JPS63195564A - 圧延材の組織異方性測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は圧延鋼材等の組織の異方性の程度を超音波横
波の音速比により判断する際、底面エコーを摘出する手
動調整ゲート回路やＣＲＴのような波形モニター機能を
用いることなしに、２つの振動成分の横波による底面エ
コーの分離を検知して、音速比を求め、これにより組織
異方性を迅速かつ簡便に測定する方法に関する。

（従来の技術〕 一般に圧延材の性質はその材料の主圧延方向（以下り方
向という）とこれに直角な方向（以下Ｃ方向という）と
の間に差、すなわち異方性があり、圧延材を製造あるい
は使用する際に、異方性の程度を確認する必要が生じる
場合がある。この異方性により、圧電式または、電磁式
横波用超音波探触子を用いて、横波モードの超音波を材
料の厚さ方向に送受信した時、材料のし方向に振動成分
を持つ横波とＣ方向に振動成分を持つ横波との間に著し
い音速の差があることは良く知られている。そして圧延
材の異方性を検知するため上記２つの振動成分の横波の
材料底面までの伝播時間をそれぞれ測定し、両者の音速
比または伝播時間の比から、被検材の組織の異方性の程
度を判断する方法等がすでにある（例えば特開昭５５−
１５０１８号公報）。

第４ａ図および第４ｂ図は、横波モードの超音波を圧延
材中に送信し、かつ圧延材から受信するための公知の構
成例を示す図であり、第４ａ図は、無指向性の電磁式超
音波探触子（５）による場合を、第４ｂ図は、圧電式超
音波触子（５′）による場合を示す。これらの図面にお
いて、１は被検材、５は、鉄芯２．励磁コイル３．送受
信コイル４からなる電磁式超音波探触子である。５′は
。

圧電式超音波探触子である。図中の矢印Ａ、Ａ’。

Ｂ、　Ｂ’　は横波の振動方向、矢印Ｎは横波の伝播方
向である。そして５または５′　から送信された超音波
横波は、被検材ｌの中を伝播し、底面にて反射される。

この反射波を再び５または５′にて受信するものである
。

第５ａ図および第５ｂ図は、第４ａ図および第４ｂ図に
例示した構成において得られる、被検材１の底面からの
多重エコーを示すグラフである。

第５ａ図は材料の異方性が大きい場合を、第５ｂ図は異
方性が小さい場合を示す。

第５ａ図および第５ｂ図において、各々Ｔは、送信パル
ス波、Ｂ１＋Ｂ２・・・、Ｂｎはそれぞれ、Ｌ方向の振
動成分を持つ横波の第１回、第２回。

・・・、第ｎ回の底面エコーであり、Ｂ′１゜Ｂ′２．
・・・　Ｂｌｎはそれぞれ、Ｃ方向の振動成分を持つ横
波の第１回、第２回、・・・第ｎ回の底面エコーである
。

第５ａ図では、異方性が大きいため周成分の底面エコー
は、第１回目からすでに明確に分離しているが、第５ｂ
図では、異方性が小さいためＢｔ　　１〜Ｂ＋　２では
Ｂ１−Ｂ２の内にうずもれて分離せず、３回目以降で分
離する。

２つの振動成分による横波の音速比は、送信パルス波Ｔ
から２つの振動成分による底面エコーが明確に分離した
ｎ回目の底面エコーまでの時間を測定し、音速比＝（Ｔ
からＢ’　ｎまでの時間／Ｔ）からＢｎまでの時間の関
係式を用いて算出することができ、これによって圧延材
の異方性の程度を検知することができる。

このような音速比を測定する従来の方法として、特開昭
５５−１５０１８号公報には、第６図のブロック図に示
すような装置構成が示されている。

これは、超音波横波をパルサ７によるパルスによって電
磁式超音波探触子５゛により送信し、被検材１の底面で
反射した横波を再び５′で受信して増幅器８で増幅した
後、波形表示器８′でモニターすると共に波形整形回路
９でパルス化し、ゲート回路ＩＯに入力する。ゲート回
路１０では、手動によりゲートオン（信号摘出）の起点
および幅（期間）が調整され、底面エコーがＢｎ、　Ｂ
’　ｎに分離して摘出される。

以上のようにして摘出したＢｎのパルスは、ゲート１１
からカウンタ１３に与えられ、カウンタ１３が、Ｔから
Ｂｎまでの伝播時間をクロック１２をカウントパルスと
して計数し、計数値を割算器１４に与える。一方、Ｂ’
　ｎのパルスも同様にして、ゲート１１′　からカウン
タ１３’　に与えられ、ＴからＢ’　ｎまでの伝播時間
がカウンタ１３′で計数されて、計数値が割算器１４に
与えられる。

割算器１４は、カウンタ１３の計数値とカウンタ１３’
　の計数値の比を演算しこれを表示器１５に与える。表
示器１５はこの比を音速比として表示する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記の従来法では、完全に分離したＢｎお
よびＢ’ｎのみをゲート出力とするためには、ゲート回
路１０に入力されるパルスＢｎとＢ’　ｎが完全に分離
している必要があり、実際の測定にあたっては、波形表
示器８′によって多重反射エコーをモニターしながらこ
れを確認するとともに、材料の異方性の程度および厚さ
によって、ゲートの起点Ｂｎの伝播時間より若干前に、
またゲートの幅（期間）をＢ’　ｎの伝播時間より若干
後に調整しなくてはならない。

しかし第５ａ図と第５ｂ図を対比すれば分かるように、
材料の異方性の程度によって、２つの振動成分による底
面エコーが分離しはじめる反射回数は異なっており１例
えば第５ａ図の例ではｎ＝１であり、第５ｂ図の例では
ｎ　＝　３である。また、当然のことなからＴから１１
回目の底面エコーＢｎ。

Ｂ’　ｎまでの横波の伝播時間は、材料の厚さによって
異ることとなる。したがって、上記の従来法では、厚さ
および／又は異方性の異なる種々の圧延材についての測
定には、時間がかかることになる。

本発明は上記のような手動による調整を必要とするゲー
トを使用せず、何回目の底面エコーから分離しはじめる
かをディジタル論理回路により自動的に検知し、迅速に
音速比を測定することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、互いに直交する二１の振動成分を有する超
音波横波を圧延材の表面より送信し、該超音波を送信し
てから、該超音波の二つの振動成分の横波の底面エコー
が、それぞれ分離するまでの伝播時間から求めた音速比
によって圧延材の異方性を測定する方法において、前記
二つの振動成分の横波の底面エコーがそれぞれ分離した
ことを。

単安定マルチバイブレータとＡＮＤゲート回路およびＲ
−Ｓフリップフロップ回路とからなる波形分離回路によ
り検知する。

以下に本発明の方法を詳細に説明する。

第１図は、本発明を実施するための装置構成を示すブロ
ック図であり、第２図は、第１図の分離回路１６の構成
を示す電気回路図であり、第３図は、第１図および第２
図の回路各部の波形信号を示すタイムチャートである。

第１図及び第３図において、■は被検材、５または５′
は横波用探触子、６は同期回路、７はパルサ、８は探触
子５または５′　からの受信波の増幅器、９は波形整形
回路、１６は後述するＢｎとＢ’　ｎの分離を検知し１
分離を検出した後のＢｎや１とＢ’ｎ＋１を分離する分
離回路、１７は分離回路１６の出力パルスｊおよびｊ′
　をカウンタ１３に時分割で入力するためのマルチプレ
クサ、１２は横波の伝播時間を測定するために用いる、
例えば１０ＭＨｚのクロックパルス発生回路、Ｉ３は分
に回路１６の出力パルスｊ又はｊ′の持続時間の間のク
ロックパルスｋを計数するカウンタ。

１４は例えばマイクロプロセッサのような割算回路、Ｉ
５は例えば、７セグメントＬＥＤ、液晶のようなキャラ
クタ表示器である。

信号Ｓは同期回路６の出力波形（例えばＩＫＨｚの同期
パルス）、信号ａはパルサ７からの出力波形（送信付勢
信号）である。信号すは増幅器８の検波出力波形（受信
波信号）であり、送信パルスＴと底面多重エコーＢ１〜
Ｂｎヤ１およびＢＴ　　１〜Ｂ″ｎや１が含まれている
。信号Ｃは回路９で整形した受信パルス、信号ｊは送信
パルスＴとＢｎや１までの伝播時間に対応するパルス幅
を有するパルス、ｊ′は送信パルスＴとＢ’ｎ４１まで
の伝播時間に対応するパルス幅を有するパルスである。

分離回路１６は、第２図に示すように、単安定マルチバ
イブレータ２０、Ａ　Ｎ　Ｄグー８回路２１〜２４．Ｒ
−Ｓフリップフロップ回路２５〜２６で構成されている
。

次に第１図、第２図及び第３図により本実施例の機能及
び動作を説明する。

第１図および第３図において、パルサ７からの出力パル
スａによって探触子５又は５′は、被検材１中に、互い
に直交する２つの振動成分を持つ超音波横波を送信する
。これらの超音波横波は、被検材１の底面で反射されて
再び５又は５′で受信され増幅器８に入力され増幅およ
び検波される。

増幅器８の出力すは波形整形回路９に入力され、パルス
Ｃに整形される。

パルスＣは、本発明の主要部分である波形分離回路１６
に入力される。第２図および第３図において、単安定マ
ルチバイブレータ２０は、この例では、時限を設定する
コンデンサ２１ｃと可変抵抗２１ｒを有し、パルスＣの
立下りによってトリガされ、それから可変抵抗２１ｒの
設定で定まる時間ｔの間高レベルＨの信号ｄと、信号ｄ
の反転信号ｄを出力する。パルスｄのＨ幅及び反転パル
スｄの低レベルＬの幅は、ＢｎとＢ’　ｎの時間間隔（
分離したと見なす時間間隔）より十分長く、がっＢｎと
Ｂ　ｎ　＋　１の間の時間間隔より十分短くなるように
、持続時間ｔを設定する必要がある。例えば１μｓｅｃ
　（分離したと見る時間間隔）以上、測定最小板厚を１
０ｍｍとすると６μｓｅｃ　（測定材中の厚み方向の１
往復伝播時間）以下とすることが好ましい。

この時間設定は可変抵抗２１ｒで行なう。例えば、ｔを
１μｓｅｃ以上６μｓｅｃ以下に設定しておくと、１０
ｍｍ以上の板厚の圧延材については、その後の可変調整
は不必要である。したがって、単安定マルチバイブレー
タ２０の時限ｔは、必ずしも可調整とする必要はなく、
例えば、１μｓｅｃ以上６μｓｅｃ以下のある値に固定
しておいてもよい。

単安定マルチバイブレータ２０からの出力パルスｄと波
形整形回路９からの出力パルスＣは。

ＡＮＤゲート回路２２に入力され、ＡＮＤゲート回路２
２が、受信パルスの立下りがらｔ内に立上ったパルスｅ
　（Ｂ’　ｎ、　Ｂｌ　ｎ＋　１　）を出力する。また
単安定マルチバイブレータ２０反転パルス１と波形整形
回路９からの出力パルスＣは、ＡＮＤゲート回路２１に
入力され、ＡＮＤゲニト回路２１が、ｔの経過から受信
パルスの立下りまでの間に立上ったパルスｇを出力する
。すなわち、パルスｄは、信号す中のＢとＢ゛　との重
りがなくなったＢ　’　ｎ。

Ｂ’ｎ＋１を摘出するためのものであり、反転パルス丁
は、重りがあるときも含めてＢを摘出するためのもので
ある。

第３図かられかるように、パルスＣは底面エコーＢｎと
Ｂ’ｎが分離はじめたとき初めて出現し、Ｂ’ｎおよび
Ｂ’ｎや１を摘出したものである。これでＢｎとＢ’ｎ
が分離したことが検知されることになる。一方パルスｇ
は、ＢｎとＢ’　ｎの分離のいかんにかかわらず第１回
目から出現するが、分離した後は、Ｂｎ、Ｂｎ＋１のみ
を摘出したものとなる。

Ｒ−Ｓフリップフロップ回路２５は、同期信号Ｓによっ
てリセットされ、ＡＮＤゲート回路２２からパルスｅが
セット入力端（Ｓ）に加わるとセット状態になりＱ出力
端にパルスｆを出力する。このパルスｆは、ＢｎとＢ’
　ｎとが分離したとき（セット）から、同期信号Ｓが表
われる（リセット）まで高レベルＨである。

このパルスｆとＡＮＤゲート回路２１の出力ｇとがＡＮ
Ｄゲート回路２３に入力され、ゲート回路２３がパルス
ｈを出力する。このパルスｈは、分離してから次に表わ
れるパルスＢｎ＋１を示す。

すなわちパルスｈは底面エコーＢｎ＋１に対応するパル
スとなる。

Ｒ−Ｓフリップフロップ回路２６は、同期信号Ｓによっ
てセットされるが、ＡＮＤゲート回路２３からパルスｈ
がリセット入力端Ｒに入力されるとリセット状態となり
、セット状態で高レベルＨのパルスｊおよびリセット状
態でＨの反転パルスｊを出力する。パルスｊのＨ区間（
パルス幅）は送信パルスＴから底面エコーＢｎ＋１まで
の伝播時間を示す。

一方、反転パルス丁とパルスｅがＡＮＤゲート回路２４
に入力されＡＮＤゲート回路２４がパルスｉを出力する
。このパルスｉは、底面エコーＢ’　ｎや１を示す。

Ｒ−Ｓフリップフロップ回路２７は同期信号Ｓによって
セットされ、パルスｉがリセット入力端Ｒに入力される
とリセット状態となりＱ出力端にパルスｊ′　を発生す
る。このパルスｊｌ　の日持続時間は、送信パルスＴか
ら底面エコーＢ’ｎ、１が表われるまでの時間を示す。

以上の動作により波形分離回路１６がＢとＢ゛の分離を
自動的に検出し、かつ、ＴからＢｎ、１まで及びＴから
Ｂ’ｎ＋１までの伝播時間に一致する持続時間を持った
パルスｊとｊｌ　を発生する。

これらのパルスｊ、ｊ′　が、マルチプレクサ１７で、
交互にカウンタ１３に与えられる。例えばｍ・ｍ＋２・
ｍ＋３・・・番目の同期信号Ｓの時はマルチプレクサ１
７がパルスｊをカウンタ１３に与え、ｍ＋ｌ、ｍ＋３．
ｍ＋５．　　・・・番目の同期信号Ｓの時はマルチプレ
クサ１７がパルスｊ′　をカウンタ１３に与える。

カウンタ１３はパルスｊおよびｊｌの■４持続時間中ク
ロックパルスｋをカウントし、Ｔから底面エコーＢｎ、
１及びＢ’ｎ＋１までの伝播時間を測定する。それぞれ
の測定値は、ｍ、ｍ＋２．ｍ＋３・・・番目の同期信号
Ｓの時は底面エコーＢｎ＋１までの伝播時間として、ま
た、ｍ＋　１　、　ｍ＋　３　ｙｍ＋５．・・・番目の
同期信号Ｓの時は底面エコーＢ’ｎや１までの伝播時間
として、割算回路１４に一時記憶し、２つの測定値がそ
ろった所で、音速比＝（ＴからＢ’ｎ、１までの伝播時
間／ＴからＢｎ＋１までの伝播時間〕の関係式に従って
割算を実行し音速比を表示器１５に表示する。

このようにして求めた音速比が１００（％）である場合
には材料に異方性がないと判断し、音速比が１００（％
）を超える場合には材料に異方性があると判断すること
ができる。これによって例えば材料中の欠陥を検出する
ような超音波探傷試験では異方性があることを考慮した
探傷方法を採用するなど、検査の信頼性を向上させる上
で有益な判断基準を得ることができる。　４ 〔発明の効果〕 以上述べたごとく本発明の方法を用いると、測定者が測
定に必要な底面エコーを摘出するために材料の厚さや異
方性の程度によってゲート回路の起点や幅をその都度調
整する必要もなく、迅速かつ簡便に厚板等鉄鋼材料や非
鉄金属材料の異方性を測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を一態様で実施する装置の構成を示す
ブロック図、第２図は、第１図に示す波形分離回路１６
の構成を示す電気回路図、第３図は、第１図および第２
図に示す各要素の出力信号を示すタイムチャートである
。 第４ａ図および第４ｂ図は、横波用超音波探触子による
圧延材への横波の送受信の説明図であり、第４ａ図は横
波用電磁超音波探触子を、第４ｂ図は横波用圧電超音波
探触子を示す。第５ａ図および第５ｂ図は、異方性のあ
る圧延材における横波の底面多重反射エコーを示すグラ
フである。 第６図は、従来の異方性検出装置の構成を示すブロック
図である。 ｌ　：被検材　　　　２　：鉄芯 ３　：励磁コイル　　４　：送受信コイル５　：横波用
電磁式超音波探触子 ５′：横波用圧電式超音波探触子 ６　：同期回路　　　７　：高周波パルサ８　：増幅器
　　　　８゛二濾波形示器９　：波形整形回路　ＩＯ：
ゲート回路１１．１１’　　：カウンタ用ゲート回路１
２：クロックパルス発生器 １３．１３’　　：カウンタ　　１４：割算回路１５：
表示器　　　　１６：波形分離回路１７：マルチプレク
サ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに直交する二つの振動成分を有する超音波横波を圧
   延材の表面より送信し、該超音波横波を送信してから該
   超音波の２つの振動成分の横波の底面エコーがそれぞれ
   分離するまでの伝播時間から求めた音速比によって圧延
   材の組織異方性を測定する方法において、前記２つの振
   動成分の横波の底面エコーが、それぞれ分離したことを
   、単安定マルチバイブレータとＡＮＤゲート回路および
   Ｒ−Ｓフリップフロップ回路とからなる波形分離回路に
   より検知することを特徴とする圧延材の組織異方性測定
   方法。