(57)【要約】【課題】  被測定体の内部における超音波の音速分布を正確に測定できるようにして、被測定体内部の材質測定や内部応力測定を最適に行えるようにする。【解決手段】  被測定板１０１の厚み方向Ｙの平均音速を平均音速測定手段１０で測定し、被測定板１０１の表面近傍の音速を表面音速測定手段２０で測定し、測定した厚み方向Ｙの平均音速Ｖと表面近傍の音速とに基づいて、極値位置算出手段３０で被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける音速の極値の位置を算出する。そして、算出した音速の極値の位置に基づいて、音速分布算出手段４０で被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける超音波の音速分布を算出するようにする。【選択図】  図１
2006308383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体の厚み方向に超音波を放射し、前記被測定体の厚み方向の平均音速を測定する平均音速測定手段と、
前記被測定体の表面方向に超音波を放射し、前記被測定体の表面近傍の音速を測定する表面音速測定手段と、
前記平均音速測定手段で測定した前記被測定体の厚み方向の平均音速と、前記表面音速測定手段で測定した前記被測定体の表面近傍の音速とに基づいて、前記被測定体の厚み方向における音速の速度分布を求め、前記音速の極値の位置を算出する極値位置算出手段と、
前記極値位置算出手段で算出した音速の極値の位置に基づいて、前記被測定体の厚み方向における超音波の音速分布を算出する音速分布算出手段と
を有することを特徴とする音速分布測定装置。
【請求項２】
前記平均音速測定手段は、
前記被測定体の厚み方向に超音波を放射し、前記被測定体の厚み方向における共振周波数を測定する共振周波数測定手段と、
前記共振周波数測定手段で測定した共振周波数に基づいて、前記平均音速を算出する平均音速算出手段と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の音速分布測定装置。
【請求項３】
前記被測定体は、板状材料又は管状材料からなるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の音速分布測定装置。
【請求項４】
被測定体の厚み方向に超音波を放射し、前記被測定体の厚み方向の平均音速を測定する平均音速測定ステップと、
前記被測定体の表面方向に超音波を放射し、前記被測定体の表面近傍の音速を測定する表面音速測定ステップと、
前記平均音速測定ステップで測定した前記被測定体の厚み方向の平均音速と、前記表面音速測定ステップで測定した前記被測定体の表面近傍の音速とに基づいて、前記被測定体の厚み方向における音速の極値の位置を算出する極値位置算出ステップと、
前記極値位置算出ステップで算出した音速の極値の位置に基づいて、前記被測定体の厚み方向における超音波の音速分布を算出する音速分布算出ステップと
を有することを特徴とする音速分布測定方法。
【請求項５】
前記平均音速測定ステップは、
前記被測定体の厚み方向に超音波を放射し、前記被測定体の厚み方向における共振周波数を測定する共振周波数測定ステップと、
前記共振周波数測定ステップで測定した共振周波数に基づいて、前記平均音速を算出する平均音速算出ステップと
を含むことを特徴とする請求項４に記載の音速分布測定方法。
【請求項６】
前記被測定体は、板状材料又は管状材料からなるものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の音速分布測定方法。
【請求項７】
被測定体の厚み方向に超音波を放射し、前記被測定体の厚み方向の平均音速を測定する平均音速測定ステップと、
前記被測定体の表面方向に超音波を放射し、前記被測定体の表面近傍の音速を測定する表面音速測定ステップと、
前記平均音速測定ステップで測定した前記被測定体の厚み方向の平均音速と、前記表面音速測定ステップで測定した前記被測定体の表面近傍の音速とに基づいて、前記被測定体の厚み方向における音速の極値の位置を算出する極値位置算出ステップと、
前記極値位置算出ステップで算出した音速の極値の位置に基づいて、前記被測定体の厚み方向における超音波の音速分布を算出する音速分布算出ステップと
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムをコンピュータに読み取り可能に記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定体に超音波を放射して、被測定体内部における超音波の音速分布を算出する音速分布測定装置、音速分布測定方法、当該音速分布測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム及び当該プログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属材料の厚さ測定、材質測定、内部応力測定のために超音波共振法を用いることが有効であることがよく知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、超音波共振法を説明するための概略図である。
図７において、７１は超音波振動子であり、超音波の発信と受信の両方に用いられる。７２は板状材料からなる板厚ｄの被測定板である。超音波振動子７１に交流電圧を加えつつ、その交流電圧の振動数を連続的に変化させると、次の数式１が成り立つときに被測定板７２内部に超音波の共振がおこる。
【０００４】
【数１】
2006308383.tif 000003
【０００５】
数式１において、ｄは被測定板７２の板厚、λは超音波の波長、ｎは正の整数である。すなわち、被測定板７２の板厚ｄが超音波の波長λの半分の整数倍のときに超音波の共振がおこる。ここで、ｎが１、２、３、…のときの共振をそれぞれ１次、２次、３次、…の共振という。一方、超音波の速度Ｖ、波長λ、周波数ｆの間には、次の数式２が成り立つことが一般的によく知られている。
【０００６】
【数２】
2006308383.tif 000004
【０００７】
また、数式１、数式２から、次の数式３を導くことができる。
【０００８】
【数３】
2006308383.tif 000005
【０００９】
そして、数式３のｆはｎ次の共振のときの周波数であるので、これを明確に示すためにｆnと書き直すと、次の数式４となる。
【００１０】
【数４】
2006308383.tif 000006
【００１１】
数式４より、被測定板７２の板厚ｄを測定し、さらに、ｎ次共振周波数ｆnを測定することによって、被測定板７２内部の超音波の速度Ｖを知ることができる。被測定板７２内部の超音波の速度Ｖが被測定板７２の材質や内部応力に関連していることはよく知られている。特許文献１は、このような性質を利用したものであり、金属板内部の超音波の速度Ｖを測定し、その速度Ｖから金属板の材質や内部応力を判定している。
【００１２】
【特許文献１】特開平６−１１８０６４号公報
【非特許文献１】Katsuhiro Kawashima, Ultrasonics, vol.43(2005), p135-144
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した特許文献１では、基本原理的に数式４を利用したものであり、金属板内部における超音波の速度Ｖが金属板の内部において表面からの深さにかかわらず一定であることを仮定したものである。すなわち、特許文献１の手法は、金属板の内部において材質や内部応力が表面からの深さにかかわらず一定であるときにのみ適用することができる手法であるといえる。
【００１４】
しかしながら、実際の金属板では、圧延や熱処理等により、金属板内部の材質や内部応力が表面からの深さによって一定でない場合が多い。したがって、特許文献１の手法は、金属板内部の材質や内部応力が表面からの深さによって一定でない場合には、適用することができなかった。すなわち、従来の技術においては、金属板等の被測定体の内部における超音波の音速分布を正確に測定することができなかった。このため、被測定体内部の材質測定や内部応力測定を最適に行うことが不可能であるという問題点があった。
【００１５】
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたものであり、被測定体の内部における超音波の音速分布を正確に測定できるようにして、被測定体内部の材質測定や内部応力測定を最適に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の音速分布測定装置は、被測定体の厚み方向に超音波を放射し、前記被測定体の厚み方向の平均音速を測定する平均音速測定手段と、前記被測定体の表面方向に超音波を放射し、前記被測定体の表面近傍の音速を測定する表面音速測定手段と、前記平均音速測定手段で測定した前記被測定体の厚み方向の平均音速と、前記表面音速測定手段で測定した前記被測定体の表面近傍の音速とに基づいて、前記被測定体の厚み方向における音速の極値の位置を算出する極値位置算出手段と、前記極値位置算出手段で算出した音速の極値の位置に基づいて、前記被測定体の厚み方向における超音波の音速分布を算出する音速分布算出手段とを有する。
【００１７】
本発明の音速分布測定方法は、被測定体の厚み方向に超音波を放射し、前記被測定体の厚み方向の平均音速を測定する平均音速測定ステップと、前記被測定体の表面方向に超音波を放射し、前記被測定体の表面近傍の音速を測定する表面音速測定ステップと、前記平均音速測定ステップで測定した前記被測定体の厚み方向の平均音速と、前記表面音速測定ステップで測定した前記被測定体の表面近傍の音速とに基づいて、前記被測定体の厚み方向における音速の極値の位置を算出する極値位置算出ステップと、前記極値位置算出ステップで算出した音速の極値の位置に基づいて、前記被測定体の厚み方向における超音波の音速分布を算出する音速分布算出ステップとを有する。
【００１８】
本発明のプログラムは、被測定体の厚み方向に超音波を放射し、前記被測定体の厚み方向の平均音速を測定する平均音速測定ステップと、前記被測定体の表面方向に超音波を放射し、前記被測定体の表面近傍の音速を測定する表面音速測定ステップと、前記平均音速測定ステップで測定した前記被測定体の厚み方向の平均音速と、前記表面音速測定ステップで測定した前記被測定体の表面近傍の音速とに基づいて、前記被測定体の厚み方向における音速の極値の位置を算出する極値位置算出ステップと、前記極値位置算出ステップで算出した音速の極値の位置に基づいて、前記被測定体の厚み方向における超音波の音速分布を算出する音速分布算出ステップとをコンピュータに実行させるためのものである。
【００１９】
本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、前記プログラムをコンピュータに読み取り可能に記憶する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、被測定体の厚み方向の平均音速と、被測定体の表面近傍の音速とを測定し、測定した厚み方向の平均音速と表面近傍の音速とに基づいて被測定体の厚み方向における音速の極値の位置を算出して、算出した音速の極値の位置に基づいて被測定体の厚み方向における超音波の音速分布を算出するようにしたので、被測定体の内部における超音波の音速分布を正確に測定することができる。これにより、被測定体内部の材質測定や内部応力測定を最適に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態における音速分布測定装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、１０１は支持体１０２によって支持された鋼板等の板厚Ｄからなる被測定板であり、１００は被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける超音波の音速分布を測定する音速分布測定装置である。なお、本実施の形態では、音速分布を測定する被測定体として、板状材料からなる被測定板１０１を用いた例を挙げて説明を行うが、本発明においてはこれに限定されるわけでなく、例えば、音速分布を測定する被測定体として管状材料からなる鋼管等を適用することも可能である。
【００２２】
図１の音速分布測定装置１００において、１０は、被測定板１０１の厚み方向Ｙに超音波を放射し、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける平均音速を測定する平均音速測定手段である。
【００２３】
平均音速測定手段１０は、被測定板１０１の厚み方向Ｙに超音波を放射し、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける複数の共振周波数を測定する共振周波数測定手段１１と、共振周波数測定手段１１で測定した共振周波数に基づいて、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける平均音速を算出する平均音速算出手段１２とを備えて構成されている。
【００２４】
図１の音速分布測定装置１００において、２０は、被測定板１０１の表面方向Ｚに超音波を放射し、被測定板１０１の表面近傍の音速を測定する表面音速測定手段である。
【００２５】
図１の音速分布測定装置１００において、３０は、平均音速測定手段１０で測定した被測定板１０１の厚み方向Ｙの平均音速と、表面音速測定手段２０で測定した被測定板１０１の表面近傍の音速とに基づいて、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける音速の極値の位置を算出する極値位置算出手段である。
【００２６】
図１の音速分布測定装置１００において、４０は、極値位置算出手段３０で算出した音速の極値の位置に基づいて、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける超音波の音速分布４０ａを算出する音速分布算出手段である。そして、音速分布算出手段４０で算出された超音波の音速分布４０ａは、音速分布算出手段４０から、被測定板１０１の材質測定や内部応力測定等を行う各種の測定装置に送られる。
【００２７】
ここで、共振周波数測定手段１１の構成について説明する。
図２は、共振周波数測定手段１１の概略構成図である。
図２の共振周波数測定手段１１において、１１１は共振電磁超音波送受信部、１１２は電磁超音波トランスデューサ、１１３は共振周波数検出部である。また、１０１ａは被測定板１０１の内部において共振により生じた超音波の定在波の振幅分布を示す。
【００２８】
電磁超音波トランスデューサ１１２は、被測定板１０１の厚み方向Ｙに超音波を放射し、かつ、被測定板１０１からの超音波を受信するものである。共振周波数検出部１１３は、共振電磁超音波送受信部１１１の共振周波数を掃引して、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける共振周波数を検出する。この共振周波数検出部１１３では、複数の共振周波数を検出することが可能である。
【００２９】
次に、表面音速測定手段２０の構成について説明する。
図３は、表面音速測定手段２０の概略構成図である。
図３の表面音速測定手段２０において、２１は超音波発振部、２２は送信プローブ、２３は受信プローブ、２４は表面音速算出部である。また、１０１ｂは被測定板１０１の表面近傍を伝播する表面波である。
【００３０】
超音波発振部２１は、発振した超音波を送信プローブ２２を介して被計測板１０１に放射し、被計測板１０１の表面近傍に表面波１０１ｂを発生させるものである。表面音速算出部２４は、送信プローブ２２から所定距離おいた位置に配置された受信プローブ２３を介して表面波１０１ｂを受信し、超音波発振部２１による超音波の発振タイミングと表面波１０１ｂの受信タイミング、及び前記所定距離等に基づいて、表面波１０１ｂの音速を算出する。
【００３１】
次に、音速分布測定装置１００による音速分布測定方法について説明する。
図４は、本発明の実施の形態における音速分布測定装置１００で行う音速分布測定方法の一例を示したフローチャートである。
【００３２】
まず、ステップＳ１０１では、共振周波数測定手段１１において、被測定板１０１の厚み方向Ｙに超音波を放射し、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける共振周波数を測定する。
【００３３】
具体的には、まず、図２に示す共振電磁超音波送受信部１１１から電磁超音波トランスデューサ１１２を介して被測定板１０１の厚み方向Ｙに超音波を放射する。続いて、被測定板１０１の内部において共振により生じた超音波の定在波を電磁超音波トランスデューサ１１２を介して共振電磁超音波送受信部１１１で受信する。そして、共振周波数検出部１１３において、共振電磁超音波送受信部１１１で受信した超音波の定在波における共振周波数を掃引して、共振周波数の測定を行う。この際、共振周波数検出部１１３では、共振の次数毎に共振周波数を測定することが可能であり、本実施の形態においては、１次〜２０次程度までの共振周波数を測定する。
【００３４】
続いて、ステップＳ１０２では、平均音速算出手段１２において、ステップＳ１０１で測定された共振周波数に基づいて、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける平均音速を算出する。
【００３５】
具体的には、上記の数式４に基づく以下の数式５により、被測定板１０１内部における超音波の平均音速Ｖavを算出する。
【００３６】
【数５】
2006308383.tif 000007
【００３７】
数式５において、Ｄは被測定板１０１の板厚、ｎは共振の次数、ｆnはｎ次の共振周波数である。数式５の（ｆn／ｎ）は、ステップＳ１０１において共振周波数測定手段１１により測定された共振周波数に基づいて算出される。ここで、ｎの次数としては、６以上であれば（ｆn／ｎ）の値がほぼ等しくなることがわかっており、数式５においてもｎが６以上であることが望ましい。
【００３８】
続いて、ステップＳ１０３では、表面音速測定手段２０において、被測定板１０１の表面方向Ｚに超音波を放射し、被測定板１０１の表面近傍の音速を測定する。
【００３９】
具体的には、まず、図３に示す超音波発振部２１から送信プローブ２２を介して超音波を放射し、被計測板１０１の表面近傍に表面波１０１ｂを発生させる。続いて、この表面波１０１ｂを、送信プローブ２２から所定距離おいた位置に配置された受信プローブ２３を介して表面音速算出部２４で受信する。そして、表面音速算出部２４において、超音波発振部２１による超音波の発振タイミングと表面波１０１ｂの受信タイミング、及び前記所定距離等に基づいて、表面波１０１ｂの音速を算出する。これにより、被測定板１０１の表面近傍を伝播する表面波１０１ｂの音速が測定される。なお、表面波の音速と縦波あるいは横波との対応関係は良く知られているが、その対応関係式を用いて、表面波１０１ｂの音速から、縦波あるいは横波のように、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける平均音速を求めた波と一致する波の音速に変換する。
【００４０】
続いて、ステップＳ１０４では、極値位置算出手段３０において、ステップＳ１０２で算出された被測定板１０１の厚み方向Ｙの平均音速と、ステップＳ１０３で測定された被測定板１０１の表面近傍の音速とに基づいて、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける音速の極値の位置を算出する。
【００４１】
極値位置算出手段３０による具体的な音速の極値の位置の算出方法を、以下に数式を示して説明する。まず、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける超音波の音速分布は、被測定板１０１内部の材質や内部応力により、ある地点で音速の極値を有する２次音速分布になると考えられる。以下に、２次音速分布の基本式を示す。
【００４２】
【数６】
2006308383.tif 000008
【００４３】
数式６〜数式１２において、ａ及びｂは定数、ｍは変数、Ｍは被測定板１０１における板厚ＤをＭ等分した分割数、ｍ0は被測定板１０１を厚み方向ＹにＭ等分に分割した各分割領域のうち、超音波の音速の極値の位置を示すものである。
【００４４】
数式６は、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける超音波の２次音速分布Ｖmを示すものであり、数式７は、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける超音波の平均音速Ｖavを示すものである。数式８は、被測定板１０１の第１の表面における音速である第１の表面音速ＶS1を示すものであり、数式９は、前記第１の表面に対して裏面に相当する第２の表面における音速である第２の表面音速ＶS2を示すものである。また、数式１０は、第１の表面音速ＶS1と第２の表面音速ＶS2とから算出される表面の平均音速ＶS、数式１１は、数式６のｍに音速の極値の位置ｍ0を代入することで算出される極値の位置の音速Ｖc、数式１２は、数式１０と数式１１とから算出される表面の平均音速ＶSと極値の位置の音速Ｖcとの比ｒである。
【００４５】
次に、２次音速分布が音速の極値の位置ｍ0を中心に対称である場合について考える。以下に、この対称２次音速分布の基本式を示す。
【００４６】
【数７】
2006308383.tif 000009
【００４７】
数式１３は、数式６の音速の極値の位置ｍ0に（Ｍ＋１）／２を代入することで算出される対称２次音速分布Ｖm0を示すものであり、数式１４は、数式６の音速の極値の位置ｍ0に（Ｍ＋１）／２を代入することで算出される対称２次音速分布の平均音速Ｖav0、数式１５は、数式１０の音速の極値の位置ｍ0に（Ｍ＋１）／２を代入することで算出される対称２次音速分布における表面の平均音速ＶS0を示すものである。
【００４８】
数式１６は、対称２次音速分布における音速の極値の位置ｍ0での音速Ｖc0を示すものであり、数式１７は、数式１５と数式１６とから算出される、表面の平均音速ＶS0と極値の位置の音速Ｖc0との比ｒ0を示すものである。
【００４９】
また、対称２次音速分布の推定式を以下の数式１８及び数式１９に示す。
【００５０】
【数８】
2006308383.tif 000010
【００５１】
数式１８は、数式１７に基づくものであり、また、数式１８の最後に示した式のＫ0〔[ｆn／（ｎｆ1）]−１〕は、理論的、実験的に導かれるものである。このとき、Ｋ0は５に近似した値となることが理論的、実験的にわかっている（非特許文献１参照）。また、数式１９は、数式１４及び数式５に基づいて導かれるものである。
【００５２】
数式１３〜数式１９は、２次音速分布が音速の極値の位置ｍ0を中心に対称である特別の場合についての計算式であるが、被測定板１０１内部の材質や内部応力等により、２次音速分布が音速の極値の位置ｍ0を中心に非対称である場合も考えられる。そこで、音速の極値の位置ｍ0を中心に対称である場合を含むのはもちろんのこと、前述した非対称な場合を考慮した２次音速分布を測定できるようにする必要がある。この非対称な場合を考慮した２次音速分布の推定式を以下の数式２０に示す。
【００５３】
【数９】
2006308383.tif 000011
【００５４】
数式２０は、数式７及び数式８に基づいて導かれるものであり、被測定板１０１の表面の第１の音速ＶS1と被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける超音波の平均音速Ｖavとの比を示したものである。数式２０の最後に示した式において、Ｋ0は数式１８に示したものと同様に５に近似した既知の値、[ｆn／（ｎｆ1）]はステップＳ１０１において共振周波数測定手段１１により測定された共振周波数に基づくものであり、既知の値である。ここで、ｆ1は１次の共振周波数、ｆnはｎ次の共振周波数である。ｎの次数としては、ステップＳ１０２と同様に、６以上であることが望ましい。
【００５５】
図４のステップＳ１０４では、極値位置算出手段３０において、この数式２０を用いて音速の極値の位置ｍ0を算出する。すなわち、極値位置算出手段３０では、数式２０において、被測定板１０１の板厚Ｄの分割数Ｍを設定し、ステップＳ１０２で算出された被測定板１０１の厚み方向Ｙの平均音速Ｖavと、ステップＳ１０３で測定された被測定板１０１の表面近傍の音速である第１の表面音速ＶS1とに基づいて、分割数Ｍに対応した音速の極値の位置ｍ0を算出する。
【００５６】
続いて、ステップＳ１０５では、音速分布算出手段４０において、ステップＳ１０４で算出された音速の極値の位置ｍ0に基づいて、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける超音波の音速分布４０ａを算出する。そして、音速分布算出手段４０は、算出した超音波の音速分布４０ａを、被測定板１０１の材質測定や内部応力測定等を行う各種の測定装置に送信する。
【００５７】
超音波の音速分布４０ａの具体的な算出方法を以下に説明する。
まず、音速分布算出手段４０では、以下に示す非対称な場合を考慮した２次音速分布の推定式である数式２１により、表面の平均音速ＶSと極値の位置の音速Ｖcとの比ｒを算出する。
【００５８】
【数１０】
2006308383.tif 000012
【００５９】
数式２１は、数式１２と数式１８に基づいて導かれるものである。数式２１の最後に示した式において、Ｋ0は数式１８に示したものと同様に５に近似した既知の値、[ｆn／（ｎｆ1）]は数式２０の場合と同様に既知の値である。また、ステップＳ１０４での極値位置算出手段３０による算出処理により、分割数Ｍに対応した音速の極値の位置ｍ0も既知の値であるため、表面の平均音速ＶSと極値の位置の音速Ｖcとの比ｒを算出することができる。
【００６０】
そして、表面の平均音速ＶSと極値の位置の音速Ｖcとの比ｒが算出されたことにより、数式１２から（ａ／ｂ）が算出できる。また、ステップＳ１０２で算出された平均音速Ｖavの値と、数式７、及び算出した（ａ／ｂ）の値から、ａとｂの定数が一意的に決定できる。そして、このａ及びｂの値を数式６に代入することにより、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける超音波の音速分布４０ａを算出する。
【００６１】
ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５までの処理を経ることにより、音速の極値の位置ｍ0に基づく２次音速分布の算出が行われる。
【００６２】
次に、非対称な場合を考慮した２次音速分布の推定式である数式２０及び数式２１の検証を行った。被測定板１０１としては、密度ρ＝７８００［ｋｇ／ｍ3］、減衰率α＝１．０［ｍ-1］、板厚Ｄ＝２．７２７［ｍｍ］のものを用いた。平均音速をＶav＝３０００［ｍ／ｓ］とし、また、各音速の極値の位置ｍ0に対して、ＶS／Ｖcを１．０００、１．０１０、１．０２０、１．０５０と変化させて計算を行った。回帰係数は最高次ｎ＝４５のデータで評価した。
【００６３】
図５は、数式２０において、（ＶS1／Ｖav）に対する[ｆn／（ｎｆ1）]の係数Ｃ1の変化を示した特性図である。また、図６は、数式２１において、（ＶS／Ｖc−１）に対する[ｆn／（ｎｆ1）]の係数Ｃ2の変化を示した特性図である。ここで、係数Ｃ1及び係数Ｃ2は、それぞれ数式２２及び数式２３に示すものとなる。
【００６４】
【数１１】
2006308383.tif 000013
【００６５】
まず、図５において、横軸は音速の極値の位置ｍ0であり、縦軸は数式２２で示した係数Ｃ1である。また、図５は、被測定板１０１の板厚Ｄにおける分割数Ｍを１０１に設定し、音速の極値の位置ｍ0を各分割領域に変位させた際の係数Ｃ1の変化を示したものである。
【００６６】
図５に示すように、係数Ｃ1は、音速の極値の位置ｍ0に対して１次関数となる。そして、その回帰式は、以下の数式２４に示すものとなった。
【００６７】
【数１２】
2006308383.tif 000014
【００６８】
また、実際のＫ0及び分割数Ｍの値を係数Ｃ1を構成する各項に代入すると、以下の数式２５及び数式２６のようになる。
【００６９】
【数１３】
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【００７０】
数式２５及び数式２６の値を数式２２に代入して、音速の極値の位置ｍ0を変数とする式にすると、音速の極値の位置ｍ0を変数する式の各定数が、数式２４で示した回帰式の各定数とオーダー的に一致する結果が得られた。これにより、非対称な２次音速分布の推定式である数式２０が妥当性であることがわかった。
【００７１】
続いて、図６について説明する。
図６において、横軸は音速の極値の位置ｍ0であり、縦軸は数式２３で示した係数Ｃ2である。また、図６は、被測定板１０１の板厚Ｄにおける分割数Ｍを１０１に設定し、音速の極値の位置ｍ0を各分割領域に変位させた際の係数Ｃ2の変化を示したものである。
【００７２】
図６に示すように、係数Ｃ2は、音速の極値の位置ｍ0に対して２次関数となる。そして、その回帰式は、以下の数式２７に示すものとなった。
【００７３】
【数１４】
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【００７４】
また、実際のＫ0及び分割数Ｍの値を係数Ｃ2を構成する各項に代入すると、以下の数式２８及び数式２９のようになる。
【００７５】
【数１５】
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【００７６】
数式２８及び数式２９の値を数式２３に代入して、音速の極値の位置ｍ0を変数とする式にすると、音速の極値の位置ｍ0を変数する式の各定数が、数式２７で示した回帰式の各定数とオーダー的に一致する結果が得られた。これにより、非対称な２次音速分布の推定式である数式２１が妥当性であることがわかった。
【００７７】
本実施の形態によれば、平均音速測定手段１０で被測定板１０１の厚み方向Ｙの平均音速Ｖavを測定し（ステップＳ１０１及びＳ１０２）、表面音速測定手段２０で被測定板１０１の表面近傍の音速ＶS1を測定し（ステップＳ１０３）、極値位置算出手段３０で被測定板１０１の厚み方向Ｙの平均音速Ｖavと、被測定板１０１の表面近傍の音速ＶS1とに基づいて、被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける音速の極値の位置ｍ0を算出するようにしたので（ステップＳ１０４）、被測定板１０１内部における音速の極値の位置を正確に把握することができる。また、極値位置算出手段３０で算出した音速の極値の位置ｍ0に基づいて、音速分布算出手段４０で被測定板１０１の厚み方向Ｙにおける超音波の音速分布を算出するようにしたので（ステップＳ１０５）、被測定板１０１内部における超音波の音速分布を測定することができる。これにより、被測定板１０１内部の材質測定や内部応力測定を最適に行うことが実現できる。
【００７８】
本実施の形態における音速分布測定装置を構成する図１の各手段、並びに音速分布測定方法を示した図４の各ステップは、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
【００７９】
具体的に、前記プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記憶媒体に記録し、あるいは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記憶媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネットの等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いることができる。
【００８０】
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより本実施の形態における音速分布測定装置の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して本実施の形態における音速分布測定装置の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全て、あるいは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて本実施の形態における音速分布測定装置の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態における音速分布測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】共振周波数測定手段の概略構成図である。
【図３】表面音速測定手段の概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態における音速分布測定装置で行う音速分布測定方法の一例を示したフローチャートである。
【図５】数式２０において、（ＶS1／Ｖav）に対する[ｆn／（ｎｆ1）]の係数Ｃ1の変化を示した特性図である。
【図６】数式２１において、（ＶS／Ｖc−１）に対する[ｆn／（ｎｆ1）]の係数Ｃ2の変化を示した特性図である。
【図７】超音波共振法を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０  平均音速測定手段
１１  共振周波数測定手段
１２  平均音速算出手段
２０  表面音速測定手段
２１  超音波発振部
２２  送信プローブ
２３  受信プローブ
２４  表面音速算出部
３０  極値位置算出手段
４０  音速分布算出手段
４０ａ  超音波の音速分布
１００  音速分布測定装置
１０１  被測定板
１０１ａ  超音波の定在波の振幅分布
１０１ｂ  表面波
１０２  支持体
１１１  共振電磁超音波送受信部
１１２  電磁超音波トランスデューサ
１１３  共振周波数検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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