between plastic strain and a thinning ratio. 減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between the thinning ratio and the coefficient of the acoustoelastic parameter. 減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between the thinning ratio and the coefficient of the acoustoelastic parameter. 減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between the thinning ratio and the coefficient of the acoustoelastic parameter. 減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。It is the graph which showed the relationship between the thinning ratio and the coefficient of the acoustoelastic parameter. 減肉比による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the stress measurement result when correct | amending by the thickness reduction ratio. 減肉比による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the stress measurement result when correct | amending by the thickness reduction ratio. 減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。It is the graph which showed the change of the measurement error when correct | amending by the thinning ratio. 減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。It is the graph which showed the change of the measurement error when correct | amending by the thinning ratio. 同実施形態に係る残留応力算出方法の流れを示した流れ図である。It is the flowchart which showed the flow of the residual stress calculation method which concerns on the same embodiment. 本発明の実施形態に係る残留応力算出装置のハードウェア構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the hardware constitutions of the residual stress calculation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法の流れを示した流れ図である。It is the flowchart which showed the flow of the residual stress measuring method using the conventional acoustoelastic effect. 塑性歪がないときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the measurement result of the acoustoelastic parameter when there is no plastic strain. 塑性歪がないときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the measurement result of the acoustoelastic parameter when there is no plastic strain. 塑性歪があるときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the measurement result of the acoustoelastic parameter when there exists plastic strain. 塑性歪があるときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the measurement result of the acoustoelastic parameter when there exists plastic strain. 塑性歪を考慮しないときの応力測定結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the stress measurement result when not considering plastic strain. 塑性歪を考慮しないときの応力測定結果を示したグラフ図である。It is the graph which showed the stress measurement result when not considering plastic strain.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

(目的)
まず、本発明の実施形態について説明するに先立ち、図19〜図25を参照しながら従来の音弾性効果を利用した残留応力の測定方法について説明し、従来の残留応力測定方法の問題点を明らかにする。また、この従来の残留応力測定方法の問題点を踏まえたうえでの本発明が目的とするところについて、説明を行う。図19は、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法の流れを示した流れ図である。図20及び図21は、塑性歪がないときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。図22及び図23は、塑性歪があるときの音弾性パラメータの測定結果を示したグラフ図である。図24及び図25は、塑性歪を考慮しないときの応力測定結果を示したグラフ図である。
(the purpose)
First, prior to describing the embodiment of the present invention, a conventional method for measuring residual stress using the acoustoelastic effect will be described with reference to FIGS. 19 to 25, and the problems of the conventional residual stress measuring method will be clarified. To. Further, the purpose of the present invention based on the problems of the conventional residual stress measurement method will be described. FIG. 19 is a flowchart showing the flow of a conventional residual stress measurement method using the acoustoelastic effect. 20 and 21 are graphs showing measurement results of acoustoelastic parameters when there is no plastic strain. 22 and 23 are graphs showing measurement results of acoustoelastic parameters when there is plastic strain. 24 and 25 are graphs showing stress measurement results when plastic strain is not considered.

まず、図19を参照しながら、従来の音弾性(acoustoelasticity)効果を利用した残留応力測定方法の流れを簡単に説明する。   First, with reference to FIG. 19, the flow of a conventional residual stress measurement method using the acoustic elasticity effect will be briefly described.

従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、まず、所定の音速測定装置を利用して、被検査体(例えば、金属板等)の内部を伝播する音波(超音波)の音速を測定する(ステップS11)。具体的には、音速測定装置を利用して、被検査体の内部に縦波超音波及び横波超音波を発生させて、多重反射エコー間隔を測定したり、共振周波数を測定したりする。これにより、縦波超音波及び横波超音波について、例えば以下のような物理量を測定することができる。   In the conventional residual stress measurement method using the acoustoelastic effect, first, the sound velocity of the sound wave (ultrasonic wave) propagating inside the object to be inspected (for example, a metal plate) is measured using a predetermined sound velocity measuring device. (Step S11). Specifically, longitudinal sound waves and transverse wave ultrasonic waves are generated inside the object to be inspected using a sound velocity measuring device, and the multiple reflection echo interval is measured or the resonance frequency is measured. Thereby, for example, the following physical quantities can be measured for the longitudinal ultrasonic waves and the transverse ultrasonic waves.

・縦波について
エコー間隔 T
共振周波数 fLn(nは、次数である。)
・横波について
エコー間隔 TS1,TS2
共振周波数 fS1n,fS2n(nは、次数である。)
・ About longitudinal waves Echo interval TL
Resonant frequency f Ln (n is the order)
・ About transverse waves Echo interval T S1 , T S2
Resonant frequencies f S1n , f S2n (n is the order)

ここで、音速とエコー間隔の間、及び、音速と共振周波数の間には、超音波の伝播距離(例えば、被検査体の厚み)tを用いて、以下の式11及び式12で表される関係が成立する。なお、以下の式11及び式12において、Cは音速を表す。また、nは、共振周波数の次数である。   Here, between the sound velocity and the echo interval, and between the sound velocity and the resonance frequency, the propagation distance of the ultrasonic wave (for example, the thickness of the object to be inspected) t is used, and is expressed by the following equations 11 and 12. The relationship is established. In the following formulas 11 and 12, C represents the speed of sound. N is the order of the resonance frequency.

C=2t/T ・・・(式11)
C=2ft/n ・・・(式12)
C = 2t / T (Formula 11)
C = 2f n t / n (Expression 12)

ここで、上記式11において、Tは、縦波のエコー間隔T及び横波のエコー間隔TS1,TS2を指し、上記式12において、fは、縦波の共振周波数fLn及び横波の共振周波数fS1n,fS2nを指すものである。 In Equation 11, T indicates the longitudinal wave echo interval T L and the transverse wave echo intervals T S1 and T S2 , and in Equation 12, f n represents the longitudinal wave resonance frequency f Ln and the transverse wave frequency. The resonance frequencies f S1n and f S2n are indicated.

よって、縦波超音波から得られた物理量(エコー間隔又は共振周波数)を利用することで、縦波超音波の音速Cを算出することができ、横波超音波から得られた物理量を利用することで、横波超音波の音速CS1,CS2を算出することができる。 Thus, by utilizing the physical quantity obtained from the longitudinal ultrasonic waves (the echo interval or a resonance frequency), it is possible to calculate the sound velocity C L of longitudinal ultrasonic waves, using a physical quantity obtained from the transverse ultrasonic waves Thus, the sound speeds C S1 and C S2 of the transverse ultrasonic waves can be calculated.

続いて、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、測定した音速を利用して、各種の音弾性パラメータを算出する(ステップS13)。このような音弾性パラメータの例として、以下の式13で表される音速比Rと、以下の式14で表される音響複屈折Bと、を挙げることができる。   Subsequently, in the conventional residual stress measurement method using the acoustoelastic effect, various acoustoelastic parameters are calculated using the measured sound speed (step S13). Examples of such acoustoelastic parameters include a sound speed ratio R expressed by the following formula 13 and an acoustic birefringence B expressed by the following formula 14.

Figure 0005251911
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ここで、音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、以下で説明するように音速を測定することが目的ではなく、上記式13及び式14に示したような音弾性パラメータを用いて、被検査体に残留している主応力を測定することが目的である。上記式13及び式14の内容から明らかなように、音弾性パラメータを表す式の分子及び分母それぞれには、音速が同一の次数で含まれているため、上記式11及び式12におけるt(超音波の伝播距離)は、分子と分母で打ち消しあうこととなる。従って、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、エコー間隔や共振周波数等の測定値を利用するようにすれば、超音波の伝播距離(例えば、被検査体の厚み等)は、測定する必要はない。   Here, the residual stress measurement method using the acoustoelastic effect is not intended to measure the speed of sound, as will be described below, but using the acoustoelastic parameters as shown in the above equations 13 and 14, The purpose is to measure the main stress remaining in the test object. As is clear from the contents of Equation 13 and Equation 14 above, the numerator and denominator of the equation representing the acoustoelastic parameter include the same order of sound velocity. The propagation distance of the sound wave is canceled by the numerator and the denominator. Therefore, in the conventional residual stress measurement method using the acoustoelastic effect, if measurement values such as the echo interval and the resonance frequency are used, the propagation distance of the ultrasonic wave (for example, the thickness of the object to be inspected) is There is no need to measure.

続いて、従来の残留応力測定方法では、算出した音弾性パラメータを利用して、被検査体に残留している応力を算出する(ステップS15)。   Subsequently, in the conventional residual stress measurement method, the stress remaining in the object to be inspected is calculated using the calculated acoustoelastic parameter (step S15).

ここで、音速比R及び音響複屈折Bは、被検査体に残留している主応力σ及びσとの間に以下の式15及び式16で表されるような関係が成立することが知られている。 Here, the relationship between the sound velocity ratio R and the acoustic birefringence B is expressed by the following equations 15 and 16 between the main stresses σ 1 and σ 2 remaining in the object to be inspected. It has been known.

Figure 0005251911
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ここで、上記式15において、Cは主応力和変化による音速比の変化を表す係数であり、定数項Rは無応力時の音速比である。また、上記式16において、Cは主応力差変化による音響複屈折の変化を表す係数であり、定数項Bは被検査体の無応力時の組織異方性を表す。 Here, in the above formula 15, C R is a coefficient representing a change in the sound velocity ratio by the main stress sum changes, the constant term R 0 is the speed of sound ratio under no stress. In the above equation 16, C A is a coefficient representing the change in acoustic birefringence due to the change in main stress difference, and the constant term B 0 represents the tissue anisotropy when the test object is not stressed.

そこで、ある被検査体について、音速比Rと主応力和(σ+σ)との関係、及び、音響複屈折Bと主応力差(σ−σ)との関係を予め測定しておき、算出した音弾性パラメータから主応力和及び主応力差を算出して、被検査体に残留している主応力σ及びσを算出する。 Therefore, the relationship between the sound speed ratio R and the principal stress sum (σ 1 + σ 2 ) and the relationship between the acoustic birefringence B and the principal stress difference (σ 1 −σ 2 ) are measured in advance for a certain object to be inspected. Then, the main stress sum and the main stress difference are calculated from the calculated acoustoelastic parameters, and the main stresses σ 1 and σ 2 remaining in the object to be inspected are calculated.

ここで、被検査体として、引張強度の異なる2種類の鋼板(サンプルA:板厚1mmの引張強度980MPa級高張力鋼板、サンプルB:板厚1.4mmの引張強度590MPa級高張力鋼板)を用意し、引張試験機により荷重を加えながら音弾性パラメータを測定した。準備した2種類の鋼板には、塑性変形は生じていない。得られた測定結果を、図20及び図21に示す。   Here, two types of steel plates having different tensile strengths (Sample A: tensile strength 980 MPa class high strength steel plate with a thickness of 1 mm, sample B: tensile strength 590 MPa class high strength steel plate with a thickness of 1.4 mm) are used as test objects. The acoustoelastic parameter was measured while applying a load with a tensile tester. The two types of prepared steel plates are not plastically deformed. The obtained measurement results are shown in FIGS.

図20及び図21において、上側のグラフ図が音速比Rと応力(すなわち、鋼板に加えた荷重の大きさであり、主応力和に相当するもの)との関係を示したグラフ図である。また、下側のグラフ図が音響複屈折Bと応力(すなわち、鋼板に加えた荷重の大きさであり、主応力差に相当するもの)との関係を示したグラフ図である。   20 and 21, the upper graph is a graph showing the relationship between the sound speed ratio R and the stress (that is, the magnitude of the load applied to the steel sheet, which corresponds to the principal stress sum). Further, the lower graph is a graph showing the relationship between the acoustic birefringence B and the stress (that is, the magnitude of the load applied to the steel sheet and corresponding to the main stress difference).

図20及び図21から明らかなように、被検査体である鋼板に塑性変形が生じていない場合、加えた荷重(応力)と音弾性パラメータとの間には、線形関係があることがわかる。従って、この線形関係を利用することで、算出した音弾性パラメータから主応力和及び主応力差を算出することができるため、被検査体に残留している主応力σ及びσを特定することができる。 As apparent from FIGS. 20 and 21, it is understood that there is a linear relationship between the applied load (stress) and the acoustoelastic parameter when plastic deformation does not occur in the steel plate as the object to be inspected. Therefore, since the principal stress sum and the principal stress difference can be calculated from the calculated acoustoelastic parameters by using this linear relationship, the principal stresses σ 1 and σ 2 remaining in the inspection object are specified. be able to.

他方、被検査体に大きな歪が加えられており、被検査体が塑性歪を受けているときの音弾性パラメータの測定結果について説明する。上述のサンプルA及びサンプルBに対して予め所定の塑性歪を与えておき、これら塑性歪が与えられたサンプルに対して、引張試験機により引張応力を加えながら、音弾性パラメータを測定した。   On the other hand, the measurement result of the acoustoelastic parameter when a large strain is applied to the inspection object and the inspection object is subjected to plastic strain will be described. Predetermined plastic strain was given to the above-mentioned sample A and sample B, and the acoustoelastic parameters were measured while applying tensile stress to the sample given these plastic strains with a tensile tester.

得られた結果を、図22及び図23に示した。
なお、鋼板に対して与えた塑性歪の大きさは、鋼板が伸びた割合で示している。例えば、各グラフ図において2%という表記が意味するものは、鋼板に引張応力を加えることで鋼板の長さが2%伸びる程度の引張応力を加えたということである。各グラフ図から明らかなように、塑性歪の存在により、グラフ図の傾きや切片の位置が変化している。グラフ図の傾きや切片の位置が異なるということは、塑性歪が生じることで同一応力条件下であっても音弾性パラメータが変化しているということを示すものである。
The obtained results are shown in FIG. 22 and FIG.
In addition, the magnitude | size of the plastic strain given with respect to the steel plate is shown by the ratio which the steel plate extended. For example, the notation of 2% in each graph means that a tensile stress that increases the length of the steel sheet by 2% is applied by applying a tensile stress to the steel sheet. As is apparent from each graph, the inclination of the graph and the position of the intercept change due to the presence of plastic strain. The fact that the inclination of the graph and the position of the intercept are different indicate that the acoustoelastic parameter is changed even under the same stress condition due to the occurrence of plastic strain.

図20及び図21に示した、塑性歪が存在しないときの音弾性パラメータと応力との関係を利用して、図22及び図23に示した音弾性パラメータに基づいて残留応力を算出した結果を、図24及び図25に示す。図24が、サンプルAについての残留応力測定結果であり、図25が、サンプルBについての残留応力測定結果である。   The results of calculating the residual stress based on the acoustoelastic parameters shown in FIGS. 22 and 23 using the relationship between the acoustoelastic parameters and the stress when no plastic strain exists, as shown in FIGS. 24 and 25. FIG. 24 shows the residual stress measurement results for sample A, and FIG. 25 shows the residual stress measurement results for sample B.

行った測定は、被検査体である鋼板に対して一軸引張試験を行った結果に基づくものである。そのため、引っ張り方向と平行な方向の主応力σについては引張応力に応じて増加する線形関係が成り立つとともに、引っ張り方向に直交する方向の主応力σについては、引張応力によらず0近傍で一定の値となることが予想される。図24及び図25をみると、塑性歪が大きくなるにつれて、塑性歪がない場合(0%)に比べて測定結果の誤差が大きくなっていることがわかる。 The measurement performed is based on the result of a uniaxial tensile test performed on a steel plate as an object to be inspected. Therefore, a linear relationship that increases according to the tensile stress is established for the principal stress σ 1 in the direction parallel to the tensile direction, and the principal stress σ 2 in the direction orthogonal to the tensile direction is near 0 regardless of the tensile stress. A constant value is expected. 24 and 25, it can be seen that as the plastic strain increases, the error in the measurement result increases as compared to the case where there is no plastic strain (0%).

このように、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法では、弾性変形領域ではなく塑性変形領域に相当する歪みが被検査体に加えられた場合には誤差が大きくなって、被検査体に残留している応力の大きさを正確に測定できないという問題があった。   As described above, in the conventional residual stress measurement method using the acoustoelastic effect, when a strain corresponding to the plastic deformation region, not the elastic deformation region, is applied to the inspection object, the error becomes large, and the inspection object There is a problem that the magnitude of the residual stress cannot be measured accurately.

そこで、本発明者らは、塑性変形した被検査体であっても、被検査体に残留している応力の大きさを正確に算出することが可能な残留応力の算出方法を見いだすことを目的として、鋭意検討を行った。その結果、以下で説明するような、本発明の実施形態に係る残留応力の算出方法及び残留応力の測定方法に想到した。   Therefore, the present inventors have aimed to find a method for calculating a residual stress that can accurately calculate the magnitude of the stress remaining in the object to be inspected even if the object is plastically deformed. As a result, we conducted intensive studies. As a result, the inventors have arrived at a residual stress calculation method and a residual stress measurement method according to an embodiment of the present invention as described below.

(第1の実施形態)
<残留応力測定装置の構成について>
まず、図1を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る残留応力測定装置の構成について、説明を行う。図1は、本実施形態に係る残留応力測定装置の構成を示した説明図である。
(First embodiment)
<About the configuration of the residual stress measurement device>
First, the configuration of the residual stress measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a residual stress measuring apparatus according to this embodiment.

本実施形態に係る残留応力測定装置10は、被検査体である金属板サンプルSに残留する応力を測定する装置である。この残留応力測定装置10は、図1に例示したように、音速測定装置100と、残留応力算出装置200と、を主に備える。   The residual stress measuring apparatus 10 according to the present embodiment is an apparatus that measures the stress remaining in the metal plate sample S that is an object to be inspected. As illustrated in FIG. 1, the residual stress measuring device 10 mainly includes a sound speed measuring device 100 and a residual stress calculating device 200.

また、本実施形態に係る残留応力測定装置10は、図1に示した装置のほかに、表面粗度を測定する装置や、歪ゲージなどの歪みを測定する装置や、被検査体である金属板の板厚を測定する各種の装置等を備えていてもよい。   In addition to the apparatus shown in FIG. 1, the residual stress measuring apparatus 10 according to the present embodiment is an apparatus that measures surface roughness, an apparatus that measures strain such as a strain gauge, and a metal that is an object to be inspected. Various devices for measuring the thickness of the plate may be provided.

[音速測定装置について]
音速測定装置100は、被検査体である金属板サンプルSに超音波を発生させて、金属板S中を伝播する超音波の音速を測定する装置である。この音速測定装置100は、シングアラウンド法、パルスエコーオーバーラップ法、パルス重畳法、共振法、時間間隔平均法等といったものであってもよい。以下では、例えば図2に示したような、多重反射エコー間隔を利用した音速測定装置100、又は、共振周波数を利用した音速測定装置100を使用する場合について説明するが、本発明に係る音速測定装置100が図2に示した例に限定されるわけではない。
[Sonic velocity measuring device]
The sound velocity measuring apparatus 100 is an apparatus that generates ultrasonic waves on a metal plate sample S that is an object to be inspected and measures the sound velocity of ultrasonic waves that propagate through the metal plate S. The sound velocity measuring apparatus 100 may be a sing-around method, a pulse echo overlap method, a pulse superposition method, a resonance method, a time interval averaging method, or the like. Hereinafter, for example, the case where the sound velocity measuring device 100 using the multiple reflection echo interval or the sound velocity measuring device 100 using the resonance frequency as shown in FIG. 2 is used will be described. The apparatus 100 is not limited to the example shown in FIG.

図2は、本実施形態に係る音速測定装置100の構成を示した説明図である。
まず、図2(a)を参照しながら、多重反射エコー間隔を利用した音速測定装置の構成について、簡単に説明する。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the sound velocity measuring apparatus 100 according to the present embodiment.
First, with reference to FIG. 2 (a), the configuration of a sound speed measuring apparatus using multiple reflection echo intervals will be briefly described.

多重反射エコー間隔を利用した音速測定装置100は、図2(a)に示したように、パルサーレシーバー101と、プローブ103と、を主に備える。   As shown in FIG. 2A, the sound velocity measuring device 100 using the multiple reflection echo interval mainly includes a pulsar receiver 101 and a probe 103.

パルサーレシーバー101は、いわゆる超音波受発信装置であり、後述するプローブ103を介して、発生させた超音波を被検査体である金属板Sに発信するとともに、金属板S内で反射した反射波を受信する装置である。   The pulsar receiver 101 is a so-called ultrasonic wave receiving / transmitting device, and transmits the generated ultrasonic wave to the metal plate S, which is an object to be inspected, via a probe 103 to be described later, and the reflected wave reflected in the metal plate S. Is a device that receives

また、プローブ103は、パルサーレシーバー101が発生させた超音波を金属板Sに送信するとともに、金属板S内で反射した反射波を受信する。   The probe 103 transmits the ultrasonic wave generated by the pulsar receiver 101 to the metal plate S and receives the reflected wave reflected in the metal plate S.

多重反射エコー間隔を利用した音速測定法では、図2(a)右側に示したグラフ図のように、第1反射波、第2反射波・・・といった多重反射波を観測し、この反射波の間隔(エコー間隔、図2(a)のグラフ図における時間T)を測定する。多重反射波のエコー間隔は、金属板Sの板厚tをパラメータとすると、金属板中の音速Cとの間に、上記式11に示したような関係を有するため、この多重反射波のエコー間隔Tから金属板S中の音速を算出することが可能である。   In the sound velocity measurement method using the multiple reflection echo interval, multiple reflected waves such as a first reflected wave, a second reflected wave,... Are observed as shown in the graph on the right side of FIG. Interval (echo interval, time T in the graph of FIG. 2A) is measured. The echo interval of the multiple reflected waves has a relationship as shown in the above equation 11 with the sound velocity C in the metal plate, where the thickness t of the metal plate S is a parameter. The speed of sound in the metal plate S can be calculated from the interval T.

次に、図2(b)を参照しながら、共振周波数を利用した音速測定装置の構成について、簡単に説明する。   Next, with reference to FIG. 2 (b), the configuration of the sound speed measuring device using the resonance frequency will be briefly described.

共振周波数を利用した音速測定装置100は、図2(b)に示したように、正弦波発生装置111と、バースト波発生装置113と、電磁超音波変換素子(Electro−Magnetic Acoustic Transducer:EMAT)115と、積分器117と、を主に備える。   As shown in FIG. 2B, the sound velocity measuring apparatus 100 using the resonance frequency includes a sine wave generator 111, a burst wave generator 113, and an electromagnetic ultrasonic transducer (Electro-Magnetic Acoustic Transducer: EMAT). 115 and an integrator 117 are mainly provided.

正弦波発生装置111は、任意の周波数を有する正弦波を発生させる装置である。正弦波発生装置111が発生させた正弦波は、後述するバースト波発生装置113がバースト波を発生させる際の搬送波として利用される。   The sine wave generator 111 is a device that generates a sine wave having an arbitrary frequency. The sine wave generated by the sine wave generator 111 is used as a carrier wave when the burst wave generator 113 described later generates a burst wave.

バースト波発生装置113は、正弦波発生装置111が発生させた正弦波を搬送波として利用し、バースト波を発生させる装置である。バースト波発生装置113が発生させたバースト波は、後述するEMAT115を介して金属板Sに発信される。また、バースト波発生装置113は、EMAT115を介して受信した金属板S中で反射された反射波を、後述する積分器117に伝送する。   The burst wave generator 113 is a device that generates a burst wave by using the sine wave generated by the sine wave generator 111 as a carrier wave. The burst wave generated by the burst wave generator 113 is transmitted to the metal plate S via the EMAT 115 described later. The burst wave generator 113 transmits the reflected wave reflected in the metal plate S received via the EMAT 115 to the integrator 117 described later.

電磁超音波変換素子(EMAT)115は、バースト波発生装置113が発生させたバースト波を振動(すなわち、超音波)に変換して、被検査体である金属板Sに伝達させる。また、EMAT115は、金属板S中で反射された反射波を受信して電気信号へと変換し、バースト波発生装置113に伝送する。このEMAT115を利用することで、水や油などの接触媒質が不要となり、金属板S中を伝播する超音波の音速を非接触で測定することが可能となる。   The electromagnetic ultrasonic transducer (EMAT) 115 converts the burst wave generated by the burst wave generator 113 into vibration (that is, ultrasonic wave) and transmits the vibration to the metal plate S that is an object to be inspected. The EMAT 115 receives the reflected wave reflected in the metal plate S, converts it into an electrical signal, and transmits it to the burst wave generator 113. By using this EMAT 115, a contact medium such as water or oil becomes unnecessary, and it is possible to measure the speed of ultrasonic waves propagating through the metal plate S in a non-contact manner.

積分器117は、EMAT115が受信した超音波(金属板S中で反射された反射波)に対応する電気信号を積分する装置である。この積分器117により、金属板S中を伝播した超音波の共振周波数を特定することが可能となる。   The integrator 117 is a device that integrates an electrical signal corresponding to the ultrasonic wave (reflected wave reflected in the metal plate S) received by the EMAT 115. With this integrator 117, it is possible to specify the resonance frequency of the ultrasonic wave that has propagated through the metal plate S.

共振周波数を利用した音速測定法では、図2(b)右側に示したグラフ図のように、共振周波数f,f,f,・・・を観測し、これらの共振周波数fを測定する。共振周波数は、金属板Sの板厚tをパラメータとすると、金属板中の音速Cとの間に、上記式12に示したような関係を有するため、この共振周波数から金属板S中の音速を算出することが可能である。 The speed-of-sound measurement method using the resonance frequency, as shown in FIG. 2 (b) graph shown on the right side, the resonance frequency f 0, f 1, f 2 , observes ..., these resonant frequencies f n taking measurement. The resonance frequency has a relationship as shown in the above equation 12 with the sound speed C in the metal plate when the plate thickness t of the metal plate S is used as a parameter. Therefore, the sound speed in the metal plate S is calculated from this resonance frequency. Can be calculated.

なお、図2に示した音速測定装置100は、被検査体である金属板Sに対して縦波超音波及び横波超音波を発生させることが好ましいが、音速測定装置100が発生させる超音波の種類は、上述の例に限定されるわけではない。音速測定装置100は、SH波などの各種の超音波を発生させて、被検査体中を伝播する超音波の音速を測定してもよい。   Note that the sonic velocity measuring apparatus 100 shown in FIG. 2 preferably generates longitudinal and transverse ultrasonic waves on the metal plate S, which is an object to be inspected. The type is not limited to the above example. The sound velocity measuring device 100 may generate various ultrasonic waves such as SH waves and measure the sound velocity of the ultrasonic waves propagating through the object to be inspected.

例えば、表面SH波を利用して音速を測定する場合には、上記式15と組み合わせる式として、上記式16のかわりに以下の式17に示す音響異方性ΦSを用いて、音速を測定することが可能である。   For example, when the sound speed is measured using surface SH waves, the sound speed is measured using acoustic anisotropy ΦS shown in the following expression 17 instead of the above expression 16 as an expression combined with the above expression 15. It is possible.

Figure 0005251911
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ここで、上記式17において、VS1、VS2は主応力方向に偏向した表面SH波の音速であり、Cは、主応力差変化による音響異方性の変化を表す係数である。 Here, in Expression 17, V S1 and V S2 are the sound speeds of the surface SH waves deflected in the main stress direction, and C S is a coefficient representing a change in acoustic anisotropy due to a change in main stress difference.

このような音速測定装置100で測定された金属板S中を伝播する超音波の音速に関する測定結果は、音速に関する音速情報として、後述する残留応力算出装置200に通知される。   The measurement result relating to the sound velocity of the ultrasonic wave propagating through the metal plate S measured by such a sound velocity measuring device 100 is notified to the later-described residual stress calculating device 200 as sound velocity information relating to the sound velocity.

以上、本実施形態に係る音速測定装置100について説明した。
続いて、図3を参照しながら、本実施形態に係る残留応力測定装置10が備える残留応力算出装置200の構成について説明する。
The sound velocity measuring apparatus 100 according to the present embodiment has been described above.
Next, the configuration of the residual stress calculation device 200 provided in the residual stress measurement device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

[残留応力算出装置について]
図3は、本実施形態に係る残留応力算出装置200の構成を示したブロック図である。本実施形態に係る残留応力算出装置200は、図3に示したように、音速情報取得部201と、音弾性パラメータ算出部203と、塑性変形特徴量算出部205と、音弾性パラメータ係数補正部207と、記憶部209と、残留応力算出部211と、を主に備える。また、残留応力算出装置200は、更に、表示制御部213と、表示部215とを備えていてもよい。
[Residual stress calculation device]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the residual stress calculation apparatus 200 according to this embodiment. As shown in FIG. 3, the residual stress calculation apparatus 200 according to the present embodiment includes a sound speed information acquisition unit 201, a sound elastic parameter calculation unit 203, a plastic deformation feature amount calculation unit 205, and a sound elastic parameter coefficient correction unit. 207, a storage unit 209, and a residual stress calculation unit 211 are mainly provided. Further, the residual stress calculation device 200 may further include a display control unit 213 and a display unit 215.

音速情報取得部201は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信装置等により実現される。音速情報取得部201は、音速測定装置100が塑性変形した金属板中に超音波を発生させることで測定した金属板中の音速に関する情報(音速情報)を取得する。この音速情報は、縦波超音波を用いて測定された縦波の音速に関する情報と、2種類の横波超音波を用いて測定された横波の音速に関する情報と、を含むことが好ましい。この音速情報は、音速そのものを表す情報であってもよく、エコー間隔や共振周波数などの音速を算出するために利用可能な情報であってもよい。音速情報取得部201は、取得した音速情報(すなわち、音速測定値に関する情報)を、後述する音弾性パラメータ算出部203に出力する。   The sound speed information acquisition unit 201 is realized by a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a communication device, and the like. The sound speed information acquisition unit 201 acquires information (sound speed information) about the sound speed in the metal plate measured by the sound speed measuring device 100 generating ultrasonic waves in the plastically deformed metal plate. The sound speed information preferably includes information on the sound speed of the longitudinal wave measured using longitudinal wave ultrasonic waves and information on the sound speed of the transverse waves measured using two types of transverse wave ultrasonic waves. This sound speed information may be information representing the sound speed itself, or may be information that can be used to calculate the sound speed such as the echo interval and the resonance frequency. The sound speed information acquisition unit 201 outputs the acquired sound speed information (that is, information related to the sound speed measurement value) to the sound elasticity parameter calculation unit 203 described later.

音弾性パラメータ算出部203は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。音弾性パラメータ算出部203は、音速情報取得部201から通知された音速情報に基づいて、被検査体である金属板Sに関する音弾性パラメータを算出する。具体的には、音弾性パラメータ算出部203は、音速情報取得部201から通知された音速情報に基づいて、金属板中に残留する主応力の和又は差と相関のある物理量を、音弾性パラメータとして算出する。このような、主応力の和又は差と相関のある物理量の例として、例えば、音速比R及び音響複屈折Bを挙げることができる。なお、以下では、音弾性パラメータ算出部203が、音弾性パラメータとして、音速比R及び音響複屈折Bを算出する場合について、説明を行うものとする。   The acoustic elasticity parameter calculation unit 203 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The sound elasticity parameter calculation unit 203 calculates a sound elasticity parameter related to the metal plate S that is an object to be inspected based on the sound speed information notified from the sound speed information acquisition unit 201. Specifically, the sound elasticity parameter calculation unit 203 calculates a physical quantity correlated with the sum or difference of main stresses remaining in the metal plate based on the sound speed information notified from the sound speed information acquisition unit 201. Calculate as Examples of such physical quantities that have a correlation with the sum or difference of main stresses include the sound speed ratio R and the acoustic birefringence B. In the following description, it is assumed that the acoustic elasticity parameter calculation unit 203 calculates the sound speed ratio R and the acoustic birefringence B as the acoustic elasticity parameters.

音弾性パラメータ算出部203は、音速情報取得部201から通知された音速情報を利用して、下記式101に基づいて音速比Rを算出する。また、音弾性パラメータ算出部203は、音速情報取得部201から通知された音速情報を利用して、下記式102に基づいて音響複屈折Bを算出する。音弾性パラメータ算出部203は、これら音速比R及び音響複屈折Bの算出が終了すると、算出したこれらの音弾性パラメータを、後述する残留応力算出部211に出力する。   The sound elasticity parameter calculation unit 203 calculates the sound speed ratio R based on the following equation 101 using the sound speed information notified from the sound speed information acquisition unit 201. Further, the acoustic elasticity parameter calculation unit 203 calculates the acoustic birefringence B based on the following equation 102 using the acoustic velocity information notified from the acoustic velocity information acquisition unit 201. When the calculation of the sound velocity ratio R and the acoustic birefringence B is completed, the acoustoelastic parameter calculation unit 203 outputs the calculated acoustoelastic parameters to the residual stress calculation unit 211 described later.

Figure 0005251911
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塑性変形特徴量算出部205は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。塑性変形特徴量算出部205は、金属板の塑性変形の大きさを表す塑性変形特徴量を算出する。この塑性変形特徴量は、歪ゲージ等で測定された塑性変形量そのものであってもよく、塑性変形量に換算可能な、変形前後の板厚から算出される減肉比であってもよい。ここで、変形前後の板厚から算出される減肉比は、以下の式により定義される値である。また、塑性変形量に換算可能な値としては、他に表面粗度や硬度、FEM解析結果から推定した塑性変形量等がある。   The plastic deformation feature amount calculation unit 205 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like. The plastic deformation feature amount calculation unit 205 calculates a plastic deformation feature amount representing the magnitude of plastic deformation of the metal plate. This plastic deformation feature amount may be the plastic deformation amount itself measured by a strain gauge or the like, or may be a thickness reduction ratio calculated from the plate thickness before and after deformation, which can be converted into the plastic deformation amount. Here, the thickness reduction ratio calculated from the plate thickness before and after deformation is a value defined by the following equation. Other values that can be converted into the amount of plastic deformation include surface roughness, hardness, plastic deformation amount estimated from FEM analysis results, and the like.

減肉比=(t−t)/t Thinning ratio = (t−t 0 ) / t 0

ここで、上記減肉比の定義式において、tは、塑性変形が加えられる前の金属板の板厚を示しており、tは、塑性変形が加えられた後の金属板の板厚を示している。 Here, in the definition formula of the thickness reduction ratio, t 0 indicates the plate thickness of the metal plate before plastic deformation is applied, and t indicates the plate thickness of the metal plate after plastic deformation is applied. Show.

塑性変形特徴量算出部205は、取得した塑性変形量そのもの、又は、塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を、後述する音弾性パラメータ係数補正部207に出力する。   The plastic deformation feature quantity calculation unit 205 outputs the acquired plastic deformation quantity itself or a plastic deformation feature quantity that can be converted into the plastic deformation quantity to the acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207 described later.

なお、塑性変形特徴量算出部205は、塑性変形特徴量の算出に際して、後述する記憶部209等に格納されている各種の検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等を参照してもよい。   The plastic deformation feature quantity calculation unit 205 may refer to various calibration curves, approximate expressions, look-up tables, databases, and the like stored in the storage unit 209 and the like described later when calculating the plastic deformation feature quantity. .

音弾性パラメータ係数補正部207は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。音弾性パラメータ係数補正部207は、前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う。以下、より詳細に、音弾性パラメータ係数補正部207が実施する係数の補正処理について説明する。   The acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The acoustoelastic parameter coefficient correcting unit 207 corrects a coefficient representing a change due to stress in the acoustoelastic parameter using the plastic deformation feature amount calculated by the plastic deformation feature amount calculating unit. Hereinafter, the coefficient correction process performed by the acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207 will be described in more detail.

先に挙げた式15及び式16に示したように、音弾性パラメータ算出部203によって算出される音弾性パラメータは、主応力の和及び差を用いて定式化される量である。そこで、本実施形態に係る残留応力算出装置200では、塑性変形による音弾性パラメータの変化を補正するために、式15及び式16等の理論式に含まれる係数の値を補正する。   As shown in Equations 15 and 16, the acoustoelastic parameter calculated by the acoustoelastic parameter calculation unit 203 is an amount formulated using the sum and difference of main stresses. Therefore, in the residual stress calculation apparatus 200 according to the present embodiment, the coefficient values included in the theoretical expressions such as Expression 15 and Expression 16 are corrected in order to correct the change in the acoustoelastic parameter due to plastic deformation.

本実施形態に係る残留応力算出装置200では、塑性変形特徴量算出部205により算出される塑性変形特徴量と、式15及び式16等に記載されているような、理論式の係数との関係を表す相関情報を、予め生成しておく。   In the residual stress calculation apparatus 200 according to the present embodiment, the relationship between the plastic deformation feature amount calculated by the plastic deformation feature amount calculation unit 205 and the coefficient of the theoretical formula as described in Equation 15 and Equation 16 or the like. Is generated in advance.

例えば、音弾性パラメータ算出部203の算出する音弾性パラメータが音速比R及び音響複屈折Bであり、塑性変形特徴量算出部205の算出する塑性変形特徴量が塑性歪に関するものである場合を考える。この場合、以下に示す相関情報に対応する検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等が予め作成され、残留応力算出装置200の記憶部209等に格納される。   For example, consider a case where the acoustoelastic parameters calculated by the acoustoelastic parameter calculating unit 203 are the sound velocity ratio R and the acoustic birefringence B, and the plastic deformation feature amount calculated by the plastic deformation feature amount calculating unit 205 relates to plastic strain. . In this case, a calibration curve, an approximate expression, a look-up table, a database, and the like corresponding to the correlation information shown below are created in advance and stored in the storage unit 209 of the residual stress calculation device 200.

−塑性歪と式15に示した係数Cとの関係を表す相関情報
−塑性歪と式15に示した係数Rとの関係を表す相関情報
−塑性歪と式16に示した係数Cとの関係を表す相関情報
−塑性歪と式16に示した係数Bとの関係を表す相関情報
- correlation information expressing the relationship between the coefficient C R shown in plastic strain and expression 15 - plastic strain and correlation information expressing the relationship between the coefficient R 0 shown in Formula 15 - coefficient shown in plastic strain and Formula 16 C A Information representing the relationship between the correlation strain and the correlation information representing the relationship between the plastic strain and the coefficient B 0 shown in Equation 16

音弾性パラメータ係数補正部207は、これらの相関情報に対応する各種の検量線等と、塑性変形特徴量算出部205から通知された塑性変形特徴量とを利用して、通知された塑性変形特徴量に対応する係数の値を算出する。これにより、式15及び式16に記載されている各係数が補正されたこととなる。   The acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207 uses the various calibration curves corresponding to the correlation information and the plastic deformation feature amount notified from the plastic deformation feature amount calculation unit 205 to notify the notified plastic deformation feature. The coefficient value corresponding to the quantity is calculated. Thereby, each coefficient described in Expression 15 and Expression 16 is corrected.

音弾性パラメータ係数補正部207は、補正後の係数を、後述する残留応力算出部211に出力する。   The acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207 outputs the corrected coefficient to the residual stress calculation unit 211 described later.

記憶部209は、本実施形態に係る残留応力算出装置200が備えるストレージ装置の一例である。記憶部209には、音弾性パラメータ係数補正部207が音弾性パラメータの係数の補正に際して利用する、塑性変形特徴量と比例係数との相関関係及び塑性変形特徴量と定数項との相関関係を示す各種の検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等が格納されている。また、記憶部209には、塑性変形特徴量算出部205が塑性変形特徴量を算出する際に利用する各種の検量線、近似式、ルックアップテーブル、データベース等が格納されていてもよい。更に、記憶部209には、本実施形態に係る残留応力算出装置200が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベース等が、適宜記録される。この記憶部209は、残留応力算出装置200が備える各処理部が、自由に読み書きを行うことが可能である。   The storage unit 209 is an example of a storage device included in the residual stress calculation device 200 according to the present embodiment. The storage unit 209 shows the correlation between the plastic deformation feature quantity and the proportional coefficient and the correlation between the plastic deformation feature quantity and the constant term, which the acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207 uses when correcting the coefficient of the acoustoelastic parameter. Various calibration curves, approximate equations, lookup tables, databases, and the like are stored. The storage unit 209 may store various calibration curves, approximate expressions, look-up tables, databases, and the like that are used when the plastic deformation feature amount calculation unit 205 calculates the plastic deformation feature amount. Furthermore, in the storage unit 209, the residual stress calculation device 200 according to the present embodiment stores various parameters, processes in progress, or various databases that need to be stored when performing some processing, Recorded as appropriate. The storage unit 209 can be freely read and written by each processing unit included in the residual stress calculation apparatus 200.

残留応力算出部211は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。残留応力算出部211は、音弾性パラメータ算出部203が算出した音弾性パラメータと、音弾性パラメータ係数補正部207が補正した係数とを利用して、被検査体である金属板Sに残留している主応力の大きさを算出する。以下、残留応力算出部211が実行する残留応力の算出手順について、詳細に説明する。   The residual stress calculation unit 211 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The residual stress calculation unit 211 uses the acoustoelastic parameter calculated by the acoustoelastic parameter calculation unit 203 and the coefficient corrected by the acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207 to remain on the metal plate S that is an object to be inspected. Calculate the magnitude of the principal stress. Hereinafter, the calculation procedure of the residual stress performed by the residual stress calculation unit 211 will be described in detail.

残留応力算出部211には、音弾性パラメータ算出部203が算出した、主応力の和を用いて定式化される音弾性パラメータと、主応力の差を用いて定式化される音弾性パラメータとが入力される。残留応力算出部211は、この2種類の音弾性パラメータの値を、音弾性パラメータ係数補正部207から通知された係数を利用して補正する。その後、残留応力算出部211は、2種類の補正後の音弾性パラメータを利用して、主応力σ及び主応力σの大きさを算出する。 The residual stress calculation unit 211 includes an acoustoelastic parameter formulated using the sum of main stresses calculated by the acoustoelastic parameter calculation unit 203 and an acoustoelastic parameter formulated using the difference between main stresses. Entered. The residual stress calculation unit 211 corrects the values of the two types of acoustoelastic parameters using the coefficients notified from the acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207. Thereafter, the residual stress calculation unit 211 calculates the magnitudes of the main stress σ 1 and the main stress σ 2 using two types of corrected acoustic elasticity parameters.

ここで、音弾性パラメータ算出部203により算出される音弾性パラメータが、音速比R(主応力の和を用いて定式化される音弾性パラメータ)及び音響複屈折B(主応力の差を用いて定式化される音弾性パラメータ)であるものとする。   Here, the acoustoelastic parameters calculated by the acoustoelastic parameter calculating unit 203 are the acoustic velocity ratio R (acoustoelastic parameter formulated using the sum of main stresses) and acoustic birefringence B (using the difference between main stresses). It is assumed that the acoustic elasticity parameter is formulated.

残留応力算出部211は、音弾性パラメータ算出部203より通知された音速比R及び音響複屈折Bを、音弾性パラメータ係数補正部207から通知された係数R,C,B,Cを用いて、以下に示す式103及び式104の右辺に示したように補正する。ここで、以下に示した式103及び式104は、音速比R及び音響複屈折Bの定義式(式15及び式16)を変形したものである。 The residual stress calculation unit 211 uses the acoustic velocity ratio R and the acoustic birefringence B notified from the acoustoelastic parameter calculation unit 203 as the coefficients R 0 , C R , B 0 , C A notified from the acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207. Is used to correct as shown on the right side of the following Expression 103 and Expression 104. Here, Formula 103 and Formula 104 shown below are modified from the definition formulas (Formula 15 and Formula 16) of the sound speed ratio R and the acoustic birefringence B.

補正の結果得られる値は、式103及び式104の左辺から明らかなように、主応力の和及び主応力の差に対応する値である。そこで、残留応力算出部211は、以下に示す式105及び式106と、補正の結果得られる値とを利用して、金属板Sに残留している主応力σ及びσを算出する。 The values obtained as a result of the correction are values corresponding to the sum of the main stresses and the difference between the main stresses, as is apparent from the left side of the equations 103 and 104. Therefore, the residual stress calculation unit 211 calculates main stresses σ 1 and σ 2 remaining on the metal plate S by using the following formulas 105 and 106 and values obtained as a result of correction.

Figure 0005251911
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このようにして算出される主応力σ及びσは、塑性変形が音弾性パラメータに及ぼす影響を考慮した上で算出されたものであり、塑性変形が生じている被検査体であっても、従来の音弾性効果を利用した残留応力測定方法に比べて精度の良い結果を得ることができる。 The principal stresses σ 1 and σ 2 calculated in this way are calculated in consideration of the effect of plastic deformation on the acoustoelastic parameter, and even if the object to be inspected is undergoing plastic deformation. Thus, a more accurate result can be obtained as compared with the conventional residual stress measurement method using the acoustoelastic effect.

残留応力算出部211は、このようにして算出した被検査体に残留している残留応力の算出結果を、後述する表示制御部213に出力する。また、残留応力算出部211は、残留応力の算出結果を、残留応力を算出した日時に関する情報や、被検査体に関する情報等と関連付けて、履歴情報として記憶部209等に記録してもよい。また、残留応力算出部211は、算出した残留応力を、残留応力算出装置200の外部に設けられた各種の装置に出力してもよい。この算出結果の出力は、所定の通信網を介して直接行われてもよく、各種の記録媒体を介して間接的に行われてもよい。   The residual stress calculation unit 211 outputs the calculation result of the residual stress remaining in the inspected object calculated in this way to the display control unit 213 described later. Further, the residual stress calculation unit 211 may record the calculation result of the residual stress in the storage unit 209 or the like as history information in association with information on the date and time when the residual stress is calculated, information on the object to be inspected, or the like. Further, the residual stress calculation unit 211 may output the calculated residual stress to various devices provided outside the residual stress calculation device 200. The calculation result may be output directly via a predetermined communication network or indirectly via various recording media.

表示制御部213は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。表示制御部213は、残留応力算出部211が算出した被検査体である金属板Sの残留応力の大きさを残留応力算出装置200が備える表示部215に表示する際の表示制御を行う。また、表示制御部213は、残留応力の算出結果以外にも、算出した音弾性パラメータの値や、補正された係数の値や、塑性変形特徴量と音弾性パラメータの係数との間の相関関係を表すグラフ図等など、各種の情報を表示部215に表示させることができる。   The display control unit 213 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The display control unit 213 performs display control when displaying the magnitude of the residual stress of the metal plate S, which is the object to be inspected, calculated by the residual stress calculation unit 211 on the display unit 215 included in the residual stress calculation device 200. In addition to the calculation result of the residual stress, the display control unit 213 also includes the calculated acoustoelastic parameter value, the corrected coefficient value, and the correlation between the plastic deformation feature value and the acoustoelastic parameter coefficient. Various types of information such as a graph diagram representing the above can be displayed on the display unit 215.

表示部215は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置等により実現される。表示部215は、表示制御部213によって制御されながら、残留応力算出装置200が備えるディスプレイ等の出力装置に、残留応力の算出結果を含む各種の情報を表示する。これにより、残留応力算出装置200の利用者は、被検査体である金属板に残留している残留応力の大きさを、その場で把握することができる。   The display unit 215 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, and the like. The display unit 215 displays various types of information including the calculation result of the residual stress on an output device such as a display provided in the residual stress calculation device 200 while being controlled by the display control unit 213. Thereby, the user of the residual stress calculation apparatus 200 can grasp the magnitude of the residual stress remaining on the metal plate as the object to be inspected on the spot.

以上、本実施形態に係る残留応力算出装置200の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。   Heretofore, an example of the function of the residual stress calculation device 200 according to the present embodiment has been shown. Each component described above may be configured using a general-purpose member or circuit, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. In addition, the CPU or the like may perform all functions of each component. Therefore, it is possible to appropriately change the configuration to be used according to the technical level at the time of carrying out the present embodiment.

なお、上述のような本実施形態に係る残留応力算出装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。   A computer program for realizing each function of the residual stress calculation apparatus according to the present embodiment as described above can be produced and installed in a personal computer or the like. In addition, a computer-readable recording medium storing such a computer program can be provided. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.

<残留応力算出方法の具体例について>
続いて、本実施形態に係る残留応力算出装置200が実施する残留応力算出方法の具体例について、図4A〜図16を参照しながら説明する。
<Specific example of residual stress calculation method>
Subsequently, a specific example of a residual stress calculation method performed by the residual stress calculation device 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 16.

[塑性変形特徴量として塑性歪を利用する場合について]
まず、図4A〜図9を参照しながら、塑性変形特徴量として塑性歪を利用する場合の例について、具体的に説明する。図4A〜図5Bは、塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。図6及び図7は、塑性歪による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。図8及び図9は、塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
[When plastic strain is used as a plastic deformation feature]
First, an example in which plastic strain is used as the plastic deformation feature amount will be specifically described with reference to FIGS. 4A to 9. 4A to 5B are graphs showing the relationship between the plastic strain and the coefficient of the acoustoelastic parameter. 6 and 7 are graphs showing stress measurement results when correction is made by plastic strain. 8 and 9 are graphs showing changes in measurement error when correction is made by plastic strain.

以下に示す具体例は、被検査体として引張強度の異なる2種類の鋼板(サンプルA:板厚1mmの引張強度980MPa級高張力鋼板、サンプルB:板厚1.4mmの引張強度590MPa級高張力鋼板)を用意して、測定を行った結果である。   Specific examples shown below are two types of steel plates having different tensile strengths as samples to be inspected (sample A: tensile strength 980 MPa class high strength steel plate with a thickness of 1 mm, sample B: tensile strength 590 MPa class high tension with a thickness of 1.4 mm). It is the result of having prepared and measured it.

まず、図4A〜図5Bに着目する。図4A及び図4Bは、サンプルAについて、塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図であり、図5A及び図5Bは、サンプルBについて、塑性歪と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。また、図4A及び図5Aは、各サンプルの音速比Rに関する測定結果を示しており、図4B及び図5Bは、各サンプルの音響複屈折Bに関する測定結果を示している。   First, attention is focused on FIGS. 4A to 5B. 4A and 4B are graphs showing the relationship between the plastic strain and the coefficient of the acoustoelastic parameter for the sample A. FIGS. 5A and 5B show the coefficient of the plastic strain and the acoustoelastic parameter for the sample B. It is the graph which showed this relationship. 4A and 5A show measurement results regarding the sound speed ratio R of each sample, and FIGS. 4B and 5B show measurement results regarding the acoustic birefringence B of each sample.

ここで、図4A〜図5Bについて、横軸は、被検査体に予め与えられた塑性歪(%)を表しており、塑性歪の大きさは、鋼板が伸びた割合で示している。また、各グラフ図の縦軸は、係数の大きさを示している。各係数は、各塑性歪の値に対応する塑性変形を有するサンプルそれぞれについて引張試験機を用いた測定を行って、例えば図20及び図21に示したようなグラフ図を作成し、各グラフ図の傾き及び切片の値を求めることで算出した。また、各グラフ図には、塑性歪と係数との関係を表す近似直線と、その近似式が記してある。   Here, in FIG. 4A to FIG. 5B, the horizontal axis represents the plastic strain (%) given in advance to the object to be inspected, and the magnitude of the plastic strain is shown by the rate at which the steel plate is stretched. Moreover, the vertical axis | shaft of each graph figure has shown the magnitude | size of the coefficient. Each coefficient is measured by using a tensile tester for each sample having plastic deformation corresponding to each plastic strain value, and for example, graphs as shown in FIGS. 20 and 21 are created. It calculated by calculating | requiring the inclination and intercept value. Each graph shows an approximate straight line representing the relationship between the plastic strain and the coefficient, and an approximate expression thereof.

各グラフ図から明らかなように、係数と塑性歪との間には相関関係が認められ、両者の関係は、例えば線形近似が可能であることがわかった。そこで、各グラフ図から得られた近似式を、塑性歪と係数との相関関係を表す情報として利用し、サンプルA及びサンプルBの残留応力を算出した。   As is clear from each graph, it was found that there was a correlation between the coefficient and the plastic strain, and the relationship between the two could be linearly approximated, for example. Therefore, the approximate expression obtained from each graph was used as information representing the correlation between the plastic strain and the coefficient, and the residual stress of Sample A and Sample B was calculated.

すなわち、塑性変形特徴量算出部205は、塑性変形が加えられる前後の金属板の長さの変化に関する情報を取得して長さの変化の割合を算出し、得られた値を塑性変形特徴量(すなわち、図4A〜図5Bにおける塑性歪)とする。また、音弾性パラメータ係数補正部207は、該当するサンプルの各近似式に算出された塑性歪の大きさを代入して、各係数を決定する。その後、残留応力算出部211は、音弾性パラメータ係数補正部207が算出した係数と、音弾性パラメータ算出部203が算出した音弾性パラメータとを利用して、サンプルA及びサンプルBの残留応力を算出した。   That is, the plastic deformation feature amount calculation unit 205 obtains information on the change in length of the metal plate before and after the plastic deformation is applied, calculates the ratio of the length change, and uses the obtained value as the plastic deformation feature amount. (That is, plastic strain in FIGS. 4A to 5B). Further, the acoustoelastic parameter coefficient correcting unit 207 determines each coefficient by substituting the magnitude of the plastic strain calculated for each approximate expression of the corresponding sample. Thereafter, the residual stress calculation unit 211 calculates the residual stress of the sample A and the sample B using the coefficient calculated by the acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207 and the acoustoelastic parameter calculated by the acoustoelastic parameter calculation unit 203. did.

得られた結果(残留応力の測定結果)を、図6及び図7に示す。図6及び図7において、横軸は応力(引張応力、単位MPa)を示し、縦軸は、主応力の大きさ(MPa)を示している。図6及び図7について、引張応力が加えられた方向に対して平行な方向の主応力σに着目すると、金属板に加えられた塑性変形の大きさが変化しても、得られる主応力σの大きさには、図24及び図25に示したような大きな変化は見られない。また、引っ張り応力が加えられた方向に直交する方向の主応力σに着目すると、図6及び図7では、値が0近傍でほぼ一定となっていることがわかる。 The obtained results (residual stress measurement results) are shown in FIGS. 6 and 7, the horizontal axis represents stress (tensile stress, unit MPa), and the vertical axis represents the magnitude of main stress (MPa). 6 and 7, when attention is paid to the principal stress σ 1 in a direction parallel to the direction in which the tensile stress is applied, the principal stress obtained even if the magnitude of the plastic deformation applied to the metal plate is changed. There is no significant change in the magnitude of σ 1 as shown in FIGS. Further, when attention is paid to the principal stress σ 2 in the direction orthogonal to the direction in which the tensile stress is applied, it can be seen that the values are almost constant in the vicinity of 0 in FIGS.

また、図8及び図9は、塑性歪による補正をしたときの測定誤差の変化の様子を示している。図8及び図9は、実際に加えられた引張応力の大きさと算出した主応力との差をプロットしたものである。図8及び図9から明らかなように、塑性歪による補正をしなかった場合(図8(a)及び図9(a))には、塑性歪の大きさが大きくなるにつれて誤差も大きくなっていることがわかる。また、塑性歪による補正を行った場合(図8(b)及び図9(b))には、塑性歪の大きさが大きくなっても、誤差は大きくなっておらず、また、誤差の絶対値も補正をしなかった場合に比べて小さいことがわかる。   8 and 9 show how the measurement error changes when correction is made by plastic strain. 8 and 9 plot the difference between the magnitude of the tensile stress actually applied and the calculated principal stress. As is apparent from FIGS. 8 and 9, when correction by plastic strain is not performed (FIGS. 8A and 9A), the error increases as the plastic strain increases. I understand that. In addition, when the correction by plastic strain is performed (FIGS. 8B and 9B), the error does not increase even when the plastic strain increases, and the absolute value of the error does not increase. It can be seen that the value is also smaller than when no correction is made.

このように、塑性歪による補正を行った上で残留応力の算出を行うことで、被検査体である金属板に塑性変形が加わっている場合であっても、残留応力を精度良く算出することが可能となる。   In this way, by calculating the residual stress after correcting by plastic strain, it is possible to accurately calculate the residual stress even when plastic deformation is applied to the metal plate that is the object to be inspected. Is possible.

[塑性変形特徴量として減肉比を利用する場合について]
続いて、図10〜図16を参照しながら、塑性変形特徴量として減肉比を利用する場合の例について、具体的に説明する。図10は、塑性歪と減肉比との関係を示したグラフ図である。図11A〜図12Bは、減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。図13及び図14は、減肉比による補正をしたときの応力測定結果を示したグラフ図である。図15及び図16は、減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化を示したグラフ図である。
[When using the reduction ratio as a plastic deformation feature value]
Subsequently, an example in the case of using the thickness reduction ratio as the plastic deformation feature amount will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the plastic strain and the thinning ratio. 11A to 12B are graphs showing the relationship between the thinning ratio and the coefficient of the acoustoelastic parameter. FIG. 13 and FIG. 14 are graphs showing the stress measurement results when correction is performed by the thinning ratio. FIG. 15 and FIG. 16 are graphs showing changes in measurement error when correction is performed using the thinning ratio.

以下では、塑性変形特徴量として、以下の式107で表される減肉比を利用した場合の例について、説明を行う。なお、以下の式107について、tは、塑性変形が加えられる前の金属板の板厚を示しており、tは、塑性変形が加えられた後の金属板の板厚を示している。下記式107からも明らかなように、減肉比は、塑性変形による板厚の変化の割合を示すパラメータである。 Below, the example at the time of utilizing the thickness reduction ratio represented by the following formula | equation 107 as a plastic deformation feature-value is demonstrated. In the following expression 107, t 0 indicates the plate thickness of the metal plate before plastic deformation is applied, and t indicates the plate thickness of the metal plate after plastic deformation is applied. As is clear from the following formula 107, the thickness reduction ratio is a parameter indicating the rate of change in plate thickness due to plastic deformation.

減肉比=(t−t)/t ・・・(式107) Thinning ratio = (t−t 0 ) / t 0 (Equation 107)

ここで、被検査体である金属板の板厚は、マイクロメータ等による測定結果を利用することも可能であり、FEM解析による推定結果を利用することも可能であるが、以下に示す例では、マイクロメータによる測定結果を利用した。   Here, the thickness of the metal plate as the object to be inspected can use the measurement result by a micrometer or the like, and can also use the estimation result by FEM analysis. In the example shown below, The measurement result with a micrometer was used.

図10は、上述のサンプルA及びサンプルBについて実際に塑性歪及び減肉比を算出し、その対応関係を示したものである。図10から明らかなように、塑性歪と減肉比との間には相関関係が認められるため、塑性歪に換えて減肉比を利用することでも、被検査体に残留する残留応力を算出することが可能であると考えられる。   FIG. 10 shows the correlation between the plastic strain and the thinning ratio actually calculated for Sample A and Sample B described above. As is clear from FIG. 10, since a correlation is recognized between the plastic strain and the thinning ratio, the residual stress remaining in the object to be inspected can be calculated by using the thinning ratio instead of the plastic strain. It is considered possible to do.

そこで、サンプルA及びサンプルBについて、塑性変形による減肉比と係数との関係を測定した。得られた結果が、図11A〜図12Bである。図11A及び図11Bは、サンプルAについて、減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図であり、図12A及び図12Bは、サンプルBについて、減肉比と音弾性パラメータの係数との関係を示したグラフ図である。また、図11A及び図12Aは、各サンプルの音速比Rに関する測定結果を示しており、図11B及び図12Bは、各サンプルの音響複屈折Bに関する測定結果を示している。   Therefore, for sample A and sample B, the relationship between the thinning ratio due to plastic deformation and the coefficient was measured. The obtained result is FIG. 11A-FIG. 12B. 11A and 11B are graphs showing the relationship between the thinning ratio and the coefficient of acoustoelastic parameter for sample A. FIGS. 12A and 12B are the graphs of the thinning ratio and acoustoelastic parameter for sample B. It is the graph which showed the relationship with a coefficient. Moreover, FIG. 11A and FIG. 12A have shown the measurement result regarding the sound speed ratio R of each sample, and FIG. 11B and FIG. 12B have shown the measurement result regarding the acoustic birefringence B of each sample.

なお、図11A等において、「8.0E−06」のような記載がなされているが、これは、「8.0×10−6」という値に対応している。 In FIG. 11A and the like, a description such as “8.0E-06” is made, which corresponds to a value of “8.0 × 10 −6 ”.

各グラフ図から明らかなように、音弾性パラメータの係数と減肉比との間には相関関係が認められ、両者の関係は、例えば線形近似が可能であることがわかった。そこで、各グラフ図から得られた近似式を、減肉比と音弾性パラメータの係数との相関関係を表す情報として利用し、サンプルA及びサンプルBの残留応力を算出した。   As is apparent from the graphs, a correlation was recognized between the coefficient of the acoustoelastic parameter and the thinning ratio, and it was found that the relationship between the two can be linearly approximated, for example. Accordingly, the approximate expression obtained from each graph was used as information indicating the correlation between the thinning ratio and the coefficient of the acoustoelastic parameter, and the residual stress of Sample A and Sample B was calculated.

得られた結果(残留応力の測定結果)を、図13及び図14に示す。図13及び図14において、横軸は応力(引張応力、単位MPa)を示し、縦軸は、主応力の大きさ(MPa)を示している。図13及び図14について、引張応力が加えられた方向に対して平行な方向の主応力σに着目すると、金属板に加えられた塑性変形の大きさが変化しても、得られる主応力σの大きさには、図24及び図25に示したような大きな変化は見られない。また、引っ張り応力が加えられた方向に直交する方向の主応力σに着目すると、図13及び図14では、値が0近傍でほぼ一定となっていることがわかる。 The obtained results (residual stress measurement results) are shown in FIGS. 13 and 14, the horizontal axis represents stress (tensile stress, unit MPa), and the vertical axis represents the magnitude of main stress (MPa). 13 and 14, when attention is paid to the principal stress σ 1 in the direction parallel to the direction in which the tensile stress is applied, the principal stress obtained even if the magnitude of the plastic deformation applied to the metal plate changes. There is no significant change in the magnitude of σ 1 as shown in FIGS. Further, when attention is paid to the main stress σ 2 in the direction orthogonal to the direction in which the tensile stress is applied, it can be seen that the values are almost constant in the vicinity of 0 in FIGS.

また、図15及び図16は、減肉比による補正をしたときの測定誤差の変化の様子を示している。図15及び図16から明らかなように、減肉比による補正をしなかった場合(図15(a)及び図16(a))には、減肉比の絶対値が大きくなるにつれて誤差も大きくなっていることがわかる。また、減肉比による補正を行った場合(図15(b)及び図16(b))には、減肉比の絶対値が大きくなっても、誤差は大きくなっておらず、また、誤差の絶対値も補正をしなかった場合に比べて小さいことがわかる。   FIG. 15 and FIG. 16 show how the measurement error changes when correction is performed using the thinning ratio. As is apparent from FIGS. 15 and 16, when the correction by the thinning ratio is not performed (FIGS. 15A and 16A), the error increases as the absolute value of the thinning ratio increases. You can see that Further, when the correction by the thinning ratio is performed (FIGS. 15B and 16B), the error does not increase even if the absolute value of the thinning ratio increases, and the error It can be seen that the absolute value of is smaller than the case where no correction is made.

このように、塑性歪そのものではなく塑性歪と相関のある特徴量を利用して補正を行った上で残留応力の算出を行うことで、被検査体である金属板に塑性変形が加わっている場合であっても、残留応力を精度良く算出することが可能となる。   In this way, the plastic deformation is applied to the metal plate, which is the object to be inspected, by calculating the residual stress after performing correction using the feature quantity correlated with the plastic strain, not the plastic strain itself. Even in this case, the residual stress can be calculated with high accuracy.

なお、図4A〜図5B、及び、図11A〜図12Bでは、音弾性パラメータの係数と塑性変形特徴量との間の相関関係を線形近似で近似しているが、2次関数、3次関数・・・等の多次関数、指数関数、対数関数等の各種の曲線で近似を行ってもよい。   In FIGS. 4A to 5B and FIGS. 11A to 12B, the correlation between the coefficient of the acoustoelastic parameter and the plastic deformation feature amount is approximated by linear approximation. Approximation may be performed using various curves such as multi-order functions such as... Exponential function, logarithmic function.

<残留応力算出方法の流れについて>
続いて、図17を参照しながら、本実施形態に係る残留応力算出装置200で実施される残留応力算出方法の流れについて、簡単に説明する。図17は、本実施形態に係る残留応力算出方法の流れを示した流れ図である。
<Residual stress calculation method flow>
Subsequently, a flow of a residual stress calculation method performed by the residual stress calculation apparatus 200 according to the present embodiment will be briefly described with reference to FIG. FIG. 17 is a flowchart showing the flow of the residual stress calculation method according to this embodiment.

なお、以下の説明に先立ち、残留応力算出装置200の記憶部209等には、塑性変形特徴量と音弾性パラメータの係数との相関関係を表す情報が予め格納されているものとする。   Prior to the following description, it is assumed that information indicating the correlation between the plastic deformation feature quantity and the coefficient of the acoustoelastic parameter is stored in advance in the storage unit 209 and the like of the residual stress calculation device 200.

まず、残留応力算出装置200の音速情報取得部201は、例えば音速測定装置100等から、被検査体である金属板についての音速情報(音速の測定結果)を取得する(ステップS101)。音速情報取得部201は、被検査体についての音速情報を取得すると、取得した音速情報を、音弾性パラメータ算出部203に出力する。   First, the sound speed information acquisition unit 201 of the residual stress calculation apparatus 200 acquires sound speed information (sound speed measurement result) about a metal plate that is an object to be inspected from, for example, the sound speed measurement apparatus 100 (step S101). When the sound speed information acquisition unit 201 acquires sound speed information about the object to be inspected, the sound speed information acquisition unit 201 outputs the acquired sound speed information to the sound elasticity parameter calculation unit 203.

次に、音弾性パラメータ算出部203は、音速情報取得部201から通知された音速情報を利用して、金属板の音弾性パラメータを算出する(ステップS103)。算出される音弾性パラメータは、例えば、主応力の和を用いて定式化される音弾性パラメータ、及び、主応力の差を用いて定式化される音弾性パラメータであり、このような音弾性パラメータの一例として、音速比R及び音響複屈折Bを挙げることができる。音弾性パラメータ算出部203は、算出した音弾性パラメータを、残留応力算出部211に出力する。   Next, the sound elasticity parameter calculation unit 203 calculates the sound elasticity parameter of the metal plate using the sound speed information notified from the sound speed information acquisition unit 201 (step S103). The calculated acoustoelastic parameters are, for example, acoustoelastic parameters formulated using the sum of principal stresses, and acoustoelastic parameters formulated using the difference of principal stresses. As an example, the sound speed ratio R and the acoustic birefringence B can be mentioned. The acoustoelastic parameter calculation unit 203 outputs the calculated acoustoelastic parameter to the residual stress calculation unit 211.

他方、残留応力算出装置200の塑性変形特徴量算出部205は、被検査体である金属板の塑性歪、板厚、長さ等の情報を取得して、塑性変形の度合いを示す特徴量である塑性変形特徴量を算出する(ステップS105)。このような塑性変形特徴量の一例として、塑性歪や減肉比等を挙げることができる。塑性変形特徴量算出部205は、算出した塑性変形特徴量を、音弾性パラメータ係数補正部207に出力する。   On the other hand, the plastic deformation feature amount calculation unit 205 of the residual stress calculation device 200 acquires information such as plastic strain, plate thickness, and length of a metal plate that is an object to be inspected, and is a feature amount indicating the degree of plastic deformation. A certain plastic deformation feature amount is calculated (step S105). As an example of such a plastic deformation feature amount, plastic strain, a thickness reduction ratio, and the like can be given. The plastic deformation feature amount calculation unit 205 outputs the calculated plastic deformation feature amount to the acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207.

音弾性パラメータ係数補正部207は、塑性変形特徴量算出部205から通知された塑性変形特徴量と、記憶部209等に格納されている相関関係を表す情報とを利用して、音弾性パラメータの係数を補正する(ステップS107)。この音弾性パラメータの係数は、例えば、音弾性パラメータを主応力の和又は差を用いて定式化する際に式中に表れる係数である。音弾性パラメータ係数補正部207は、音弾性パラメータの係数を補正すると、補正した音弾性パラメータの係数を残留応力算出部211に出力する。   The acoustoelastic parameter coefficient correcting unit 207 uses the plastic deformation feature amount notified from the plastic deformation feature amount calculating unit 205 and the information indicating the correlation stored in the storage unit 209 and the like to calculate the acoustoelastic parameter. The coefficient is corrected (step S107). The coefficient of the acoustoelastic parameter is, for example, a coefficient that appears in the equation when the acoustoelastic parameter is formulated using the sum or difference of main stresses. When the acoustoelastic parameter coefficient correcting unit 207 corrects the acoustoelastic parameter coefficient, the acoustoelastic parameter coefficient correcting unit 207 outputs the corrected acoustoelastic parameter coefficient to the residual stress calculating unit 211.

次に、残留応力算出部211は、音弾性パラメータ算出部203から通知された音弾性パラメータを、音弾性パラメータ係数補正部207から通知された係数を利用して補正する。これにより、塑性変形による影響を考慮した音弾性パラメータの値を得ることができる。その後、残留応力算出部211は、補正後の音弾性パラメータを利用して、被検査体である金属板に残留している残留応力を算出する(ステップS109)。   Next, the residual stress calculation unit 211 corrects the acoustoelastic parameter notified from the acoustoelastic parameter calculation unit 203 using the coefficient notified from the acoustoelastic parameter coefficient correction unit 207. Thereby, the value of the acoustoelastic parameter considering the influence of plastic deformation can be obtained. Thereafter, the residual stress calculation unit 211 calculates the residual stress remaining on the metal plate, which is the object to be inspected, using the corrected acoustoelastic parameter (step S109).

以上説明したような流れで処理が行われることにより、本実施形態に係る残留応力算出方法では、被検査体である金属板が塑性変形している場合であっても、精度良く残留応力を算出することが可能となる。   By performing the process according to the flow described above, the residual stress calculation method according to the present embodiment calculates the residual stress with high accuracy even when the metal plate as the object to be inspected is plastically deformed. It becomes possible to do.

なお、図17では、音弾性パラメータを算出するための一連の流れと、塑性変形特徴量を算出するための一連の流れとが平行して実施される場合について示しているが、音弾性パラメータの算出に関する流れと塑性変形特徴量の算出に関する流れとは、平行して行われなくとも良い。   FIG. 17 shows a case where a series of flows for calculating the acoustoelastic parameter and a series of flows for calculating the plastic deformation feature amount are performed in parallel. The flow relating to the calculation and the flow relating to the calculation of the plastic deformation feature amount do not have to be performed in parallel.

(ハードウェア構成について)
次に、図18を参照しながら、本発明の実施形態に係る残留応力算出装置200のハードウェア構成について、詳細に説明する。図18は、本発明の実施形態に係る残留応力算出装置200のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
(About hardware configuration)
Next, the hardware configuration of the residual stress calculation device 200 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 18 is a block diagram for explaining a hardware configuration of the residual stress calculation apparatus 200 according to the embodiment of the present invention.

残留応力算出装置200は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、残留応力算出装置200は、更に、バス907と、入力装置909と、出力装置911と、ストレージ装置913と、ドライブ915と、接続ポート917と、通信装置919とを備える。   The residual stress calculation apparatus 200 mainly includes a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905. The residual stress calculation device 200 further includes a bus 907, an input device 909, an output device 911, a storage device 913, a drive 915, a connection port 917, and a communication device 919.

CPU901は、演算処理装置および制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置913、またはリムーバブル記録媒体921に記録された各種プログラムに従って、残留応力算出装置200内の動作全般またはその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM905は、CPU901の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスにより構成されるバス907により相互に接続されている。   The CPU 901 functions as an arithmetic processing unit and a control unit, and controls all or a part of the operation in the residual stress calculation device 200 according to various programs recorded in the ROM 903, the RAM 905, the storage device 913, or the removable recording medium 921. . The ROM 903 stores programs used by the CPU 901, calculation parameters, and the like. The RAM 905 primarily stores programs used in the execution of the CPU 901, parameters that change as appropriate during the execution, and the like. These are connected to each other by a bus 907 constituted by an internal bus such as a CPU bus.

バス907は、ブリッジを介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バスに接続されている。   The bus 907 is connected to an external bus such as a PCI (Peripheral Component Interconnect / Interface) bus via a bridge.

入力装置909は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置909は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、残留応力算出装置200の操作に対応したPDA等の外部接続機器923であってもよい。さらに、入力装置909は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。残留応力算出装置200のユーザは、この入力装置909を操作することにより、残留応力算出装置200に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。   The input device 909 is an operation unit operated by the user, such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a switch, and a lever. The input device 909 may be, for example, remote control means (so-called remote control) using infrared rays or other radio waves, or may be an external connection device 923 such as a PDA corresponding to the operation of the residual stress calculation device 200. There may be. Furthermore, the input device 909 includes, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by a user using the operation unit and outputs the input signal to the CPU 901. The user of the residual stress calculation device 200 can input various data and instruct a processing operation to the residual stress calculation device 200 by operating the input device 909.

出力装置911は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、CRTディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置911は、例えば、残留応力算出装置200が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、残留応力算出装置200が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。   The output device 911 is configured by a device that can notify the user of the acquired information visually or audibly. Examples of such devices include CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices and display devices such as lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printer devices, mobile phones, and facsimiles. The output device 911 outputs results obtained by various processes performed by the residual stress calculation device 200, for example. Specifically, the display device displays the results obtained by the various processes performed by the residual stress calculation device 200 as text or an image. On the other hand, the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data, acoustic data, and the like into an analog signal and outputs the analog signal.

ストレージ装置913は、残留応力算出装置200の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置913は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置913は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。   The storage device 913 is a data storage device configured as an example of a storage unit of the residual stress calculation device 200. The storage device 913 includes, for example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device. The storage device 913 stores programs executed by the CPU 901, various data, various data acquired from the outside, and the like.

ドライブ915は、記録媒体用リーダライタであり、残留応力算出装置200に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体921は、例えば、CDメディア、DVDメディア、Blu−rayメディア等である。また、リムーバブル記録媒体921は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、フラッシュメモリ、または、SDメモリカード(Secure Digital memory card)等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体921は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)または電子機器等であってもよい。   The drive 915 is a recording medium reader / writer, and is built in or externally attached to the residual stress calculation apparatus 200. The drive 915 reads information recorded on a removable recording medium 921 such as a mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 905. The drive 915 can also write a record on a removable recording medium 921 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory. The removable recording medium 921 is, for example, a CD medium, a DVD medium, a Blu-ray medium, or the like. The removable recording medium 921 may be a CompactFlash (registered trademark) (CompactFlash: CF), a flash memory, an SD memory card (Secure Digital memory card), or the like. Further, the removable recording medium 921 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) on which a non-contact IC chip is mounted, an electronic device, or the like.

接続ポート917は、機器を残留応力算出装置200に直接接続するためのポートである。接続ポート917の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート、RS−232Cポート等がある。この接続ポート917に外部接続機器923を接続することで、残留応力算出装置200は、外部接続機器923から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器923に各種のデータを提供したりする。   The connection port 917 is a port for directly connecting a device to the residual stress calculation device 200. Examples of the connection port 917 include a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE 1394 port, a SCSI (Small Computer System Interface) port, and an RS-232C port. By connecting the external connection device 923 to the connection port 917, the residual stress calculation device 200 acquires various data directly from the external connection device 923 or provides various data to the external connection device 923.

通信装置919は、例えば、通信網925に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置919は、例えば、有線または無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、またはWUSB(Wireless USB)用の通信カード等である。また、通信装置919は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置919は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置919に接続される通信網925は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。   The communication device 919 is a communication interface configured with, for example, a communication device for connecting to the communication network 925. The communication device 919 is, for example, a communication card for wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB). The communication device 919 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a modem for various communication. The communication device 919 can transmit and receive signals and the like according to a predetermined protocol such as TCP / IP, for example, with the Internet and other communication devices. The communication network 925 connected to the communication device 919 is configured by a wired or wireless network, and may be, for example, the Internet, a home LAN, infrared communication, radio wave communication, satellite communication, or the like. .

以上、本発明の実施形態に係る残留応力算出装置200の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。   Heretofore, an example of the hardware configuration capable of realizing the function of the residual stress calculation device 200 according to the embodiment of the present invention has been shown. Each component described above may be configured using a general-purpose member, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Therefore, it is possible to change the hardware configuration to be used as appropriate according to the technical level at the time of carrying out this embodiment.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

例えば、上述の実施形態では、音弾性パラメータとして音速比R及び音響複屈折Bを例に挙げたが、本発明の実施形態に係る残留応力算出方法では、音弾性パラメータは上述の例に限定されるわけではない。例えば、音響複屈折Bの替わりに、表面SH波の音速異方性に関する音弾性パラメータを利用しても良い。   For example, in the above-described embodiment, the acoustic velocity ratio R and the acoustic birefringence B are exemplified as the acoustoelastic parameters. However, in the residual stress calculation method according to the embodiment of the present invention, the acoustoelastic parameters are limited to the above-described example. I don't mean. For example, instead of the acoustic birefringence B, a acoustoelastic parameter relating to the sound velocity anisotropy of the surface SH wave may be used.

10 残留応力測定装置
100 音速測定装置
101 パルサーレシーバー
103 プローブ
111 正弦波発生装置
113 バースト波発生装置
115 電磁超音波変換素子(EMAT)
117 積分器
200 残量応力算出装置
201 音速情報取得部
203 音弾性パラメータ算出部
205 塑性変形特徴量算出部
207 音弾性パラメータ係数補正部
209 記憶部
211 残留応力算出部
213 表示制御部
215 表示部
S 金属板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Residual stress measuring device 100 Sonic measuring device 101 Pulsar receiver 103 Probe 111 Sine wave generator 113 Burst wave generator 115 Electromagnetic ultrasonic transducer (EMAT)
117 Integrator 200 Residual Stress Calculation Device 201 Sonic Information Acquisition Unit 203 Acoustoelastic Parameter Calculation Unit 205 Plastic Deformation Feature Quantity Calculation Unit 207 Acoustoelastic Parameter Coefficient Correction Unit 209 Storage Unit 211 Residual Stress Calculation Unit 213 Display Control Unit 215 Display Unit S Metal plate

Claims (10)

塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得部と、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、
前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、
前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、
前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、
を備えることを特徴とする、残留応力算出装置。
A sound speed information acquisition unit for acquiring sound speed information related to a plurality of ultrasonic sound speeds in the metal plate measured by generating a plurality of ultrasonic waves in the plastically deformed metal plate;
A plastic deformation feature amount calculating unit that calculates a plastic deformation feature amount that is a value that can be converted into a plastic deformation amount or a plastic deformation amount of the metal plate;
Based on the sound speed information acquired by the sound speed information acquisition unit, a sound elasticity parameter, which is a parameter correlated with a main stress sum or a main stress difference, is calculated from a plurality of ultrasonic sound speeds in the metal plate. An acoustoelastic parameter calculator;
An acoustoelastic parameter coefficient correction unit that corrects a coefficient representing a change of the acoustoelastic parameter due to stress using the plastic deformation feature value calculated by the plastic deformation feature value calculating unit;
Based on the acoustoelastic parameter calculated by the acoustoelastic parameter calculating unit and the coefficient corrected by the acoustoelastic parameter coefficient correcting unit, a residual stress calculating unit that calculates the residual stress on the metal plate;
A residual stress calculation device comprising:
前記残留応力算出装置は、前記係数と前記塑性変形特徴量との関係を表す相関情報が格納された記憶部を更に備え、
前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記記憶部に格納された前記相関情報と、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量とを利用して、前記係数を決定することを特徴とする、請求項1に記載の残留応力算出装置。
The residual stress calculation device further includes a storage unit storing correlation information representing a relationship between the coefficient and the plastic deformation feature amount,
The acoustoelastic parameter coefficient correction unit determines the coefficient using the correlation information stored in the storage unit and the plastic deformation feature amount calculated by the plastic deformation feature amount calculation unit. The residual stress calculation apparatus according to claim 1.
前記音弾性パラメータ算出部は、前記音速情報を利用して、前記音弾性パラメータとして音速比R及び音響複屈折Bを算出し、
前記音弾性パラメータ係数補正部は、前記塑性変形特徴量算出部が算出した前記塑性変形特徴量に基づいて、以下の式1における係数C及びR、並びに、以下の式2における係数C及びBを決定することを特徴とする、請求項2に記載の残留応力算出装置。
ここで、下記式1及び式2において、σ及びσは、金属板中に残留している主応力を表す。
Figure 0005251911
The sound elasticity parameter calculation unit calculates a sound speed ratio R and an acoustic birefringence B as the sound elasticity parameters using the sound speed information,
The acoustoelastic parameter coefficient correction unit, based on the plastic deformation feature amount calculated by the plastic deformation feature amount calculation unit, coefficients C R and R 0 in the following formula 1 and coefficient C A in the following formula 2 And B 0 are determined, The residual stress calculation apparatus according to claim 2, wherein:
Here, in the following formulas 1 and 2, σ 1 and σ 2 represent main stresses remaining in the metal plate.
Figure 0005251911
前記残留応力算出部は、前記音弾性パラメータ算出部が算出した音速比R及び音響複屈折Bと、前記音弾性パラメータ係数補正部が決定した前記係数R、C、B及びCと、を利用し、前記式1及び前記式2に基づいて金属板に残留している主応力を算出することを特徴とする、請求項3に記載の残留応力算出装置。 The residual stress calculation unit includes a sound speed ratio R and an acoustic birefringence B calculated by the acoustoelastic parameter calculation unit, and the coefficients R 0 , C R , B 0 and C A determined by the acoustoelastic parameter coefficient correction unit. The residual stress calculation device according to claim 3, wherein the main stress remaining in the metal plate is calculated based on the formula 1 and the formula 2 using 前記塑性変形特徴量は、前記金属板に生じた塑性歪であることを特徴とする、請求項1に記載の残留応力算出装置。   The residual stress calculation apparatus according to claim 1, wherein the plastic deformation feature amount is a plastic strain generated in the metal plate. 前記塑性変形特徴量は、塑性変形に伴う前記金属板の板厚の変化の割合である減肉比であることを特徴とする、請求項1に記載の残留応力算出装置。   The residual stress calculation apparatus according to claim 1, wherein the plastic deformation feature amount is a thickness reduction ratio that is a rate of change in thickness of the metal plate accompanying plastic deformation. 塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定する音速測定装置と、
前記音速測定装置が測定した音速の測定結果を利用して、前記塑性変形した金属板中に残留する応力を算出する残留応力算出装置と、
を備え、
前記残留応力算出装置は、
前記音速測定装置から、前記塑性変形した金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得する音速情報取得部と、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出部と、
前記音速情報取得部が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出部と、
前記塑性変形特徴量算出部により算出された前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正部と、
前記音弾性パラメータ算出部が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正部が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出部と、
を有することを特徴とする、残留応力測定装置。
A sound speed measuring device that measures the speed of sound of the plurality of ultrasonic waves propagating in the metal plate by generating a plurality of ultrasonic waves in the plastically deformed metal plate;
A residual stress calculation device that calculates a residual stress in the plastically deformed metal plate using a measurement result of the sound velocity measured by the sound velocity measurement device;
With
The residual stress calculation device is:
A sound speed information acquisition unit that acquires sound speed information, which is a measurement result of a plurality of ultrasonic sound speeds propagating in the plastically deformed metal plate, from the sound speed measurement device;
A plastic deformation feature amount calculating unit that calculates a plastic deformation feature amount that is a value that can be converted into a plastic deformation amount or a plastic deformation amount of the metal plate;
Based on the sound speed information acquired by the sound speed information acquisition unit, a sound elasticity parameter, which is a parameter correlated with a main stress sum or a main stress difference, is calculated from a plurality of ultrasonic sound speeds in the metal plate. An acoustoelastic parameter calculator;
An acoustoelastic parameter coefficient correction unit that corrects a coefficient representing a change of the acoustoelastic parameter due to stress using the plastic deformation feature value calculated by the plastic deformation feature value calculating unit;
Based on the acoustoelastic parameter calculated by the acoustoelastic parameter calculating unit and the coefficient corrected by the acoustoelastic parameter coefficient correcting unit, a residual stress calculating unit that calculates the residual stress on the metal plate;
A residual stress measuring device comprising:
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得するステップと、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出するステップと、
算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、
算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、
を含むことを特徴とする、残留応力算出方法。
Obtaining sound velocity information regarding a plurality of ultrasonic sound speeds in the metal plate measured by generating a plurality of ultrasonic waves in the plastically deformed metal plate;
The plastic deformation amount of the metal plate or a plastic deformation feature value that is a value that can be converted into the plastic deformation amount is calculated, and is calculated from a plurality of ultrasonic sound speeds in the metal plate based on the acquired sound speed information. Calculating an acoustoelastic parameter which is a parameter correlated with the principal stress sum or principal stress difference;
Using the calculated plastic deformation feature amount, correcting a coefficient representing a change due to stress of the acoustoelastic parameter;
Calculating a residual stress on the metal plate based on the calculated acoustoelastic parameter and the corrected coefficient;
The residual stress calculation method characterized by including.
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで、当該金属板中を伝播する前記複数の超音波の音速を測定するステップと、
前記金属板中を伝播する複数の超音波音速に関する測定結果である音速情報を取得するステップと、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出するとともに、取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出するステップと、
算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行うステップと、
算出された音弾性パラメータと、補正された係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出するステップと、
を含むことを特徴とする、残留応力測定方法。
Measuring the speed of sound of the plurality of ultrasonic waves propagating through the metal plate by generating a plurality of ultrasonic waves in the plastically deformed metal plate;
Obtaining sound speed information that is a measurement result of a plurality of ultrasonic sound speeds propagating in the metal plate;
The plastic deformation amount of the metal plate or a plastic deformation feature value that is a value that can be converted into the plastic deformation amount is calculated, and is calculated from a plurality of ultrasonic sound speeds in the metal plate based on the acquired sound speed information. Calculating an acoustoelastic parameter which is a parameter correlated with the principal stress sum or principal stress difference;
Using the calculated plastic deformation feature amount, correcting a coefficient representing a change due to stress of the acoustoelastic parameter;
Calculating a residual stress on the metal plate based on the calculated acoustoelastic parameter and the corrected coefficient;
A residual stress measurement method comprising:
コンピュータに、
塑性変形した金属板中に複数の超音波を発生させることで測定された金属板中の複数の超音波音速に関する音速情報を取得する音速情報取得機能と、
前記金属板の塑性変形量又は塑性変形量に換算可能な値である塑性変形特徴量を算出する塑性変形特徴量算出機能と、
前記音速情報取得機能が取得した前記音速情報に基づいて、前記金属板中の複数の超音波音速から算出される、主応力和又は主応力差と相関のあるパラメータである音弾性パラメータを算出する音弾性パラメータ算出機能と、
前記塑性変形特徴量算出機能が算出した前記塑性変形特徴量を利用して、前記音弾性パラメータの応力による変化を表す係数の補正を行う音弾性パラメータ係数補正機能と、
前記音弾性パラメータ算出機能が算出した音弾性パラメータと、前記音弾性パラメータ係数補正機能が補正した係数とに基づいて、前記金属板に残留している応力を算出する残留応力算出機能と、
を実現させるためのプログラム。
On the computer,
A sound speed information acquisition function for acquiring sound speed information related to a plurality of ultrasonic sound speeds in a metal plate measured by generating a plurality of ultrasonic waves in a plastically deformed metal plate,
A plastic deformation feature amount calculation function for calculating a plastic deformation feature amount that is a value that can be converted into a plastic deformation amount or a plastic deformation amount of the metal plate;
Based on the sound speed information acquired by the sound speed information acquisition function, a sound elasticity parameter, which is a parameter correlated with a main stress sum or a main stress difference, is calculated from a plurality of ultrasonic sound speeds in the metal plate. A sound elasticity parameter calculation function;
Acoustoelastic parameter coefficient correction function for correcting a coefficient representing a change due to stress of the acoustoelastic parameter using the plastic deformation feature value calculated by the plastic deformation feature value calculating function;
A residual stress calculation function for calculating a stress remaining in the metal plate based on the acoustoelastic parameter calculated by the acoustoelastic parameter calculation function and the coefficient corrected by the acoustoelastic parameter coefficient correction function;
A program to realize
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