(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に対して第１の超音波を送信する第１の送信手段と、
前記第１の送信手段により送信された前記第１の超音波のうち、前記被測定物により反射された前記第１の超音波を受信する第１の受信手段と、
前記第１の受信手段により受信された前記第１の超音波のデータである第１の超音波データに基づいて、前記被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された前記音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、前記被測定物に対して第２の超音波を送信する第２の送信手段と、
前記第２の送信手段により送信された前記第２の超音波を受信する第２の受信手段と、
前記第２の受信手段により受信された前記第２の超音波のデータである第２の超音波データに基づいて、前記被測定物を伝播する前記第２の超音波の速度を計算する第１の速度計算手段と、
前記第１の速度計算手段により計算された前記第２の超音波の速度に基づいて、前記被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算手段とを備える応力測定装置において、
前記第１の速度計算手段は、前記被測定物に伝播する前記第２の超音波の、前記音響異方性の方向に対してほぼ０度の方向への第１の速度と、前記音響異方性の方向に対してほぼ９０度の方向への第２の速度を計算し、
前記主応力値計算手段は、前記速度計算手段により計算された前記第１の速度と前記第２の速度に基づいて、前記主応力値を計算することを特徴とする応力測定装置。
【請求項２】
被測定物に対して第１の超音波を送信する第１の送信手段と、
前記第１の送信手段により送信された前記第１の超音波のうち、前記被測定物により反射された前記第１の超音波を受信する第１の受信手段と、
前記第１の受信手段により受信された前記第１の超音波のデータである第１の超音波データに基づいて、前記被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された前記音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、前記被測定物に対して第２の超音波を送信する第２の送信手段と、
前記第２の送信手段により送信された前記第２の超音波を受信する第２の受信手段と、
前記第２の受信手段により受信された前記第２の超音波のデータである第２の超音波データに基づいて、前記被測定物を伝播する前記第２の超音波の速度を計算する第１の速度計算手段と、
前記設定手段により設定された前記音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第３の超音波を送信する第３の送信手段と、
前記第３の送信手段により送信された前記第３の超音波のうち、前記被測定物により反射された前記第３の超音波を受信する第３の受信手段と、
前記第３の受信手段により受信された前記第３の超音波のデータである第３の超音波データに基づいて、前記被測定物を伝播する前記第３の超音波の速度を計算する第２の速度計算手段と、
前記第１の速度計算手段により計算された前記第２の超音波の速度と、前記第２の速度計算手段により計算された前記第３の超音波の速度に基づいて、前記被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算手段とを備える応力測定装置において、
前記第２の速度計算手段は、前記被測定物に伝播する前記第３の超音波の、前記音響異方性の方向に対してほぼ０度の方向への第１の速度と、前記音響異方性の方向に対してほぼ９０度の方向への第２の速度を計算し、
前記主応力値計算手段は、前記第１の速度計算手段により計算された前記第２の超音波の速度と、前記第２の速度計算手段により計算された前記第１の速度と前記第２の速度に基づいて、前記主応力値を計算することを特徴とする応力測定装置。
【請求項３】
前記第１の超音波は、横波超音波であることを特徴とする請求項１または２に記載の応力測定装置。
【請求項４】
前記第２の超音波は、弾性表面波であることを特徴とする請求項１または２に記載の応力測定装置。
【請求項５】
前記第２の送信手段と第２の受信手段は、レーザ光源を用いることにより前記第２の超音波を送信し、受信することを特徴とする請求項１に記載の応力測定装置。
【請求項６】
前記第１の超音波データに基づいて、前記第１の受信手段により受信された前記第１の超音波のエコーレベルを判定する判定手段をさらに備え、
前記設定手段は、前記判定手段により判定された判定結果に基づいて、前記音響異方性の方向を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の応力測定装置。
【請求項７】
前記判定手段は、前記第１の超音波データに基づいて、前記第１の受信手段により受信された前記第１の超音波のエコーレベルが所定の値より小さいか、あるいは、他の所定の値より大きいか否かを判定し、
前記第１の受信手段により受信された前記第１の超音波のエコーレベルが所定の値より小さい、あるいは、他の所定の値より大きいと判定された場合、前記設定手段は、前記音響異方性の方向に対して所定の角度の方向であると設定し、
前記第１の受信手段により受信された前記第１の超音波のエコーレベルが所定の値より小さくはない、あるいは、他の所定の値より大きくはないと判定された場合、前記設定手段は、前記音響異方性の方向に対して所定の角度の方向ではないと設定し、
前記設定手段は、設定された、前記音響異方性の方向に対して所定の角度の方向に基づいて、前記音響異方性の方向を設定することを特徴とする請求項６に記載の応力測定装置。
【請求項８】
前記第１の送信手段と前記第１の受信手段、および前記第２の送信手段と前記第２の受信手段を回転する少なくとも１つのモータと、
前記モータの回転を制御する回転制御手段と
をさらに備え、
前記回転制御手段は、所定の角度になるように前記モータの回転を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の応力測定装置。
【請求項９】
前記受信手段は、少なくとも、所定の間隔で予め配置された第１の受信部と第２の受信部からなり、
前記速度計算手段は、前記第１の受信部と前記第２の受信部により前記第２の超音波が受信されたときの時間差と、前記第１の受信部と前記第２の受信部との所定の間隔に基づいて、前記設定手段により設定された前記音響異方性の方向に対して所定の角度の方向への、前記被測定物を伝播する前記超音波の速度を計算することを特徴とする請求項１または２に記載の応力測定装置。
【請求項１０】
前記超音波を電気信号に変換する変換手段と、
前記変換手段により変換された電気信号に基づいて、前記時間差を計算する時間差計算手段とをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の応力測定装置。
【請求項１１】
前記時間差計算手段は、予め設定した所定の回数、前記変換手段により変換された電気信号に基づいて前記時間差を計算し、所定の回数の平均値を時間差とすることを特徴とする請求項１０に記載の応力測定装置。
【請求項１２】
前記第３の超音波は、SH表面波であることを特徴とする請求項２に記載の応力測定装置。
【請求項１３】
前記第２の送信手段と前記第２の受信手段は、レーザ光源を用いることにより前記第２の超音波を送信し、受信し、
前記第３の送信手段と前記第３の受信手段は、レーザ光源を用いることにより前記第３の超音波を送信し、受信することを特徴とする請求項２に記載の応力測定装置。
【請求項１４】
前記第１の速度計算手段は、前記被測定物に伝播する前記第３の超音波の、前記音響異方性の方向に対してほぼ４５度の方向への速度を計算することを特徴とする請求項２に記載の応力測定装置。
【請求項１５】
被測定物に対して第１の超音波を送信する第１の送信ステップと、
前記第１の送信ステップの処理により送信された前記第１の超音波のうち、前記被測定物により反射された前記第１の超音波を受信する第１の受信ステップと、
前記第１の受信ステップの処理により受信された前記第１の超音波のデータである第１の超音波データに基づいて、前記被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定ステップと、
前記設定ステップの処理により設定された前記音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、前記被測定物に対して第２の超音波を送信する第２の送信ステップと、
前記第２の送信ステップの処理により送信された前記第２の超音波を受信する第２の受信ステップと、
前記第２の受信ステップの処理により受信された前記第２の超音波のデータである第２の超音波データに基づいて、前記被測定物を伝播する前記第２の超音波の速度を計算する第１の速度計算ステップと、
前記第１の速度計算ステップの処理により計算された前記第２の超音波の速度に基づいて、前記被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算ステップとを含む応力測定方法において、
前記第１の速度計算ステップにおいて、前記被測定物に伝播する前記第２の超音波の、前記音響異方性の方向に対してほぼ０度の方向への第１の速度と、前記音響異方性の方向に対してほぼ９０度の方向への第２の速度を計算し、
前記主応力値計算ステップにおいて、前記速度計算ステップにおいて計算された前記第１の速度と前記第２の速度に基づいて、前記主応力値を計算することを特徴とする応力測定方法。
【請求項１６】
被測定物に対して第１の超音波を送信する第１の送信ステップと、
前記第１の送信ステップの処理により送信された前記第１の超音波のうち、前記被測定物により反射された前記第１の超音波を受信する第１の受信ステップと、
前記第１の受信ステップの処理により受信された前記第１の超音波のデータである第１の超音波データに基づいて、前記被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定ステップと、
前記設定ステップの処理により設定された前記音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、前記被測定物に対して第２の超音波を送信する第２の送信ステップと、
前記第２の送信ステップの処理により送信された前記第２の超音波を受信する第２の受信ステップと、
前記第２の受信ステップの処理により受信された前記第２の超音波のデータである第２の超音波データに基づいて、前記被測定物を伝播する前記第２の超音波の速度を計算する第１の速度計算ステップと、
前記設定ステップの処理により設定された前記音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第３の超音波を送信する第３の送信ステップと、
前記第３の送信ステップの処理により送信された前記第３の超音波のうち、前記被測定物により反射された前記第３の超音波を受信する第３の受信ステップと、
前記第３の受信ステップの処理により受信された前記第３の超音波のデータである第３の超音波データに基づいて、前記被測定物を伝播する前記第３の超音波の速度を計算する第２の速度計算ステップと、
前記第１の速度計算ステップの処理により計算された前記第２の超音波の速度と、前記第２の速度計算手段により計算された前記第３の超音波の速度に基づいて、前記被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算ステップとを含む応力測定方法において、
前記第２の速度計算ステップにおいて、前記被測定物に伝播する前記第３の超音波の、前記音響異方性の方向に対してほぼ０度の方向への第１の速度と、前記音響異方性の方向に対してほぼ９０度の方向への第２の速度を計算し、
前記主応力値計算ステップにおいて、前記第１の速度計算ステップにより計算された前記第２の超音波の速度と、前記第２の速度計算ステップにより計算された前記第１の速度と前記第２の速度に基づいて、前記主応力値を計算することを特徴とする応力測定方法。
【請求項１７】
被測定物に対して超音波を送信する送信手段と、
前記送信手段により送信された前記超音波のうち、前記被測定物により反射された前記超音波を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記超音波のデータである超音波データに基づいて、前記被測定物を伝播する前記超音波の速度を計算する速度計算手段と、
前記速度計算手段により計算された前記超音波の速度を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶された前記超音波の速度に基づいて、前記被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定手段と、
前記記憶手段により記憶された、前記設定手段により設定された前記音響異方性の方向に対して所定の第１角度とこの第１角度とは異なる第２角度の方向への前記被測定物を伝播する前記超音波の速度に基づいて、前記被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算手段とを備えることを特徴とする応力測定装置。
【請求項１８】
前記送信手段と受信手段は、レーザ光源を用いることにより前記超音波を送信し、受信することを特徴とする請求項１７に記載の応力測定装置。
【請求項１９】
前記記憶手段により記憶された前記超音波の速度に基づいて、前記超音波の速度が最小値、または最大値であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記設定手段は、前記判定手段により判定された判定結果に基づいて、前記音響異方性の方向を設定することを特徴とする請求項１７に記載の応力測定装置。
【請求項２０】
前記判定手段により、前記記憶手段により記憶された前記超音波の速度が最小値、または最大値であると判定された場合、前記設定手段は、前記音響異方性の方向であると設定し、
前記判定手段により、前記記憶手段により記憶された前記超音波の速度が最小値、または最大値ではないと判定された場合、前記設定手段は、前記音響異方性の方向ではないと設定することを特徴とする請求項１９に記載の応力測定装置。
【請求項２１】
被測定物に対して超音波を送信する送信ステップと、
前記送信ステップの処理により送信された前記超音波のうち、前記被測定物により反射された前記超音波を受信する受信ステップと、
前記受信ステップの処理により受信された前記超音波のデータである超音波データに基づいて、前記被測定物を伝播する前記超音波の速度を計算する速度計算ステップと、
前記速度計算ステップの処理により計算された前記超音波の速度を記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップの処理により記憶された前記超音波の速度に基づいて、前記被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定ステップと、
前記記憶ステップにより記憶された、前記設定ステップにより設定された前記音響異方性の方向に対して所定の第１角度とこの第１角度とは異なる第２角度の方向への前記被測定物を伝播する前記超音波の速度に基づいて、前記被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算ステップとを含むことを特徴とする応力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は応力測定装置およびその測定方法に係り、特に、被測定物の部材の表面に伝播するときの音速度を高精度に測定し、部材に生じている主応力値自体を高精度に測定することができるようにし、もって部材の劣化などを正確に判定することができるようにした応力測定装置およびその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の炉内構造物や配管などの部材には、一般的に、製造工程や経年劣化などにより残留応力が生じている場合がある。このような場合、残留応力が大きすぎると、残留応力が生じているこれらの部材に亀裂が入ったり、その部材が壊れたりする。そのため、残留応力によって部材の疲労亀裂などが起こらないように、定期的に、原子力発電所の炉内構造物や配管などの部材の残留応力を応力測定装置を用いて測定する必要がある。なお、原子力発電所の炉内構造物や配管などを以下、「被測定物」と定義する。
【０００３】
この応力測定装置の１つとして、一般的に、ひずみケージが知られている。しかし、このひずみケージでは、測定の対象となる被測定物の構造物や配管から試験片として一部切り出す必要があるため、測定対象が設定されている現場において、直ちに測定を行うことができなかった。
【０００４】
そこで、測定の対象となる構造物や配管から試験片を切り出す必要がない応力測定装置として、Ｘ線回折を使用したＸ線応力装置が提案されている。このＸ線応力測定装置は、測定対象である部材の表面のブラッグ回折を利用して残留応力を測定する。
【０００５】
しかし、このＸ線応力測定装置は、原子力発電所などのような放射線環境下では、バックグラウンドノイズが多くため、残留応力の測定に必要な信号が十分得ることが困難であった。
【０００６】
このような状況下において、被測定物の部材の残留応力を非破壊で測定するための応力測定装置として、超音波応力測定装置が提案されている（例えば、特許文献１乃至５参照）。この超音波応力測定装置を使用して測定する場合、測定に際して測定の対象となる構造物や配管から試験片を切り出す必要がなく、また、原子力発電所などのような放射線環境下であってもバックグラウンドノイズが少ないため、応力測定が容易に行うことができる。
【０００７】
ここで、一般に、このような超音波応力測定装置においては、まず、測定対象となる部材に超音波を伝播させ、その音速度を測定する。このとき、応力が生じている部分の音速度は、応力が生じていない部分と比して、僅かながら異なる値となる。そこで、超音波の伝播音速度の差を用いて、部材に生じている応力の差を算出する。これにより、測定対象の部材が劣化しているか否かを評価することができる。
【０００８】
特許文献１では、被測定物の無負荷部と負荷部において、表面波（超音波）の伝播方向を３０度以内の角度ピッチで変化させて表面波の音速度を測定し、無負荷部と負荷部の表面波の音速度差の最大値から負荷部の応力の大きさを推定する。ここで、応力の方向は、音速度の値が最大となる方向とし、被測定物の板厚方向の応力分布を解析により求めておく。次に、垂直に伝播する横波の音速度変化から被測定物の応力の平均値を測定し、解析により求めた被測定物の音速度の平均値が音速度の測定値と一致するように被測定物中の応力分布を変更することで、被測定物の応力値を推定する。
【０００９】
特許文献２では、被測定物の部材の表面の応力値を算出する方法が提案されている。この方法では、２個の超音波探触子を使用し、部材に生じている応力によって表面波の音速度が変化することを利用して応力値を測定する。なお、音速度と応力値の関係は、予め、測定によって求めておく。
【００１０】
また、特許文献３では、被測定物中の応力の平均値を測定する方法が提案されている。この方法では、２つの横波の超音波センサを使用し、この２つの横波の超音波センサの振動方向を直交させ、被測定物の底面から反射してくる超音波エコーを使用して音速度を算出する。このとき、超音波センサで測定された音速度は、部材に生じている応力によってそれぞれ異なった値となる。このように算出された２つの音速度の差を用いて、部材に生じている主応力差を測定する。
【００１１】
特許文献４では、圧延ロールの残留応力値を測定する方法が提案されている。この方法では、特許文献３と同様に、お互い振動方向が直交する横波を使用し、被測定物の底面から反射してくる超音波エコーを使用して音速度を算出し、音速度の差を用いて部材に生じている主応力差を測定する。このとき、圧延ロールに特有な周方向の主応力値が０であるという前提を用いて、他方の主応力値を算出する。
【００１２】
さらに、特許文献５では、発振器を回転させながら、被測定物に横波を斜めに入射させ、反射された横波を受振する。受振した超音波エコーの振幅が最大となる角度を一方の主応力の方向とし、それと直交する方向を他方の主応力の方向とし、それらの音速度の差から主応力差を計算する。
【特許文献１】特開平７−９２０３８号公報
【特許文献２】特開昭６１−２５４８４９号公報
【特許文献３】特開昭５６−９０２２８号公報
【特許文献４】特開平３−２７６０４１号公報
【特許文献５】特開平７−２２９７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、部材の表面に伝播するときの音速度の値は、部材に生じている応力の大きさだけでなく、部材を構成する材料に特有の音響異方性によっても変化する。そのため、特許文献１乃至５に提案された方法では、部材を構成する材料に特有の音響異方性による音速度の変化量を予め考慮（分離）することができず、部材の表面に伝播するときの音速度を高精度に測定することが困難であるという課題があった。
【００１４】
また、上述した特許文献１乃至５に提案された方法では、音速度の差から主応力差を算出し、その差を基礎にして部材に生じている主応力を推定することはできるが、部材に生じているそれぞれの主応力値自体を測定することができないという課題があった。
【００１５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされてものであり、部材の表面に伝播するときの音速度を高精度に測定し、また、部材に生じている主応力値自体を高精度に測定することができ、もって部材の劣化などを正確に判定することができる応力測定装置およびその測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の応力測定装置は、上述した課題を解決するために、被測定物に対して第１の超音波を送信する第１の送信手段と、第１の送信手段により送信された第１の超音波のうち、被測定物により反射された第１の超音波を受信する第１の受信手段と、第１の受信手段により受信された第１の超音波のデータである第１の超音波データに基づいて、被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定手段と、設定手段により設定された音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第２の超音波を送信する第２の送信手段と、第２の送信手段により送信された第２の超音波を受信する第２の受信手段と、第２の受信手段により受信された第２の超音波のデータである第２の超音波データに基づいて、被測定物を伝播する第２の超音波の速度を計算する第１の速度計算手段と、第１の速度計算手段により計算された第２の超音波の速度に基づいて、被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算手段とを備え、前記第１の速度計算手段は前記被測定物に伝播する前記第２の超音波の前記音響異方性の方向に対してほぼ０度の方向への第１の速度と前記音響異方性の方向に対してほぼ９０度の方向への第２の速度を計算し、前記主応力値計算手段は、前記速度計算手段により計算された前記第１の速度と前記第２の速度に基づいて、前記主応力値を計算することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１の応力測定方法は、上述した課題を解決するために、被測定物に対して第１の超音波を送信する第１の送信ステップと、第１の送信ステップの処理により送信された第１の超音波のうち、被測定物により反射された第１の超音波を受信する第１の受信ステップと、第１の受信ステップの処理により受信された第１の超音波のデータである第１の超音波データに基づいて、被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定ステップと、設定ステップの処理により設定された音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第２の超音波を送信する第２の送信ステップと、第２の送信ステップの処理により送信された第２の超音波を受信する第２の受信ステップと、第２の受信ステップの処理により受信された第２の超音波のデータである第２の超音波データに基づいて、被測定物を伝播する第２の超音波の速度を計算する第１の速度計算ステップと、第１の速度計算ステップの処理により計算された第２の超音波の速度に基づいて、被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算ステップとを含み、前記第１の速度計算ステップにおいて前記被測定物に伝播する前記第２の超音波の前記音響異方性の方向に対してほぼ０度の方向への第１の速度と前記音響異方性の方向に対してほぼ９０度の方向への第２の速度を計算し、前記主応力値計算ステップにおいて前記速度計算ステップにおいて計算された前記第１の速度と前記第２の速度に基づいて前記主応力値を計算することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第２の応力測定装置は、上述した課題を解決するために、被測定物に対して第１の超音波を送信する第１の送信手段と、第１の送信手段により送信された第１の超音波のうち、被測定物により反射された第１の超音波を受信する第１の受信手段と、第１の受信手段により受信された第１の超音波のデータである第１の超音波データに基づいて、被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定手段と、設定手段により設定された音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第２の超音波を送信する第２の送信手段と、第２の送信手段により送信された第２の超音波を受信する第２の受信手段と、第２の受信手段により受信された第２の超音波のデータである第２の超音波データに基づいて、被測定物を伝播する第２の超音波の速度を計算する第１の速度計算手段と、設定手段により設定された音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第３の超音波を送信する第３の送信手段と、第３の送信手段により送信された第３の超音波のうち、被測定物により反射された第３の超音波を受信する第３の受信手段と、第３の受信手段により受信された第３の超音波のデータである第３の超音波データに基づいて、被測定物を伝播する第３の超音波の速度を計算する第２の速度計算手段と、第１の速度計算手段により計算された第２の超音波の速度と、第２の速度計算手段により計算された第３の超音波の速度に基づいて、被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算手段とを備え、前記第２の速度計算手段は前記被測定物に伝播する前記第３の超音波の前記音響異方性の方向に対してほぼ０度の方向への第１の速度と前記音響異方性の方向に対してほぼ９０度の方向への第２の速度を計算し、前記主応力値計算手段は前記第１の速度計算手段により計算された前記第２の超音波の速度と前記第２の速度計算手段により計算された前記第１の速度と前記第２の速度に基づいて前記主応力値を計算することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第２の応力測定方法は、上述した課題を解決するために、被測定物に対して第１の超音波を送信する第１の送信ステップと、第１の送信ステップの処理により送信された第１の超音波のうち、被測定物により反射された第１の超音波を受信する第１の受信ステップと、第１の受信ステップの処理により受信された第１の超音波のデータである第１の超音波データに基づいて、被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定ステップと、設定ステップの処理により設定された音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第２の超音波を送信する第２の送信ステップと、第２の送信ステップの処理により送信された第２の超音波を受信する第２の受信ステップと、第２の受信ステップの処理により受信された第２の超音波のデータである第２の超音波データに基づいて、被測定物を伝播する第２の超音波の速度を計算する第１の速度計算ステップと、設定ステップの処理により設定された音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第３の超音波を送信する第３の送信ステップと、第３の送信ステップの処理により送信された第３の超音波のうち、被測定物により反射された第３の超音波を受信する第３の受信ステップと、第３の受信ステップの処理により受信された第３の超音波のデータである第３の超音波データに基づいて、被測定物を伝播する第３の超音波の速度を計算する第２の速度計算ステップと、第１の速度計算ステップの処理により計算された第２の超音波の速度と、第２の速度計算手段により計算された第３の超音波の速度に基づいて、被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算ステップとを含み、前記第２の速度計算ステップにおいて前記被測定物に伝播する前記第３の超音波の前記音響異方性の方向に対してほぼ０度の方向への第１の速度と前記音響異方性の方向に対してほぼ９０度の方向への第２の速度を計算し、前記主応力値計算ステップにおいて前記第１の速度計算ステップにより計算された前記第２の超音波の速度と前記第２の速度計算ステップにより計算された前記第１の速度と前記第２の速度に基づいて前記主応力値を計算することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第３の応力測定装置は、上述した課題を解決するために、被測定物に対して超音波を送信する送信手段と、送信手段により送信された超音波のうち、被測定物により反射された超音波を受信する受信手段と、受信手段により受信された超音波のデータである超音波データに基づいて、被測定物を伝播する超音波の速度を計算する速度計算手段と、速度計算手段により計算された超音波の速度を記憶する記憶手段と、記憶手段により記憶された超音波の速度に基づいて、被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定手段と、記憶手段により記憶された、設定手段により設定された音響異方性の方向に対して所定の第１角度とこの第１角度とは異なる第２角度の方向への被測定物を伝播する超音波の速度に基づいて、被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第３の応力測定方法は、上述した課題を解決するために、被測定物に対して超音波を送信する送信ステップと、送信ステップの処理により送信された超音波のうち、被測定物により反射された超音波を受信する受信ステップと、受信ステップの処理により受信された超音波のデータである超音波データに基づいて、被測定物を伝播する超音波の速度を計算する速度計算ステップと、速度計算ステップの処理により計算された超音波の速度を記憶する記憶ステップと、記憶ステップの処理により記憶された超音波の速度に基づいて、被測定物を構成する部材の音響異方性の方向を設定する設定ステップと、記憶ステップにより記憶された、設定ステップにより設定された音響異方性の方向に対して所定の第１角度とこの第１角度とは異なる第２角度の方向への被測定物を伝播する超音波の速度に基づいて、被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値を計算する主応力値計算ステップとを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明の第１の応力測定装置およびその処理方法においては、被測定物に対して第１の超音波が送信され、送信された第１の超音波のうち、被測定物により反射された第１の超音波が受信され、受信された第１の超音波のデータである第１の超音波データに基づいて、被測定物を構成する部材の音響異方性の方向が設定され、設定された音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第２の超音波が送信され、送信された第２の超音波が受信され、受信された第２の超音波のデータである第２の超音波データに基づいて、被測定物を伝播する第２の超音波の速度が計算され、計算された第２の超音波の速度に基づいて、被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値が計算される。
【００２３】
本発明の第２の応力測定装置およびその処理方法においては、被測定物に対して第１の超音波が送信され、送信された第１の超音波のうち、被測定物により反射された第１の超音波が受信され、受信された第１の超音波のデータである第１の超音波データに基づいて、被測定物を構成する部材の音響異方性の方向が設定され、設定された音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第２の超音波が送信され、送信された第２の超音波が受信され、受信された第２の超音波のデータである第２の超音波データに基づいて、被測定物を伝播する第２の超音波の速度が計算され、設定された音響異方性の方向に対して所定の角度を有する方向に、被測定物に対して第３の超音波が送信され、送信された第３の超音波のうち、被測定物により反射された第３の超音波が受信され、受信された第３の超音波のデータである第３の超音波データに基づいて、被測定物を伝播する第３の超音波の速度が計算され、計算された第２の超音波の速度と、計算された第３の超音波の速度に基づいて、被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値が計算される。
【００２４】
本発明の第３の応力測定装置およびその処理方法においては、被測定物に対して超音波が送信されと、送信された超音波のうち、被測定物により反射された超音波が受信され、受信された超音波のデータである超音波データに基づいて、被測定物を伝播する超音波の速度が計算され、計算された超音波の速度が記憶され、記憶された超音波の速度に基づいて、被測定物を構成する部材の音響異方性の方向が設定され、設定された音響異方性の方向に対して所定の角度の方向への被測定物を伝播する超音波の速度に基づいて、被測定物に存在する主応力の大きさを示す主応力値が計算される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る応力測定装置およびその測定方法によれば、被測定物の音響異方性を測定することができる。また、測定された音響異方性の方向を考慮（分離）することで、被測定物を伝播する超音波の音速度を高精度に測定し、計算することができるとともに、部材に生じている主応力値自体を高精度に測定することができる。これにより、被測定物の劣化などを正確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明を適用した応力測定装置１の第１の実施形態の内部の構成を表している。なお、以下に用いる「垂直入射型横波超音波」、「レーリー波」、および「SH表面波」は、３つともに超音波の１つであり、それぞれ、被測定物に垂直に入射された横波の超音波、固体表面上を表面付近にエネルギーを集中した形で伝播する超音波、変位が伝播方向に垂直、かつ、伝播面に平行な超音波を意味している。
【００２８】
図１に示されるように、応力測定装置１は、制御部１１、モータ駆動制御部１２−１および１２−２、モータ駆動部１３−１および１３−２、モータ１４−１および１４−２、記憶部１５、入力部１６、出力部１７、超音波探触子２１、レーリー波探触子２２−１乃至２２−３により構成されている。
【００２９】
制御部１１は、CPU(Central Processing Unit)またはMPU（Micro Processing Unit）などからなり、種々の制御信号を生成し、各部に供給することにより応力測定装置１の駆動を総括的に制御するとともに、ユーザが入力部１６の図示キーボードなどを操作することにより、音響異方性測定処理（図４を参照して後述する）を開始するとの指示がなされると、垂直入射型横波超音波を超音波探触子２１に送信させるための横波超音波送信制御信号を生成し、超音波探触子２１に供給する。
【００３０】
また、制御部１１は、超音波探触子２１から供給された、測定対象である被測定物４０（図２を参照して後述する）から反射された垂直入射型横波超音波のデータである横波超音波データを取得し、取得された横波超音波データを記憶部１５に供給する。さらに、制御部１１は、レーリー波をレーリー波探触子２２−１に送信させるためのレーリー波送信制御信号を生成し、レーリー波探触子２２−１に供給する。制御部１１は、レーリー波探触子２２−２から供給された、溶接部４１（図２を参照して後述する）から反射されたレーリー波のデータであるレーリー波データを取得し、取得されたレーリー波データを記憶部１５に供給する。
【００３１】
また、制御部１１は、記憶部１５に記憶されている横波超音波データを読み出し、読み出された横波超音波データに基づいて、音響異方性の方向（図４と図６を参照して後述する）を設定し、設定された音響異方性の方向を記憶部１５に供給する。制御部１１は、記憶１５に記憶されているレーリー波データを読み出し、読み出されたレーリー波データに基づいて、音響異方性に対して所定の角度（例えば、０度や９０度など）の方向の音速度（例えば、音響異方性方向音速度や音響異方性直角方向音速度など）を計算し、計算された音速度のデータである音速度データを記憶部１５に供給する。
【００３２】
さらに、制御部１１は、記憶部１５に記憶されている音速度データを読み出し、読み出された音速度データに基づいて溶接部１８に生じている主応力値を計算し、計算された主応力値のデータである主応力値データを記憶部１５に供給する。制御部１１は、記憶部１５に記憶されている主応力値データを読み出し、読み出された主応力値データを出力部１７に供給する。
【００３３】
モータ駆動制御部１２−１は、制御部１１から供給された、モータ１４−１の駆動を開始するためのモータ駆動開始制御信号に基づいて、モータ１４−１に電力の供給を開始するための電力供給開始制御信号を生成し、モータ駆動部１３−１に供給する。また、モータ駆動制御部１２−１は、モータ１４−１に電力の供給を停止するための電力供給停止制御信号を生成し、モータ駆動部１３−１に供給する。
【００３４】
モータ駆動制御部１２−２は、制御部１１から供給されたモータ１４−２の駆動を開始するためのモータ駆動開始制御信号に基づいて、モータ１４−２に電力の供給を開始するための電力供給開始制御信号を生成し、モータ駆動部１３−２に供給する。また、モータ駆動制御部１２−２は、モータ１４−２に電力の供給を停止するための電力供給停止制御信号を生成し、モータ駆動部１３−２に供給する。
【００３５】
モータ１４−１は、モータ駆動部１３−１から供給された電力を取得し、所定の角度（例えば、１度など）になるように超音波探触子２１を回転させる。モータ１４−２は、モータ駆動部１３−２から供給された電力を取得し、所定の角度（例えば、１０度や３６度など）になるようにレーリー波探触子２２−１乃至２２−３を回転させる。
【００３６】
記憶部１５は、制御部１１を介して超音波探触子２１およびレーリー波探触子２２−１乃至２２−３から供給された横波超音波データおよびレーリー波データを取得し、取得された横波超音波データおよびレーリー波データを記憶する。また、記憶部１５は、制御部１１からの指示に基づいて、記憶されている横波超音波データおよびレーリー波データを読み出し、制御部１１に供給する。記憶部１５は、制御部１１から供給された音響異方性の方向を記憶し、また、制御部１１から供給された音速度データを記憶する。記憶部１５は、制御部１１から供給された主応力値データを記憶する。
【００３７】
入力部１６は、ユーザが各種の指示を出すための種々のキーボード（図示せず）やマウス（図示せず）を有しており、ユーザの操作により各種の指示が出された旨を制御部１に通知する。
【００３８】
出力部１７は、図示せぬLCD(Liquid Crystal Display)や図示せぬCRT(Cathode Ray Tube)、あるいはデータを印刷する印刷部（図示せず）が設けられており、制御部１１を介して記憶部１５から供給された主応力値データを取得し、取得された主応力値データを図示せぬLCD(Liquid Crystal Display)や図示せぬCRT(Cathode Ray Tube)に表示し、あるいは図示せぬ印刷部に出力する。
【００３９】
超音波探触子２１は、先端部分に超音波振動子（図示せず）を有しており、この超音波振動子は、送信時に電気パルスを超音波パルス（送信超音波）に変換し、受信時に被測定物４０から反射された超音波反射信号（受信超音波）を電気信号に変換する。超音波探触子２１は、制御部１１から供給された横波超音波送信制御信号に基づいて、被測定物４０の表面に対して垂直入射型横波超音波を送信するとともに、被測定物４０から反射された垂直入射型横波超音波を受信し、受信された垂直入射型横波超音波に基づき、垂直入射型横波超音波のデータである横波超音波データを制御部１１に供給する。
【００４０】
レーリー波探触子２２−１は、先端部分にレーリー波振動子（図示せず）を有しており、このレーリー波振動子は、送信時に電気パルスをレーリー波パルス（送信レーリー波）に変換し、受信時に被測定物４０から反射されたレーリー波反射信号（受信レーリー波）を電気信号に変換する。レーリー波探触子２２−１は、制御部１１から供給されたレーリー波超音波送信制御信号に基づいて、被測定物４０の表面に対してレーリー波を送信する。
【００４１】
レーリー波探触子２２−２は、先端部分にレーリー波振動子（図示せず）を有しており、このレーリー波振動子は、送信時に電気パルスをレーリー波パルス（送信レーリー波）に変換し、受信時に被測定物４０から反射されたレーリー波反射信号（受信レーリー波）を電気信号に変換する。レーリー波探触子２２−２は、被測定物４０から反射されたレーリー波を受信し、受信されたレーリー波に基づき、レーリー波のデータであるレーリー波データを制御部１１に供給する。
【００４２】
レーリー波探触子２２−３は、先端部分にレーリー波振動子（図示せず）を有しており、このレーリー波振動子は、送信時に電気パルスをレーリー波パルス（送信レーリー波）に変換し、受信時に被測定物４０から反射されたレーリー波反射信号（受信レーリー波）を電気信号に変換する。レーリー波探触子２２−３は、被測定物４０から反射されたレーリー波を受信し、受信されたレーリー波に基づき、レーリー波のデータであるレーリー波データを制御部１１に供給する。
【００４３】
図２は、被測定物に配置した場合の図１の応力測定装置１の断面の構成を表している。
【００４４】
被測定物４０に対して応力測定を行う場合、図２に示されるように、応力測定装置１は、溶接部４１と熱影響部４２からなる被測定物４０の上に、ユーザにより、応力測定を所望する位置（例えば、図２の溶接部４１など）に予め配置される。固定装置３１の中には、先端に超音波探触子２１が接続されているモータ１４−１、および、先端にレーリー波探触子２２−１乃至２２−３を有するケース３２が接続されているモータ１４−２が、所定の位置に固定されている。
【００４５】
なお、レーリー波探触子２２−１乃至２２−３は、モータ１４−２の中心を通る所定の直線状に配置されるように、予めケース３２に接続されている。従って、モータ１４−２を制御部１１の指示に基づいて駆動（回転）させた場合、レーリー波探触子２２−１乃至２２−３は、所定の直線状に配置されるような関係が維持されつつ、所定の回転量で回転される。すなわち、レーリー波探触子２２−１乃至２２−３は、モータ１４−２により所定の角度になるように回転させても、被測定物４０の音響異方性の方向に対して同一の所定の角度を有する方向に、一直線上に配置される。
【００４６】
また、超音波探触子２１も、レーリー波探触子２２−１乃至２２−３が被測定物４０の音響異方性の方向に対して有する所定の角度と同一の角度の方向となるように、予め配置されている。つまり、超音波探触子２１から送信される垂直入射型横波超音波の振動方向（図５を参照して後述する）と、レーリー波探触子２２−１から送信されるレーリー波の伝播方向（図７［A］と図７［B］を参照して後述する）が、常に平行となる。
【００４７】
また、図２の矢印は、超音波探触子２１から送信された垂直入射型横波超音波の伝播方向を示している。垂直入射型横波超音波は、超音波探触子２１から送信されると、下方向に伝播し、被測定物４０に反射され上方向に伝播し、その後、同様に反射を繰り返しながら上下方向に伝播する。
【００４８】
ここで、一般に、圧延材のような音響異方性がある被測定物４０に垂直入射型横波超音波を入射させると、超音波の振動方向が音響異方性の方向に対してどのくらいの角度を有しているか否かにより、超音波の伝播する音速度が若干異なる。
【００４９】
具体的には、超音波の振動方向が音響異方性の方向に対して４５度の角度を有する場合、２つの超音波（入射された垂直入射型横波超音波と、被測定物により反射された垂直入射型横波超音波）の位相が干渉し合い、その結果、うなりが生じる。そして、超音波の振動方向が音響異方性の方向に対して４５度の角度を有しない場合に比べて、超音波のエコーレベルが大きくなったり、小さくなったりする。このような現象を音響複屈折現象という。
【００５０】
従って、この音響複屈折現象を利用すると、被測定物４０に垂直入射型横波超音波を入射させ、受信された垂直入射型横波超音波を解析することで、被測定物４０の音響異方性の方向を測定することが可能となる。
【００５１】
そこで、被測定物４０に対して応力測定を行う場合、まず、被測定物４０の特性の１つである音響異方性を測定するための処理である音響異方性測定処理（図４を参照して後述する）が行われる。その際、図３に示されるように、応力測定装置１は、ユーザにより、応力測定を所望する位置（例えば、図２の溶接部４１など）の近傍に配置される。
【００５２】
図４のフローチャートを参照して、図１の応力測定装置１の音響異方性測定処理について説明する。
【００５３】
ステップＳ１において、制御部１１は、ユーザが入力部１６のキーボード（図示せず）やマウス（図示せず）を操作することにより、音響異方性測定処理を開始するとの指示がなされたか否かを判定し、音響異方性測定処理を開始するとの指示がなされたと判定するまで待機する。
【００５４】
ステップＳ１において音響異方性測定処理を開始するとの指示がなされたと判定された場合、制御部１１はステップＳ２において、音響異方性測定処理を開始するための初期値を設定する。すなわち、制御部１１は、被測定物４０の音響異方性の方向を測定するための基準となる方向（例えば、図２のように応力測定装置１が配置されたときの、直線状に配置されたレーリー波探触子２２−１乃至２２−３の方向。以下、「基準方向」という。）を設定し、モータ１４−１により超音波探触子２１が回転された（図４のステップＳ１３の処理で後述する）回転角度nθの回転角度変数nを０に設定する。
【００５５】
なお、モータ１４−１の１回の回転量（回転角度θ）は、予め所定の角度に設定されており、例えば、モータ１４−１を合計で３６０度回転させると設定された場合、３６０度をn個、例えば１０回に分けた（すなわち、n＝１０）とすると、モータの１回の回転量（回転角度θ）は３６度に設定される。勿論、回転角度変数nをいくつに設定してもよい。
【００５６】
ステップＳ３において、制御部１１は、垂直入射型横波超音波を超音波探触子２１に送信させるための横波超音波送信制御信号を生成し、超音波探触子２１に供給する。ステップＳ４において、超音波探触子２１は、制御部１１から供給された横波超音波送信制御信号に基づいて、被測定物４０に対して垂直入射型横波超音波を送信する。
【００５７】
図５は、応力測定装置１の上から見た場合の、被測定物４０に入射された垂直入射型横波超音波の振動方向を模式的に表している。
【００５８】
図５に示されるように、垂直入射型横波超音波が超音波探触子２１から送信されると、垂直入射型横波超音波は、矢印の方向（左右方向）に振動しながら、紙面に対して垂直下向き方向に被測定物４０内で伝播し始め、その後、紙面に対して垂直上下方向に反射を繰り返して伝播する。
【００５９】
ステップＳ５において、超音波探触子２１は、被測定物４０により反射された垂直入射型横波超音波を受信し、ステップＳ６において超音波探触子２１は、受信された垂直入射型横波超音波のデータである横波超音波データを制御部１１に供給する。制御部１１は、超音波探触子２１から供給された横波超音波データを取得し、取得された横波超音波データを記憶部１５に供給する。
【００６０】
ステップＳ７において、記憶部１５は、制御部１１を介して超音波探触子２１から供給された横波超音波データを取得し、取得された横波超音波データを記憶する。
【００６１】
ステップＳ８において、制御部１１は、回転角度変数nが予め設定されたnの最大値（例えば、３６０度を１０回に分割した場合、nの最大値は１０となる）より小さいか否かを判定する。ステップＳ８において回転角度変数nが予め設定されたnの最大値より小さいと判定された場合、制御部１１はステップＳ９において、現時点での回転角度変数nの値を１だけインクリメントする。
【００６２】
これにより、予め設定されたモータ１４−１の１回の所定の回転量（例えば、３６度など）に基づいて、基準方向に対する各角度において横波超音波データを受信し、記憶することができるとともに、予め設定されたモータ１４−１の合計の回転量（例えば、３６０度など）のうちの各角度における横波超音波データをすべて受信し、記憶することができる。
【００６３】
ステップＳ１０において、制御部１１は、モータ１４−１の駆動を開始するためのモータ駆動開始制御信号を生成し、モータ駆動制御部１２−１に供給する。ステップＳ１１において、モータ駆動制御部１２−１は、制御部１１から供給されたモータ１４−１の駆動を開始するためのモータ駆動開始制御信号に基づいて、モータ１４−１に電力の供給を開始するための電力供給開始制御信号を生成し、モータ駆動部１３−１に供給する。
【００６４】
ステップＳ１２において、モータ駆動部１３−１は、モータ駆動制御部１２−１から供給された電力供給開始制御信号に基づいて、モータ１４−１に電力を供給する。これにより、モータ１４−１は、モータ駆動部１３−１から供給された電力により、所定の角度になるように回転を開始することができるようになる。
【００６５】
ステップＳ１３において、モータ１４−１は、モータ駆動部１３−１から供給された電力により、予め設定された１回の回転角度θの角度量で超音波探触子２１を回転させる。ステップＳ１４において、モータ駆動制御部１２−１は、所定の時間（例えば、数秒など）経過後、モータ駆動部１３−１に電力の供給を停止するための電力供給停止制御信号を生成し、モータ駆動部１３−１に供給する。ステップＳ１５において、モータ駆動部１３−１は、モータ駆動制御部１２−１から供給された電力供給停止制御信号に基づいて、モータ１４−１への電力の供給を停止する。その後、処理はステップＳ３に戻り、ステップＳ３以降の処理が繰り返される。
【００６６】
ステップＳ８において回転角度変数nが予め設定されたnの最大値より小さくないと判定された場合(すなわち、現時点での回転角度変数nが予め設定されたnの最大値であると判定された場合)、制御部１１はステップＳ１６において、記憶部１５に記憶されている横波超音波データを読み出す。
【００６７】
ステップＳ１７において、制御部１１は、記憶部１５から供給された横波超音波データを取得し、取得された横波超音波データに基づいて超音波のエコーレベルが所定の値より小さい部分があるか否かを判定する。すなわち、図４のステップS７の処理により記憶部１５に記憶されている各横波超音波データに基づいて、順次、各データにおいて超音波のエコーレベルが所定の値より小さい部分があるか否かを判定する。
【００６８】
ここで、図６を参照して、音響異方性の方向と垂直入射型横波超音波のエコーレベルとの関係について説明する。
【００６９】
図６［D］、図６［E］、および図６［F］は、応力測定装置１を上から見た場合の、音響異方性の方向に対する垂直入射型横波超音波の振動方向を示しており、図６［A］、図６［B］、および図６［C］は、図６［D］、図６［E］、および図６［F］の場合に対応する垂直入射型横波超音波の波形を示している。図６［G］は、応力測定装置１の正面図を示す簡略図で、被測定物４０上に超音波探触子２１を設置した状態を示す。
【００７０】
図６Dに示されるように、横軸（左から右に向かう方向）は被測定物４０の音響異方性の方向であり、垂直入射型横波超音波はこの音響異方性の方向に対して０度（すなわち、音響異方性の方向そのもの）の角度で振動している。そして、図６［A］に示されるように、被測定物４０の音響異方性の方向に対して０度の振動方向を有する垂直入射型横波超音波の波形では、垂直入射型横波超音波のエコーレベルが絶対値で０．５乃至１．０（V）である。すなわち、垂直入射型横波超音波の振動方向が被測定物４０の音響異方性の方向に対して０度の角度を有する場合、超音波探触子２１から被測定物４０に入射された垂直入射型横波超音波が干渉することなく、うなりが生じないことを示している。
【００７１】
また、図６［E］に示されるように、横軸（左から右に向かう方向）は被測定物４０の音響異方性の方向であり、垂直入射型横波超音波はこの音響異方性の方向に対して４５度（すなわち、音響異方性の方向そのもの）の角度で振動している。そして、図６［B］に示されるように、被測定物４０の音響異方性の方向に対して４５度の振動方向を有する垂直入射型横波超音波の波形では、垂直入射型横波超音波のエコーレベルが一部では絶対値で０．２（V）よりも小さい部分がある。すなわち、垂直入射型横波超音波の振動方向が被測定物４０の音響異方性の方向に対して４５度の角度を有する場合、超音波探触子２１から被測定物４０に入射された垂直入射型横波超音波が干渉し、うなりが生じていることを示している。
【００７２】
勿論、垂直入射型横波超音波の振動方向が被測定物４０の音響異方性の方向に対して４５度の角度を有する場合、超音波探触子２１から被測定物４０に入射された垂直入射型横波超音波が干渉し、うなりが生じていることにより、図６［B］の場合とは反対に、例えば、垂直入射型横波超音波のエコーレベルが一部では絶対値で１．０（V）よりもはるかに大きくなるときもある。
【００７３】
さらに、図６［F］に示されるように、横軸（左から右に向かう方向）は被測定物４０の音響異方性の方向であり、垂直入射型横波超音波はこの音響異方性の方向に対して９０度（すなわち、音響異方性の方向そのもの）の角度で振動している。そして、図６［C］に示されるように、被測定物４０の音響異方性の方向に対して９０度の振動方向を有する垂直入射型横波超音波の波形では、垂直入射型横波超音波のエコーレベルが絶対値で０．５乃至１．０（V）である。すなわち、垂直入射型横波超音波の振動方向が被測定物４０の音響異方性の方向に対して９０度の角度を有する場合、超音波探触子２１から被測定物４０に入射された垂直入射型横波超音波が干渉することなく、うなりが生じないことを示している。
【００７４】
このように、音響複屈折現象により、超音波の振動方向が音響異方性の方向に対して４５度の角度を有する場合、その他の場合に比べて、超音波のエコーレベルが大きくなったり、小さくなったりする。従って、この音響複屈折現象を利用すると、被測定物に垂直入射型横波超音波を入射させ、受信された垂直入射型横波超音波のエコーレベル（例えば、図６［A］乃至［C］に示される波形のエコーレベルなど）を解析することで、被測定物の音響異方性の方向を測定することができる。
【００７５】
ステップＳ１７において超音波のエコーレベルが所定の値より小さい部分があると判定された場合、制御部１１はステップＳ１８において、現在判定をしている横波超音波データにおける、被測定物４０の音響異方性の方向に対する垂直入射型横波超音波の振動方向を４５度の方向と設定する。ステップＳ１９において、制御部１１は、ステップS１８の処理により設定された、被測定物４０の音響異方性の方向に対して４５度の角度を有する垂直入射型横波超音波の振動方向に基づいて、被測定物４０の音響異方性の方向を設定する。すなわち、例えば、被測定物４０の音響異方性の方向に対して４５度の角度を有する垂直入射型横波超音波の振動方向が基準方向に対して１０８度の角度を有している場合、被測定物４０の音響異方性の方向は、基準方向に対して６３度の角度を有する方向である。
【００７６】
一方、ステップＳ１７において超音波のエコーレベルが所定の値より小さい部分がないと判定された場合、制御部１１はステップＳ２０において、超音波のエコーレベルが他の所定のレベル（例えば、図６でのエコーレベルが１．５（V）など）より大きい部分があるか否かを判定する。
【００７７】
ステップＳ２０において超音波のエコーレベルが他の所定のレベルより大きい部分があると判定された場合、処理はステップＳ１８に進む。ステップＳ２０において超音波のエコーレベルが他の所定のレベルより大きくないと判定された場合、制御部１１はステップS２１において、現在判定をしている横波超音波データにおける、被測定物４０の音響異方性の方向に対する垂直入射型横波超音波の振動方向を被測定物４０の音響異方性の方向ではないと設定する。
【００７８】
ステップＳ２２において、制御部１１は、ステップＳ７の処理により予め記憶部１５に記憶されている各横波超音波データのすべてのデータについて被測定物４０の音響異方性の方向であるかを設定したか否かを判定する。ステップＳ２２において各横波超音波データのすべてのデータについて被測定物４０の音響異方性の方向であるかを設定していないと判定された場合、処理はステップＳ１７に戻り、その後ステップＳ１７以降の処理が繰り返される。
【００７９】
ステップＳ２２において各横波超音波データのすべてのデータについて被測定物４０の音響異方性の方向であるかを設定したと判定された場合、制御部１１はステップＳ２３において、図４のステップＳ１９の処理により設定された被測定物４０の音響異方性の方向のデータ（すなわち、被測定物４０の音響異方性の方向の基準方向に対する所定の角度を有する方向のデータ）を記憶部１５に供給する。記憶部１５は、制御部１１から供給された被測定物４０の音響異方性の方向のデータを記憶する。
【００８０】
本発明の第１の実施形態に示された応力測定装置１においては、被測定物４０の音響複屈折現象を利用し、被測定物に垂直入射型横波超音波を入射させ、受信された垂直入射型横波超音波のエコーレベル（例えば、図６［A］乃至［C］に示される波形のエコーレベルなど）を解析するようにしたので、被測定物の音響異方性の方向を測定することができる。
【００８１】
次に、図７［A］に示されるように、被測定物４０（特に、溶接部４１）に生じている主応力値を計算するため、ユーザにより溶接部４１に対して所定の位置になるように応力測定装置１は移動される。その後、応力測定装置１において主応力値計算処理（図８を参照して後述する）が開始される。レーリー波探触子２２−１からレーリー波が送信されると、図７［A］に示されるように、レーリー波は被測定物４０を矢印の方向（左から右への方向）に伝播し、レーリー波探触子２２−２および２２−３にそれぞれ受信される。また、図７［B］に示されるように、応力測定装置１の上から見た場合、レーリー波探触子２２−１からレーリー波が送信されると、レーリー波は被測定物４０を矢印の方向（左から右への方向）に伝播し、レーリー波探触子２２−２および２２−３にそれぞれ受信される。
【００８２】
なお、溶接部４１と熱影響部４２からなる被測定物４０の配管の軸方向は、図７［B］に示されるように、上下方向となっている。
【００８３】
図８のフローチャートを参照して、図１の応力測定装置１の主応力値計算処理について説明する。
【００８４】
ステップＳ３１において、制御部１１は、ユーザが入力部１６のキーボード（図示せず）やマウス（図示せず）を操作することにより、主応力測定処理を開始するとの指示がなされたか否かを判定し、主応力測定処理を開始するとの指示がなされたと判定するまで待機する。
【００８５】
ステップＳ３１において主応力測定処理を開始するとの指示がなされたと判定された場合、応力測定装置１は、音響異方性方向音速度測定処理を実行する。この音響異方性方向音速度測定処理の詳細は、図９のフローチャートに示されている。
【００８６】
図９のフローチャートを参照して、図１の応力測定装置１の音響異方性方向音速度測定処理について説明する。なお、この「音響異方性方向音速度測定処理」に用いられている「音響異方性方向音速度」とは、被測定物４０の音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が０度の角度を有する場合の、レーリー波の伝播速度（音速度）を意味している。
【００８７】
一方、図１０のフローチャートを参照して後述する「音響異方性直角方向音速度測定処理」に用いられる「音響異方性直角方向」とは、被測定物４０の音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が９０度の角度を有する場合の、レーリー波の伝播速度（音速度）を意味している。
【００８８】
ステップＳ４１において、制御部１１は、モータ１４−２の駆動を開始するためのモータ駆動開始制御信号を生成し、モータ駆動制御部１２−２に供給する。ステップＳ４２において、モータ駆動制御部１２−２は、制御部１１から供給されたモータ１４−２の駆動を開始するためのモータ駆動開始制御信号に基づいて、モータ１４−２に電力の供給を開始するための電力供給開始制御信号を生成し、モータ駆動部１３−２に供給する。
【００８９】
ステップＳ４３において、モータ駆動部１３−２は、モータ駆動制御部１２−２から供給された電力供給開始制御信号に基づいて、モータ１４−２に電力を供給する。これにより、モータ１４−２は、モータ駆動部１３−２から供給された電力により、所定の角度になるように回転を開始することができるようになる。
【００９０】
ステップＳ４４において、モータ１４−２は、モータ駆動部１３−２から供給された電力を取得し、所定の角度になるようにレーリー波探触子２２−１乃至２２−３を回転する。ここで、「所定の角度」とは、送信されたレーリー波にうなりが生じないような、音響異方性の方向に対するレーリー波の伝播方向が有する０度であるときの角度であり、この「所定の角度」は予め設定されている。これにより、被測定物４０の音響異方性の方向でレーリー波探触子２２−１からレーリー波を送信することができる。
【００９１】
ステップＳ４５において、制御部１１は、レーリー波をレーリー波探触子２２−１に送信させるためのレーリー波送信制御信号を生成し、レーリー波探触子２２−１に供給する。ステップＳ４６において、図７［B］に示されるように、レーリー波探触子２２−１は、制御部１１から供給されたレーリー波送信制御信号に基づいて、所定の方向（左から右への方向）に被測定物４０の表面に対してレーリー波を送信する。これにより、レーリー波探触子２２−１から送信されたレーリー波は、被測定物４０の表面への伝播を開始する。
【００９２】
ステップＳ４７において、レーリー波探触子２２−２および２２−３は、それぞれ、レーリー波探触子２２−１から被測定物４０を介して送信されたレーリー波を受信する。
【００９３】
ステップＳ４８において、レーリー波探触子２２−２および２２−３は、それぞれ、受信されたレーリー波のデータであるレーリー波データを制御部１１に供給する。制御部１１は、レーリー波探触子２２−２および２２−３から供給されたレーリー波データを記憶部１５に供給する。
【００９４】
ステップＳ４９において、記憶部１５は、制御部１１を介してレーリー波探触子２２−２および２２−３から供給されたレーリー波データを記憶する。
【００９５】
ここで、図７［A］と［B］に示されるように、レーリー波探触子２２−１から送信されたレーリー波を受信するためのレーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３は、所定の間隔で予め設定されている。その結果、レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３がレーリー波探触子２２−１から送信されたレーリー波をそれぞれ受信した場合、多少の時間差（時間の遅れ）が生じる。
【００９６】
ステップＳ５０において、制御部１１は、記憶部１５に記憶されているレーリー波のデータを読み出し、読み出されたレーリー波データに基づいて、レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３にそれぞれ受信されたレーリー波の時間差（時間の遅れ）を計算する。なお、この時間差は、例えば、応力測定装置１内のクロックパルスを用いて計算される。
【００９７】
ステップＳ５１において、制御部１１は、記憶部１５に予め記憶されている、レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３の所定の間隔（距離）を読み出し、読み出されたレーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３の所定の間隔（距離）と、図９のステップS５０の処理により計算された時間差とに基づいて、音響異方性方向音速度を［数１］に従って計算し、計算された音響異方性方向音速度のデータである音響異方性方向音速度データを記憶部１５に供給する。  
［数１］
VR(0)=d/ΔT(0)
ここで、記号VR(0)、d、およびΔT(0)は、音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が０度の角度を有する場合の音速度（伝播速度）、レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３との所定の間隔（距離）、および音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が０度の角度を有する場合の２つのレーリー波探触子（レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３）における受信の時間差を示している。
【００９８】
ステップＳ５２において、記憶部１５は、制御部１１から供給された音響異方性方向音速度データを記憶する。
【００９９】
以上のように、被測定物４０の音響異方性の方向にレーリー波の伝播方向がなるように、例えば、モータ（図１のモータ１４−２など）によりレーリー波探触子（例えば、図１のレーリー波探触子２２−１など）を回転させるようにしたので、被測定物４０の音響異方性の方向にレーリー波の伝播方向がなる場合のレーリー波の音速度を計算することができる。
【０１００】
図８に戻り、ステップＳ３３において、応力測定装置１は、音響異方性直角方向音速度測定処理を実行する。なお、この音響異方性直角方向音速度測定処理の詳細は、図１０のフローチャートに示されている。
【０１０１】
図１０のフローチャートを参照して、図１の応力測定装置１の音響異方性直角方向音速度測定処理について説明する。なお、図１のステップＳ６１乃至Ｓ６３、ステップＳ６５乃至Ｓ７０、およびステップＳ７２の処理は、図９のステップＳ４１乃至４３、ステップＳ４５乃至５０、およびステップＳ５２の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１０２】
ステップＳ６４において、モータ１４−２は、モータ駆動部１３−２から供給された電力に基づいて、所定の角度になるようにレーリー波探触子２２−１乃至２２−３を回転する。ここで、「所定の角度」とは、送信されたレーリー波にうなりが生じないような、音響異方性の方向に対するレーリー波の伝播方向が有する９０度であるときの角度であり、この「所定の角度」は予め設定されている。これにより、被測定物４０の音響異方性の方向に対して９０度の角度を有する方向で、レーリー波探触子２２−１からレーリー波を送信することができる。
【０１０３】
なお、図１１に示されるように、図１０のステップＳ６４の処理により、音響異方性の方向に対して９０度の角度を有する方向になるように、レーリー波探触子２２−１乃至２２−３がモータ１４−２により回転され、配置される。その後、レーリー波探触子２２−１は、制御部１１から供給されたレーリー波送信制御信号に基づいて、所定の方向（下から上への方向）に被測定物４０の表面に対してレーリー波を送信する。これにより、レーリー波探触子２２−１から送信されたレーリー波は、被測定物４０の表面への伝播を開始する。
【０１０４】
ステップＳ７１において、制御部１１は、記憶部１５に予め記憶されている、レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３の所定の間隔（距離）を読み出し、読み出されたレーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３の所定の間隔（距離）と、図１０のステップＳ７０の処理により計算された時間差とに基づいて、音響異方性直角方向音速度を［数２］に従って計算し、計算された音響異方性直角方向音速度のデータである音響異方性直角方向音速度データを記憶部１５に供給する。  
［数２］
VR(９0)=d/ΔT(９0)
ここで、記号VR(９0)、d、およびΔT(９0)は、音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が９０度の角度を有する場合の音速度（伝播速度）、レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３との所定の間隔（距離）、および音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が０度の角度を有する場合の２つのレーリー波探触子（レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３）における受信の時間差を示している。
【０１０５】
以上のように、被測定物４０の音響異方性の方向に対して９０度の角度を有する方向にレーリー波の伝播方向がなるように、例えば、モータ（図１のモータ１４−２など）によりレーリー波探触子（例えば、図１のレーリー波探触子２２−１など）を回転させるようにしたので、被測定物４０の音響異方性の方向に対して９０度の方向にレーリー波の伝播方向がなる場合のレーリー波の音速度を計算することができる。
【０１０６】
図８に戻り、ステップＳ３４において、制御部１１は、記憶部１５に記憶されている音響異方性方向音速度データと音響異方性直角方向音速度データを読み出す。ステップS３５において、制御部１１は、記憶部１５から読み出された音響異方性方向音速度データと音響異方性直角方向音速度データに基づいて、被測定物４０に生じている主応力値を［数３］乃至［数６］に従って計算し、計算された主応力値のデータを記憶部１５に供給する。
【０１０７】
一般に、被測定物４０の音響異方性の方向に対して０度と９０度の角度を有する方向にレーリー波を伝播させた場合、レーリー波の音弾性法則から［数３］と［数４］の式が成り立つ。
【数３】
0004745083.tif 000002
【数４】
0004745083.tif 000003
【０１０８】
ここで、記号VR(0)、VR(９０)、VR0、αR（０）、αR（９０）、CR,、CAR、σX、およびσYは、それぞれ、音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が０度の角度を有する場合の音速度（伝播速度）、音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が９０度の角度を有する場合の音速度（伝播速度）、被測定物４０のレーリー波の音速度（伝播速度）の平均値、音響異方性の方向に対して０度の方向に伝播するレーリー波の音速度（伝播速度）に影響する部材の音響異方性定数、音響異方性の方向に対して９０度の方向に伝播するレーリー波の音速度（伝播速度）に影響する部材の音響異方性定数、音響異方性の方向に対して０度の方向に伝播するレーリー波の音速度（伝播速度）に影響する部材の音弾性定数、音響異方性の方向に対して９０度の方向に伝播するレーリー波の音速度（伝播速度）に影響する部材の音弾性定数、基準方向（X軸）の主応力値、および基準方向と直角（９０度）の方向（Y軸）の主応力値を示している。
【０１０９】
なお、αR（０）、αR（９０）、CR,、およびCARの定数は、被測定物４０に用いられる部材の種類（例えば、炭素鋼やステンレス鋼など）により異なるので、予め引っ張り試験機などを用いて測定しておく。また、VR0についても、予め測定し、計算しておく。
【０１１０】
このレーリー波の音弾性法則を利用し、［数３］と［数４］を用いれば、被測定物４０に生じている主応力値（σXとσY）を求めることができる。主応力値（σXとσY）は、それぞれ、［数５］と［数６］に従って計算することが可能となる。
【数５】
0004745083.tif 000004
【数６】
0004745083.tif 000005
【０１１１】
以上のように、本発明の第１の実施形態に示された応力測定装置１においては、被測定物４０の音響異方性を測定し、その音響異方性の方向のデータに基づいて、音響異方性の方向に対して所定の角度（例えば、０度と９０度など）の方向で超音波（例えば、レーリー波など）を送信するようにしたので、音響異方性による音速度の変化量を予め考慮（分離）することができる。これにより、被測定物４０の表面に伝播するときの音速度を高精度に測定することができる。また、披検査材（例えば、図２の被測定物４０など）に生じている主応力値（σXとσY）自体を分離して計算することができる。従って、計算された主応力値に基づき、被測定物４０の劣化を正確に判定することができる。
【０１１２】
［第２の実施形態］
次に、図１２は、本発明を適用した応力測定装置１の第２の実施形態の内部の構成を表している。なお、図１の構成と対応するものについては、同一の符号を付してあり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１１３】
SH表面波５１−１は、先端部分にSH表面波振動子（図示せず）を有しており、このSH表面波振動子は、送信時に電気パルスをSH表面波パルス（送信SH表面波）に変換し、受信時に被測定物４０から反射されたSH表面波反射信号（受信SH表面波）を電気信号に変換する。SH表面波探触子５１−１は、制御部１１から供給されたSH表面波超音波送信制御信号に基づいて、被測定物４０の表面に対してSH表面波を送信する。
【０１１４】
SH表面波５１−２は、先端部分にSH表面波振動子（図示せず）を有しており、このSH表面波振動子は、送信時に電気パルスをSH表面波パルス（送信SH表面波）に変換し、受信時に被測定物４０から反射されたSH表面波反射信号（受信SH表面波）を電気信号に変換する。SH表面波探触子５１−２は、被測定物４０から反射されたSH表面波を受信し、受信されたSH表面波に基づき、SH表面波のデータであるSH表面波データを制御部１１に供給する。
【０１１５】
SH表面波５１−３は、先端部分にSH表面波振動子（図示せず）を有しており、このSH表面波振動子は、送信時に電気パルスをSH表面波パルス（送信SH表面波）に変換し、受信時に被測定物４０から反射されたSH表面波反射信号（受信SH表面波）を電気信号に変換する。SH表面波探触子５１−３は、被測定物４０から反射されたSH表面波を受信し、受信されたSH表面波に基づき、SH表面波のデータであるSH表面波データを制御部１１に供給する。
【０１１６】
図１３は、被測定物に配置した場合の図１２の応力測定装置１の断面の構成を表している。
【０１１７】
被測定物４０に対して応力測定を行う場合、図１３に示されるように、応力測定装置１は、溶接部４１と熱影響部４２からなる被測定物４０の上に、ユーザにより応力測定を所望する位置（例えば、図１３の溶接部４１など）に予め配置される。固定装置３１の中には、先端に超音波探触子２１が接続されているモータ１４−１、および、先端にレーリー波探触子２２−１乃至２２−３とSH表面波探触子５１−１乃至５１−３を有するケース３２が接続されているモータ１４−２が、所定の位置に固定されている。
【０１１８】
なお、レーリー波探触子２２−１乃至２２−３およびSH表面波探触子５１−１乃至５１−３は、モータ１４−２の中心を通る所定の直線状に配置されるように、予めケース３２に接続されている。従って、モータ１４−２を制御部１１の指示に基づいて駆動（回転）させた場合、レーリー波探触子２２−１乃至２２−３およびSH表面波探触子５１−１乃至５１−３は、所定の直線状に配置されるような関係が維持されつつ、所定の回転量で回転される。レーリー波探触子２２−１乃至２２−３は、モータ１４−２により所定の角度になるように回転させても、被測定物４０の音響異方性の方向に対して同一の所定の角度を有する方向に、一直線上に配置される。
【０１１９】
また、超音波探触子２１も、レーリー波探触子２２−１乃至２２−３およびSH表面波探触子５１−１乃至５１−３が被測定物４０の音響異方性の方向に対して有する所定の角度と同一の角度の方向となるように、予め配置されている。つまり、超音波探触子２１から送信される垂直入射型横波超音波の振動方向（図５）と、レーリー波探触子２２−１から送信されるレーリー波の伝播方向（図１６と図１８を参照して後述する）が、常に平行となる。
【０１２０】
また、図１３の矢印は、SH表面波探触子５１−１から送信されたSH表面波の伝播方向を示している。SH表面波は、SH表面波探触子５１−１から送信されると、左から右方向に被測定物４０の表面を伝播する。
【０１２１】
なお、本発明を適用した応力測定装置１の第２の実施形態における音響異方性測定処理は、本発明を適用した応力測定装置１の第１の実施形態における音響異方性測定処理（例えば、図４のステップＳ１乃至Ｓ２３の処理など）と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１２２】
図１４を参照して、図１２の応力測定装置１の主応力値計算処理を説明する。なお、図１４のステップＳ８１およびステップＳ８７乃至Ｓ８９の処理は、図８のステップＳ３１およびステップＳ３７乃至３９の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１２３】
ステップＳ８１において主応力測定処理を開始するとの指示がなされたと判定された場合、応力測定装置１は、音響異方性方向音速度測定処理を実行する。この音響異方性方向音速度測定処理の詳細は、図１５のフローチャートに示されている。
【０１２４】
図１５のフローチャートを参照して、図１２の応力測定装置１の音響異方性方向音速度測定処理について説明する。なお、図１５のステップＳ９１乃至Ｓ９４、およびステップＳ１００乃至Ｓ１０２の処理は、図９のステップＳ４１乃至Ｓ４４、およびステップＳ５０乃至Ｓ５２の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１２５】
ステップＳ９５において、制御部１１は、SH表面波をSH表面波探触子５１−１に送信させるためのSH表面波送信制御信号を生成し、SH表面波探触子５１−１に供給する。ステップＳ９６において、図１６に示されるように、SH表面波探触子５１−１は、制御部１１から供給されたSH表面波送信制御信号に基づいて、所定の方向（左から右への方向）に被測定物４０の表面に対してSH表面波を送信する。これにより、SH表面波探触子５１−１から送信されたSH表面波は、被測定物４０の表面への伝播を開始する。
【０１２６】
ステップＳ９７において、SH表面波探触子５１−２および５１−３は、それぞれ、SH表面波探触子５１−１から被測定物４０を介して送信されたSH表面波を受信する。
【０１２７】
ステップＳ９８において、SH表面波探触子５１−２および５１−３は、それぞれ、受信されたSH表面波のデータであるSH表面波データを制御部１１に供給する。制御部１１は、SH表面波探触子５１−２および５１−３から供給されたSH表面波データを記憶部１５に供給する。
【０１２８】
ステップＳ９９において、記憶部１５は、制御部１１を介してSH表面波探触子５１−２および５１−３から供給されたSH表面波データを記憶する。
【０１２９】
なお、図１５のステップＳ１０１における音響異方性方向音速度計算処理においては、図９のステップＳ５１における音響異方性方向音速度計算処理と同様に行われる。すなわち、制御部１１は、記憶部１５に予め記憶されている、SH表面波探触子５１−２とSH表面波探触子５１−３の所定の間隔（距離）を読み出し、読み出されたSH表面波探触子５１−２とSH表面波探触子５１−３の所定の間隔（距離）と、図１５のステップＳ１００の処理により計算された時間差とに基づいて、音響異方性方向音速度を［数７］に従って計算し、計算された音響異方性方向音速度のデータである音響異方性方向音速度データを記憶部１５に供給する。  
［数７］
Vxy=d/ΔTxy
ここで、記号Vxy、d、およびΔTxyは、音響異方性の方向に対してSH表面波の伝播方向が０度の角度を有する場合の音速度（伝播速度）、SH表面波探触子５１−２とSH表面波探触子５１−３との所定の間隔（距離）、および音響異方性の方向に対してSH表面波の伝播方向が０度の角度を有する場合の２つのSH表面波探触子（SH表面波探触子５１−２とSH表面波探触子５１−３）における受信の時間差を示している。
【０１３０】
以上のように、被測定物４０の音響異方性の方向にSH表面波の伝播方向がなるように、例えば、モータ（図１２のモータ１４−２など）によりSH表面波探触子（例えば、図１２のSH表面波探触子２２−１など）を回転させるようにしたので、被測定物４０の音響異方性の方向にSH表面波の伝播方向がなる場合のSH表面波の音速度（音響異方性方向音速度）を計算することができる。
【０１３１】
図１４に戻り、ステップＳ８３において、図１２の応力測定装置１は、音響異方性直角方向音速度測定処理を実行する。なお、この音響異方性直角方向音速度測定処理の詳細は、図１７のフローチャートに示されている。
【０１３２】
図１７のフローチャートを参照して、図１２の応力測定装置１の音響異方性直角方向音速度測定処理について説明する。なお、図１７のステップＳ１１１乃至Ｓ１１３、およびステップＳ１２０乃至Ｓ１２２の処理は、図１０のステップＳ６１乃至Ｓ６３、およびステップＳ７０乃至Ｓ７２の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１３３】
ステップＳ１１４において、モータ１４−２は、モータ駆動部１３−２から供給された電力に基づいて、所定の角度になるようにSH表面波探触子５１−１乃至５１−３を回転する。ここで、「所定の角度」とは、送信されたSH表面波にうなりが生じないような、音響異方性の方向に対するSH表面波の伝播方向が有する９０度であるときの角度であり、この「所定の角度」は予め設定されている。これにより、被測定物４０の音響異方性の方向に対して９０度の角度を有する方向で、SH表面波探触子５１−１からSH表面波を送信することができる。
【０１３４】
ステップＳ１１５において、制御部１１は、SH表面波をSH表面波探触子５１−１に送信させるためのSH表面波送信制御信号を生成し、SH表面波探触子５１−１に供給する。ステップＳ１１６において、図１８に示されるように、SH表面波探触子５１−１は、制御部１１から供給されたSH表面波送信制御信号に基づいて、所定の方向（下から上への方向）に被測定物４０の表面に対してSH表面波を送信する。これにより、SH表面波探触子５１−１から送信されたSH表面波は、被測定物４０の表面への伝播を開始する。
【０１３５】
ステップＳ１１７において、SH表面波探触子５１−２および５１−３は、それぞれ、SH表面波探触子５１−１から被測定物４０を介して送信されたSH表面波を受信する。
【０１３６】
ステップＳ１１８において、SH表面波探触子５１−２および５１−３は、それぞれ、受信されたSH表面波のデータであるSH表面波データを制御部１１に供給する。制御部１１は、SH表面波探触子５１−２および５１−３から供給されたSH表面波データを記憶部１５に供給する。
【０１３７】
ステップＳ１１９において、記憶部１５は、制御部１１を介してSH表面波探触子５１−２および５１−３から供給されたSH表面波データを記憶する。
【０１３８】
なお、図１７のステップＳ１２１における音響異方性直角方向音速度計算処理においては、図１０のステップＳ７１における音響異方性直角方向音速度計算処理と同様に行われる。すなわち、制御部１１は、記憶部１５に予め記憶されている、SH表面波探触子５１−２とSH表面波探触子５１−３の所定の間隔（距離）を読み出し、読み出されたSH表面波探触子５１−２とSH表面波探触子５１−３の所定の間隔（距離）と、図１７のステップＳ１２０の処理により計算された時間差とに基づいて、音響異方性方向音速度を［数８］に従って計算し、計算された音響異方性直角方向音速度のデータである音響異方性直角方向音速度データを記憶部１５に供給する。  
［数８］
Vyx=d/ΔTyx
ここで、記号Vyx、d、およびΔTyxは、音響異方性の方向に対してSH表面波の伝播方向が９０度の角度を有する場合の音速度（伝播速度）、SH表面波探触子５１−２とSH表面波探触子５１−３との所定の間隔（距離）、および音響異方性の方向に対してSH表面波の伝播方向が９０度の角度を有する場合の２つのSH表面波探触子（SH表面波探触子５１−２とSH表面波探触子５１−３）における受信の時間差を示している。
【０１３９】
以上のように、被測定物４０の音響異方性の方向に対して９０度の角度を有する方向にSH表面波の伝播方向がなるように、例えば、モータ（図１２のモータ１４−２など）によりSH表面波探触子（例えば、図１２のSH表面波探触子５１−１など）を回転させるようにしたので、被測定物４０の音響異方性の方向に対して９０度の角度を有する方向にSH表面波の伝播方向がなる場合のSH表面波の音速度（音響異方性直角方向音速度）を計算することができる。
【０１４０】
図１４に戻り、ステップＳ８４において、応力測定装置１は、音響異方性４５度方向音速度測定処理を実行する。なお、この音響異方性４５度方向音速度測定処理の詳細は、図１９のフローチャートに示されている。
【０１４１】
図１９を参照して、図１２の応力測定装置１の音響異方性４５度方向音速度測定処理を説明する。なお、図１９のステップＳ１３１乃至Ｓ１３３、およびステップＳ１３５乃至Ｓ１３９の処理は、基本的には、図９のステップＳ４１乃至Ｓ４３、およびステップＳ４５乃至Ｓ４９の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１４２】
また、この「音響異方性４５度方向音速度測定処理」に用いられている「音響異方性５度方向音速度」とは、被測定物４０の音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が４５度の角度を有する場合の、レーリー波の伝播速度（音速度）を意味している。
【０１４３】
ステップＳ１３４において、モータ１４−２は、モータ駆動部１３−２から供給された電力に基づいて、所定の角度になるようにレーリー波探触子２２−１乃至２２−３を回転する。ここで、「所定の角度」とは、送信されたレーリー波にうなりが生じる音響異方性の方向に対するレーリー波の伝播方向が有する４５度であるときの角度であり、この「所定の角度」は予め設定されている。これにより、被測定物４０の音響異方性の方向に対して４５度の角度を有する方向でレーリー波探触子２２−１からレーリー波を送信することができる。
【０１４４】
ステップＳ１４１において、制御部１１は、記憶部１５に予め記憶されている、レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３の所定の間隔（距離）を読み出し、読み出されたレーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３の所定の間隔（距離）と、図１９のステップＳ１４０の処理により計算された時間差とに基づいて、音響異方性４５度方向音速度を［数９］に従って計算し、計算された音響異方性４５度方向音速度のデータである音響異方性４５度方向音速度データを記憶部１５に供給する。  
［数９］
VR(４５)=d/ΔT(４５)
ここで、記号VR(４５)、d、およびΔT(４５)は、音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が４５度の角度を有する場合の音速度（伝播速度）、レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３との所定の間隔（距離）、および音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が４５度の角度を有する場合の２つのレーリー波探触子（レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３）における受信の時間差を示している。
【０１４５】
ステップＳ１４２において、記憶部１５は、制御部１１から供給された音響異方性４５度方向音速度のデータを記憶する。
【０１４６】
以上のように、被測定物４０の音響異方性の方向に対して４５度の角度を有する方向にレーリー波の伝播方向がなるように、例えば、モータ（図１２のモータ１４−２など）によりレーリー波探触子（例えば、図１２のレーリー波探触子２２−１など）を回転させるようにしたので、被測定物４０の音響異方性の方向に対して４５度の方向にレーリー波の伝播方向がなる場合のレーリー波の音速度を計算することができる。
【０１４７】
図１４に戻り、ステップＳ８５において、制御部１１は、記憶部１５に記憶されている音響異方性方向音速度データ、音響異方性直角方向音速度データ、および音響異方性４５度方向音速度データを読み出す。ステップＳ８６において、制御部１１は、読み出された音響異方性方向音速度データ、音響異方性直角方向音速度データ、および音響異方性４５度方向音速度データに基づいて、被測定物４０に生じている主応力値を計算し、計算された主応力値のデータである主応力値データを記憶部１５に供給する。
【０１４８】
一般に、被測定物４０の音響異方性の方向に対して０度と９０度の角度を有する方向にSH表面波を伝播させた場合、［数１０］に従って被測定物４０に生じている主応力値の差Aを計算することができる。
【数１０】
0004745083.tif 000006
【０１４９】
ここで、記号Vxy、Vyx、CA、σX、およびσYは、それぞれ、音響異方性の方向に対してSH表面波の伝播方向が０度の角度を有する場合の音速度（伝播速度）、音響異方性の方向に対してSH表面波の伝播方向が９０度の角度を有する場合の音速度（伝播速度）、音響異方性の方向に対して９０度の方向に伝播するSH表面波の音速度（伝播速度）に影響する部材の音弾性定数、基準方向（X軸）の主応力値、および基準方向と直角（９０度）の方向（Y軸）の主応力値を示している。
【０１５０】
なお、CAの定数は、［数１１］に従って予め求めることができる。
【数１１】
0004745083.tif 000007
【０１５１】
ここで、記号ρおよびVSは、被測定物４０を構成する部材の密度、および被測定物４０を超音波が伝播する平均の音速度を示している。
【０１５２】
また、一般に、被測定物４０の音響異方性の方向に対して４５度の角度を有する方向にレーリー波を伝播させた場合、レーリー波の音弾性法則から［数１２］の式が成り立つ。
【数１２】
0004745083.tif 000008
【０１５３】
ここで、記号VR(４５)、VR0、αR（４５）、CR,、σX、およびσYは、それぞれ、音響異方性の方向に対してレーリー波の伝播方向が４５度の角度を有する場合の音速度（伝播速度）、被測定物４０のレーリー波の音速度（伝播速度）の平均値、音響異方性の方向に対して４５度の方向に伝播するレーリー波の音速度（伝播速度）に影響する部材の音響異方性定数、音響異方性の方向に対して０度の方向に伝播するレーリー波の音速度（伝播速度）に影響する部材の音弾性定数、基準方向（X軸）の主応力値、および基準方向と直角（９０度）の方向（Y軸）の主応力値を示している。
【０１５４】
なお、αR（４５）およびCR,の定数は、被測定物４０に用いられる部材の種類（例えば、炭素鋼やステンレス鋼など）により異なるので、予め引っ張り試験機などを用いて測定しておく。また、VR0についても、予め測定し、計算しておく。
【０１５５】
このレーリー波の音弾性法則を利用し、［数１０］と［数１２］を用いれば、被測定物４０に生じている主応力値（σXとσY）を求めることができる。この主応力値（σXとσY）は、それぞれ、［数１３］と［数１４］に従って計算することが可能となる。
【数１３】
0004745083.tif 000009
【数１４】
0004745083.tif 000010
【０１５６】
本発明の第２の実施形態に示された応力測定装置１においては、被測定物４０の音響異方性を測定し、その音響異方性の方向のデータに基づいて、音響異方性の方向に対して所定の角度（例えば、０度、４５度、および９０度など）の方向で超音波（例えば、レーリー波やSH表面波など）を送信するようにしたので、音響異方性による音速度の変化量を予め考慮（分離）することができる。これにより、被測定物４０の表面に伝播するときの音速度を高精度に測定することができる。また、披検査材（例えば、図１３の被測定物４０など）に生じている主応力値（σXとσY）自体を分離して計算することができる。従って、計算された主応力値に基づき、被測定物４０の劣化を正確に判定することができる。
【０１５７】
なお、本発明の第１および第２の実施形態に示された応力測定装置１においては、図２を参照して説明した音響複屈折現象を利用し、被測定物４０に垂直入射型横波超音波を入射させ、受信された垂直入射型横波超音波を解析することで、被測定物４０の音響異方性の方向を測定するようにしているが、例えば、レーリー波やSH表面波を用いても、被測定物４０の音響異方性を測定することができる。
【０１５８】
具体的には、レーリー波やSH表面波の音速度は、被測定物４０に残留応力が生じていない場合であっても、被測定物４０の音響異方性に対するレーリー波やSH表面波の伝播方向によって微小に変化することが知られている。例えば、引っ張り試験機などにより被測定物４０に応力を加えた場合と加えない場合の、SH表面波の伝播方向と音速度との関係を示す実験結果が、図２０と図２１に示されている。
【０１５９】
図２０を参照して、SH表面波の伝播方向と音速度との関係を示す実験結果を説明する。
【０１６０】
図２０の実線５５は、引っ張り機などにより被測定物４０に４８メガパスカルの応力をかけた（すなわち、４８メガパスカルで引っ張った）場合の、SH表面波の伝播方向に対応する音速度を示しており、図２０の実線５６は、引っ張り機などにより被測定物４０に何ら応力をかけない場合の、SH表面波の伝播方向に対応する音速度を示している。図２０に示されるように、被測定物４０に４８メガパスカルの応力をかけた場合と、引っ張り機などにより被測定物４０に何ら応力をかけない場合とを比較すると、応力をかけた場合に音速度が大きくなっている。
【０１６１】
また、図２０に示されるように、被測定物４０の音響異方性の方向に対するSH表面波の伝播方向により、SH表面波の音速度が多少なりとも異なっている。
【０１６２】
図２１を参照して、レーリー波の伝播方向と音速度との関係を示す実験結果を説明する。
【０１６３】
図２１の実線５７は、引っ張り機などにより被測定物４０に−４６メガパスカルの応力をかけた（すなわち、４６メガパスカルで押した）場合の、レーリー波の伝播方向に対応する音速度を示しており、図２１の実線５８は、引っ張り機などにより被測定物４０に何ら応力をかけない場合の、レーリー波の伝播方向に対応する音速度を示しており、図２１の実線５９は、被測定物４０に４６メガパスカルの応力をかけた（すなわち、４６メガパスカルで引っ張った）場合の、レーリー波の伝播方向に対応する音速度を示している。図２１に示されるように、３つの場合を比較すると、応力をかけた場合において音速度が大きくなったり、小さくなったりしている。
【０１６４】
また、図２１に示されるように、被測定物４０の音響異方性の方向に対するレーリー波の伝播方向により、レーリー波の音速度が多少なりとも異なっている。
【０１６５】
従って、この現象を利用すれば、レーリー波またはSH表面波の音速度を測定し、解析することにより、被測定物４０の音響異方性を測定することができる。
【０１６６】
図２２を参照して、本発明の第１の実施形態に示された応力測定装置１（図１）における、この現象を利用した他の音響異方性測定処理を説明する。なお、図２２のステップＳ１５１、ステップＳ１５２、およびステップＳ１６１乃至Ｓ１６８の処理は、図４のステップＳ１、ステップＳ２、およびステップＳ８乃至Ｓ１５の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。また、図２２のステップＳ１５３乃至Ｓ１６０の処理は、図９のステップＳ４５乃至Ｓ５２の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１６７】
ステップＳ１６１において回転角度変数nが予め設定されたnの最大値より小さくないと判定された場合（すなわち、現時点での回転角度変数nが予め設定されたnの最大値であると判定された場合)、制御部１１はステップＳ１６９において、記憶部１５に記憶されている音速度データ（基準方向に対して予め設定された各角度におけるレーリー波の音速度のデータ）を読み出す。
【０１６８】
ステップＳ１７０において、制御部１１は、記憶部１５から読み出された音速度データに基づいて、読み出された音速度が最小値であるか否かを判定する。すなわち、図２２のステップＳ１６０の処理により記憶部１５に記憶されている各音速度データに基づいて、順次、すでに読み出された各音速度の中で最小値であるか否かを判定する。
【０１６９】
ステップＳ１７０において読み出された音速度が最小値であると判定された場合、制御部１１はステップＳ１７１において、被測定物４０の音響異方性の方向を設定する。すなわち、現時点において判定している音速度の、基準方向に対して有する角度の方向を被測定物４０の音響異方性の方向であると設定する。また、すでに判定した音速度データのうち、基準方向に対して有する所定の角度の方向が被測定物４０の音響異方性の方向であると設定されている場合、現時点において判定している音速度の、基準方向に対して有する角度の方向を被測定物４０の音響異方性の方向であると更新する。
【０１７０】
一方、ステップＳ１７０において読み出された音速度が最小値ではないと判定された場合、制御部１１はステップＳ１７２において、現時点において判定している音速度の、基準方向に対して有する角度の方向を、被測定物４０の音響異方性の方向ではないと設定する。
【０１７１】
ステップＳ１７３において、制御部１１は、ステップＳ１６０の処理により予め記憶部１５に記憶されている各音速度データのすべてのデータについて被測定物４０の音響異方性の方向であるかを設定したか否かを判定する。ステップＳ１７３において各音速度データのすべてのデータについて被測定物４０の音響異方性の方向であるかを設定していないと判定された場合、処理はステップＳ１７０に戻り、その後ステップＳ１７０以降の処理が繰り返される。
【０１７２】
ステップＳ１７３において音速度データのすべてのデータについて被測定物４０の音響異方性の方向であるかを設定したと判定された場合、制御部１１はステップＳ１７４において、図２２のステップＳ１７１の処理により設定された被測定物４０の音響異方性の方向のデータ（すなわち、被測定物４０の音響異方性の方向の基準方向に対する角度）を記憶部１５に供給する。記憶部１５は、制御部１１から供給された被測定物４０の音響異方性の方向のデータを記憶する。
【０１７３】
なお、以上においては、レーリー波を用いるようにしたが、SH表面波を用いて音速度を測定し、計算することにより、その音速度に基づいて被測定物４０の音響異方性を測定するようにしてもよい。また、読み出された音速度が最大値であると判定された場合、被測定物４０の音響異方性の方向を設定するようにしてもよい。
【０１７４】
以上のように、本発明の第１の実施形態に示された応力測定装置１においては、被測定物に超音波（例えば、レーリー波やSH表面波など）を伝播させ、その音速度を測定し、解析するようにしたので、被測定物の音響異方性の方向を測定することができる。
【０１７５】
ところで、本発明の第１の実施形態と第２の実施形態に示された応力測定装置１においては、制御部１１が２つの探触子（例えば、図７［A］のレーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３など）における受信の時間差を計算するようにしているが、この時間差をより精度よく測定（計算）するため、例えば、シングアラウンド法やエコーオーバーラップ法などをさらに用いて計算するようにしてもよい。
【０１７６】
［第３の実施形態］
以下に、シングアラウンド法を用いた本発明の第３の実施形態について説明する。
【０１７７】
図２３は、本発明を適用した応力測定装置１の第３の実施形態の内部の構成を表している。なお、図１の構成と対応するものについては、同一の符号を付してあり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１７８】
タイマ６１−１は、レーリー波探触子２２−２から供給されたレーリー波のデータを取得し、取得されたレーリー波のデータに基づいてエコーを切り出し、切り出されたエコーを矩形パルスに変換する。またタイマ６１−１は、変換された矩形パルスに基づいて、遅延パルスを発生させ、発生された遅延パルスと送信パルスとの時間間隔を測定し、測定された時間間隔を制御部１１に供給する。
【０１７９】
タイマ６１−２は、レーリー波探触子２２−３から供給されたレーリー波のデータを取得し、取得されたレーリー波のデータに基づいてエコーを切り出し、切り出されたエコーを矩形パルスに変換する。またタイマ６１−２は、変換された矩形パルスに基づいて、遅延パルスを発生させ、発生された遅延パルスと送信パルスとの時間間隔を測定し、測定された時間間隔を制御部１１に供給する。
【０１８０】
図２４は、図２３のタイマ６１−１の詳細な構成を表している。
【０１８１】
タイマ６１−１は、ゲート回路部７１−１、波形整形回路部７２−１、遅延回路部７３−１、およびカウンタ７４−１により構成されている。
【０１８２】
ゲート回路部７１−１は、レーリー波探触子２２−２から供給されたレーリー波のデータに基づいて、レーリー波のエコーを切り出し、切り出されたレーリー波のエコーを波形回路部７２−１に供給する。波形回路部７２−１は、ゲート回路部７１−１から供給された、切り出されたレーリー波のエコーを矩形パルスに変換し、変換された矩形パルスを遅延回路部７３−１に供給する。遅延回路部７３−１は、波形整形回路部７２−１から供給された矩形パルスに基づいて、遅延パルスを発生させ、発生された遅延パルスをカウンタ７４−１と制御部１１に供給する。カウンタ７４−１は、遅延回路部７３−１から供給された遅延パルスと、レーリー波探触子２２−２から送信された送信パルスとの時間間隔を測定し、測定された時間間隔のデータを制御部１１に供給する。制御部１１は、遅延回路部７３−１から供給された遅延パルスに基づいて、予め設定された所定の回数（例えば、１００００回など）を繰り返したか否かを判定する。
【０１８３】
図２５は、図２３のタイマ６１−２の詳細な構成を表している。
【０１８４】
タイマ６１−２は、ゲート回路部７１−２、波形整形回路部７２−２、遅延回路部７３−２、およびカウンタ７４−２により構成されている。
【０１８５】
ゲート回路部７１−２は、レーリー波探触子２２−３から供給されたレーリー波のデータに基づいて、レーリー波のエコーを切り出し、切り出されたレーリー波のエコーを波形回路部７２−２に供給する。波形回路部７２−２は、ゲート回路部７１−２から供給された、切り出されたレーリー波のエコーを矩形パルスに変換し、変換された矩形パルスを遅延回路部７３−２に供給する。遅延回路部７３−２は、波形整形回路部７２−２から供給された矩形パルスに基づいて、遅延パルスを発生させ、発生された遅延パルスをカウンタ７４−２と制御部１１に供給する。カウンタ７４−２は、遅延回路部７３−２から供給された遅延パルスと、レーリー波探触子２２−３から送信された送信パルスとの時間間隔を測定し、測定された時間間隔のデータを制御部１１に供給する。制御部１１は、遅延回路部７３−２から供給された遅延パルスに基づいて、予め設定された所定の回数（例えば、１００００回など）を繰り返したか否かを判定する。
【０１８６】
図２６のフローチャートを参照して、図２３の応力測定装置１の主応力計算処理について説明する。なお、図２６のステップＳ１８１、およびステップＳ１８４乃至Ｓ１８８の処理は、図８のステップＳ３１、およびステップＳ３４乃至Ｓ３８の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１８７】
ステップＳ１８２において、応力測定装置１は、音響異方性方向音速度測定処理を実行する。なお、この音響異方性方向音速度測定処理の詳細は、図２７のフローチャートに示されている。
【０１８８】
図２７のフローチャートを参照して、図２３の応力測定装置１の音響異方性方向音速度測定処理について説明する。なお、図２７のステップＳ１９１乃至Ｓ１９４、ステップＳ１９６乃至Ｓ２００、ステップＳ２１０、およびステップＳ２１１の処理は、図９のステップＳ４１乃至Ｓ４９、ステップＳ５１、およびステップＳ５２の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０１８９】
ステップＳ１９５において、制御部１１は、音響異方性方向音速度測定処理を開始するための初期値を設定する。すなわち、後述するステップＳ１９６乃至Ｓ２０５における遅延パルスと送信パルスとの時間間隔の処理を、予め設定された所定の回数（例えば、１００００回など）繰り返すために、回数変数ｍの初期値を０に設定する。
【０１９０】
ステップＳ２０１において、ゲート回路部７１−１は、図２８に示されるように、レーリー波探触子２２−２から供給されたレーリー波のデータに基づいて、レーリー波のエコーを切り出し、切り出されたレーリー波のエコーを波形回路部７２−１に供給する。また、ゲート回路部７１−２は、図２８に示されるように、レーリー波探触子２２−３から供給されたレーリー波のデータに基づいて、レーリー波のエコーを切り出し、切り出されたレーリー波のエコーを波形回路部７２−２に供給する。
【０１９１】
ここで、レーリー波探触子２２−２を使用して測定する時間間隔は、レーリー波探触子２２−１からレーリー波探触子２２−２の間の伝播時間TP1（秒）であり、一方、レーリー波探触子２２−３を使用して測定する時間間隔は、レーリー波探触子２２−１からレーリー波探触子２２−３の間の伝播時間TP2（秒）である。
【０１９２】
ステップＳ２０２において、波形回路部７２−１は、図２８に示されるように、ゲート回路部７１−１から供給された、切り出されたレーリー波のエコーを矩形パルスに変換し、変換された矩形パルスを遅延回路部７３−１に供給する。波形回路部７２−２は、図２８に示されるように、ゲート回路部７１−２から供給された、切り出されたレーリー波のエコーを矩形パルスに変換し、変換された矩形パルスを遅延回路部７３−２に供給する。
【０１９３】
ステップＳ２０３において、遅延回路部７３−１は、波形整形回路部７２−１から供給された矩形パルスに基づいて、TP1＋TD（秒）という時間遅延の遅延パルスを発生させ、発生された遅延パルスをカウンタ７４−１と制御部１１に供給する。遅延回路部７３−２は、波形整形回路部７２−２から供給された矩形パルスに基づいて、TP2＋TD（秒）という時間遅延の遅延パルスを発生させ、発生された遅延パルスをカウンタ７４−２と制御部１１に供給する。
【０１９４】
ステップＳ２０４において、カウンタ７４−１は、遅延回路部７３−１から供給された遅延パルスと、レーリー波探触子２２−２から送信された送信パルスとの時間間隔（例えば、TP1＋TD（秒）など）を測定し、測定された時間間隔のデータを制御部１１に供給する。制御部１１は、遅延回路部７３−１から供給された時間間隔のデータを取得し、取得された時間間隔（例えば、TP1＋TD（秒）など）のデータである時間間隔データを記憶部１５に供給する。また、カウンタ７４−２は、遅延回路部７３−２から供給された遅延パルスと、レーリー波探触子２２−３から送信された送信パルスとの時間間隔（例えば、TP2＋TD（秒）など）を測定し、測定された時間間隔のデータを制御部１１に供給する。制御部１１は、遅延回路部７３−２から供給された時間間隔のデータを取得し、取得された時間間隔（例えば、TP2＋TD（秒）など）のデータである時間間隔データを記憶部１５に供給する。
【０１９５】
ステップＳ２０５において、記憶部１５は、制御部１１を介して遅延回路部７３−１と遅延回路部７３−２から供給された時間間隔データを取得し、取得された時間間隔データを記憶する。
【０１９６】
ステップＳ２０６において、制御部１１は、遅延回路部７３−１と遅延回路部７３−２から供給された遅延パルスに基づいて、予め設定された所定の回数（例えば、１００００回など）を繰り返したか否かを判定する。
【０１９７】
ステップＳ２０６において予め設定された所定の回数（例えば、１００００回など）を繰り返していないと判定された場合、制御部１１はステップＳ２０７において、回数変数ｍを１だけインクリメントする。その後、処理はステップＳ１９６に戻り、ステップＳ１９６以降の処理が繰り返される。これにより、ステップＳ１９６乃至ステップＳ２０５の処理を所定の回数（例えば、１００００回など）繰り返すことができる。すなわち、例えば、所定の回数が１００００回である場合、記憶部１５には、１００００×（TP1＋TD）（秒）と１００００×（TP2＋TD）（秒）のパルスが記憶される。
【０１９８】
ステップＳ２０６において予め設定された所定の回数（例えば、１００００回など）を繰り返したと判定された場合、制御部１１はステップＳ２０８において、記憶部１５に記憶されているカウンタ７４−１とカウンタ７４−２で測定された時間間隔（例えば、１００００×（TP1＋TD）（秒）と１００００×（TP2＋TD）（秒）など）をそれぞれ読み出す。
【０１９９】
ステップＳ２０９において、制御部１１は、読み出された２つの時間間隔（例えば、１００００×（TP1＋TD）（秒）と１００００×（TP2＋TD）（秒）の時間間隔）の差を計算する。すなわち、制御部１１は、読み出された２つの時間間隔（例えば、１００００×（TP1＋TD）（秒）と１００００×（TP2＋TD）（秒）の時間間隔）の差を計算することで、［数１５］で与えられる値を計算することができる。  
［数１５］
１００００×（TP1−TP2）
従って、読み出された２つの時間間隔の差を計算し、［数１５］で与えられる値を１００００で除することで、レーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３の時間差（TP1−TP2）を計算することができる。
【０２００】
ここで、上述したタイマ（例えば、図２３のタイマ６１−１とタイマ６１−２など）を用いない場合、TP＝５μsec、クロックパルスの周期を１０nsecとすると、測定精度は、２×１０−３（０．０１/５から求められる）となる。一方、上述したタイマ（例えば、図２３のタイマ６１−１とタイマ６１−２など）を用いた場合、１００００回の測定結果を周期１０nsecのクロックパルスで測定すると、測定精度は、２×１０−７（０．０１/５００００から求められる）となる。従って、２つの測定精度を比較すると、２×１０−３と２×１０−７であり、上述したタイマ（例えば、図２３のタイマ６１−１とタイマ６１−２など）を用いた場合、１万倍測定精度が向上する。これにより、被測定物に伝播させた超音波（例えば、レーリー波やSH表面波など）の音速度（例えば、音響異方性方向音速度と音響異方性直角方向音速度など）を測定する場合、その音速度を高精度に測定し、計算することができる。
【０２０１】
なお、本発明の第３の実施形態に示された応力測定装置１においては、２つの探触子（例えば、図７［A］のレーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３など）における受信の時間差を、シングアラウンド法をさらに用いることにより計算するようにしているが、例えば、エコーオーバーラップ法や時間波高変換器（TAC、Time to Amplitude Converter）などを用いて計算するようにしてもよい。
【０２０２】
このエコーオーバーラップ法をさらに用いて時間差を計算する場合、２つの探触子（例えば、図７［A］のレーリー波探触子２２−２とレーリー波探触子２２−３など）において受信されたレーリー波を、例えば、オシロスコープの遅延掃引機能を利用して、一方の受信波形の時間を少しずらしながら重ね合わせ、２つのレーリー波が重なった時にずらした時間を読み取るようにすることで時間差を測定し、計算する
また、時間波高変換器（TAC、Time to Amplitude Converter）をさらに用いて時間差を計算する場合、１nsec以下の精度で時間差を測定し、計算することができる。
【０２０３】
図２６に戻り、ステップＳ１８３において、応力測定装置１は、音響異方性直角方向音速度測定処理を実行する。なお、この音響異方性直角方向音速度測定処理の詳細は、図２９のフローチャートに示されている。
【０２０４】
図２９のフローチャートを参照して、図２３の応力測定装置１の音響異方性直角方向音速度測定処理について説明する。なお、図２９のステップＳ２２１乃至Ｓ２４１の処理は、図２７のステップＳ１９１乃至Ｓ２１１の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
【０２０５】
なお、本発明の第１乃至第３の実施形態に示された応力測定装置１においては、超音波の音速度を測定する場合、送信用超音波探触子（例えば、図１、図１２、および図２３のSH表面波探触子２２−１や、図１２のSH表面探触子５１−１など）により超音波（SH表面波やSH表面波など）を送信し、受信用超音波探触子（例えば、図１、図１２、および図２３のSH表面波探触子２２−２とSH表面波探触子２２−３や、図１２のSH表面探触子５１−２とSH表面波探触子５１−３など）により受信するようにしているが、例えば、レーザ光源を用いて送受信するようにしてもよい。
【０２０６】
また、本発明の第１乃至第３の実施形態に示された応力測定装置１では、超音波探触子（例えば、図１、図１２、および図２３の超音波探触子２１など）やレーリー波探触子（例えば、図１、図１２、図２３のレーリー波探触子２２−１乃至２２−３など）などを回転させるためのモータとして、それぞれ、モータ１４−１とモータ１４−２を設けるようにしたが、勿論、１つのモータで回転させるようにしてもよい。
【０２０７】
さらに、本発明の第１乃至第３の実施形態に示された応力測定装置１では、音響異方性測定処理において、予め所定の角度で回転させ、合計で１回転（３６０度）させるようにしているが、例えば、２回転や３回転させるようにしてもよい。
【０２０８】
なお、本発明は、いかなる超音波についても適用することができる。
【０２０９】
本発明は、原子力発電所の炉内構造物や配管などの部材の残留応力を測定するための応力測定装置などに適用することができる。
【０２１０】
なお、本発明の実施形態では、フローチャートのステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０２１１】
【図１】本発明を適用した応力測定装置の第１の実施形態の内部の構成を示すブロック図。
【図２】被測定物に配置した場合の図１の応力測定装置の断面の構成例を示す図。
【図３】図４の音響異方性測定処理を行う場合の、被測定物に配置した図１の応力測定装置の断面の構成例を示す図。
【図４】図１の応力測定装置における音響異方性測定処理を説明するフローチャート。
【図５】図１の応力測定装置の上から見た場合の、被測定物に入射された垂直入射型横波超音波の振動方向を模式的に示す図。
【図６】被測定物の音響異方性の方向と垂直入射型横波超音波のエコーレベルとの関係について説明する図。
【図７】図８の主応力値計算処理を行う場合の、被測定物に配置した図１の応力測定装置の断面の構成例を示す図。
【図８】図１の応力測定装置における主応力値計算処理を説明するためのフローチャート。
【図９】図８のステップＳ３２における音響異方性方向音速度測定処理を説明するフローチャート。
【図１０】図８のステップＳ３３における音響異方性直角方向音速度測定処理を説明するフローチャート。
【図１１】図８のステップＳ３３における音響異方性直角方向音速度測定処理を行う場合の、超音波の伝播方向を示す図。
【図１２】本発明を適用した応力測定装置の第２の実施形態の内部の構成を示すブロック図。
【図１３】図１４の主応力値計算処理を行う場合の、被測定物に配置した図１２の応力測定装置の断面の構成例を示す図。
【図１４】図１２の応力測定装置における主応力値計算処理を説明するためのフローチャート。
【図１５】図１４のステップＳ８２における音響異方性方向音速度測定処理を説明するフローチャート。
【図１６】図１４のステップＳ８２における音響異方性方向音速度測定処理を行う場合の、超音波の伝播方向を示す図。
【図１７】図１４のステップＳ８３における音響異方性直角方向音速度測定処理を説明するフローチャート。
【図１８】図１４のステップＳ８３における音響異方性直角方向音速度測定処理を行う場合の、超音波の伝播方向を示す図。
【図１９】図１４のステップＳ８４における音響異方性４５度方向音速度測定処理を説明するフローチャート。
【図２０】SH表面波の伝播方向と音速度との関係を示す実験結果を示す図。
【図２１】レーリー波の伝播方向と音速度との関係を示す実験結果を示す図。
【図２２】図１および図１２の応力測定装置における他の音響異方性測定処理を説明するフローチャート。
【図２３】本発明を適用した応力測定装置の第３の実施形態の内部の構成を示すブロック図。
【図２４】図２３のタイマの内部の構成を示すブロック図。
【図２５】図２３のタイマの内部の構成を示すブロック図。
【図２６】図２３の応力測定装置の主応力値計算処理を説明するフローチャート。
【図２７】図２６のステップＳ１８２における音響異方性方向音速度測定処理を説明するフローチャート。
【図２８】図２３のタイマにおける時間間隔の測定処理を説明する図。
【図２９】図２６のステップＳ１８３における音響異方性方向音速度測定処理を説明するフローチャート。
【符号の説明】
【０２１２】
１  応力測定装置
１１  制御部
１２−１乃至１２−２  モータ駆動制御部
１３−１乃至１３−２  モータ駆動部
１４−１乃至１４−２  モータ
１５  記憶部
１６  入力部
１７  出力部
２１  超音波探触子
２２−１乃至２２−３  レーリー波探触子
３１  固定装置
３２  ケース
４０  被測定物
４１  溶接部
４２  熱影響部
５１−１乃至５１−３  SH表面波
６１−１乃至６１−２  タイマ
７１−１乃至７１−２  ゲート回路部
７２−１乃至７２−２  波形整形回路部
７３−１乃至７３−２  遅延回路部
７４−１乃至７４−２  カウンタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004745083.tif 000013
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004745083.tif 000020
【図１１】
0004745083.tif 000021
【図１２】
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【図１３】
0004745083.tif 000023
【図１４】
0004745083.tif 000024
【図１５】
0004745083.tif 000025
【図１６】
0004745083.tif 000026
【図１７】
0004745083.tif 000027
【図１８】
0004745083.tif 000028
【図１９】
0004745083.tif 000029
【図２０】
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【図２１】
0004745083.tif 000031
【図２２】
0004745083.tif 000032
【図２３】
0004745083.tif 000033
【図２４】
0004745083.tif 000034
【図２５】
0004745083.tif 000035
【図２６】
0004745083.tif 000036
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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