(57)【要約】      （修正有）【課題】複数個の近接した亀裂を分離して、それぞれの亀裂深さを精度良く測定することができる、亀裂深さの測定方法測定手法および亀裂深さの測定装置を得る。【解決手段】亀裂深さの測定装置１００は、弾性材料９の表面８から垂直方向に超音波を送信する縦波垂直探触子１と、縦波垂直探触子１と所定の間隔を設けて配置され、縦波垂直探触子１が送信した超音波を受信する縦波表面波探触子２とを有する。受信した超音波のうち弾性材料９の表面８に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ０）と、受信した超音波のうち表面亀裂１０ａの表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ１）との時間差（△Ｔ）を測定し、ｄ＝ａ・（△Ｔ・Ｖ）／２）＋ｂ  、ここで△Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０、ａおよびｂは定数、Ｖは弾性材料９中を伝播する超音波の伝搬速度、なる式より表面亀裂の深さ（ｄ）を演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性材料中に存在する表面亀裂の亀裂深さの測定方法であって、
前記弾性材料の表面に沿って水平方向および表面から内部に向って垂直方向に、超音波を送信する工程と、
前記送信された超音波を受信する工程と、
前記受信した超音波のうち、前記弾性材料の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ０）と、前記受信した超音波のうち、前記表面亀裂の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ１）との時間差（△Ｔ）を、測定する工程と、
前記測定した時間差（△Ｔ）に基づいて、次式より表面亀裂の深さ（ｄ）を演算する工程と、
ｄ＝ａ・（△Ｔ・Ｖ）／２）＋ｂ
ここで、△Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０、ａおよびｂは定数、Ｖは弾性材料中を伝播する超音波の伝搬速度、
を有することを特徴とする亀裂深さの測定方法。
【請求項２】
弾性材料中に存在する表面亀裂の亀裂深さの測定方法であって、
前記弾性材料の表面に沿って水平方向および表面から内部に向って斜め方向に、超音波を送信する工程と、
前記送信された超音波を受信する工程と、
前記受信した超音波のうち、前記弾性材料の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ０）と、前記受信した超音波のうち、前記表面亀裂の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ１）との時間差（△Ｔ）を、測定する工程と、
前記測定した時間差（△Ｔ）に基づいて、次式より表面亀裂の深さ（ｄ）を演算する工程と、
ｄ＝ａ・（△Ｔ・Ｖ）／２）＋ｂ
ここで、△Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０、ａおよびｂは定数、Ｖは弾性材料中を伝播する超音波の伝搬速度、
を有することを特徴とする亀裂深さの測定方法。
【請求項３】
弾性材料中に存在する表面亀裂の亀裂深さの測定装置であって、
前記弾性材料の表面に当接されて超音波を送信する縦波垂直探触子と、
該縦波垂直探触子と所定の間隔を設けて配置され、前記縦波垂直探触子が送信した超音波を受信する縦波表面波探触子と、を有することを特徴とする亀裂深さの測定装置。
【請求項４】
前記縦波表面波探触子が受信した超音波のうち、前記弾性材料の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ０）と、前記受信した超音波のうち、前記表面亀裂の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ１）との時間差（△Ｔ）を測定すると共に、測定した時間差（△Ｔ）に基づいて、次式より表面亀裂の深さ（ｄ）を演算する演算手段と、
ｄ＝ａ・（△Ｔ・Ｖ）／２）＋ｂ  
ここで、△Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０、ａおよびｂは定数、Ｖは弾性材料中を伝播する超音波の伝搬速度、
を有することを特徴とする請求項３記載の亀裂深さの測定装置。
【請求項５】
弾性材料中に存在する表面亀裂の亀裂深さの測定装置であって、
前記弾性材料の表面に当接されて超音波を送信する縦波表面波探触子と、
該縦波表面波探触子と所定の間隔を設けて配置され、前記縦波表面波探触子が送信した超音波を受信する縦波垂直探触子と、を有することを特徴とする亀裂深さの測定装置。
【請求項６】
前記縦波垂直探触子が受信した超音波のうち、前記弾性材料の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ０）と、前記受信した超音波のうち、前記表面亀裂の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ１）との時間差（△Ｔ）を測定すると共に、測定した時間差（△Ｔ）に基づいて、次式より表面亀裂の深さ（ｄ）を演算する演算手段と、
ｄ＝ａ・（△Ｔ・Ｖ）／２）＋ｂ  、
ここで△Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０、ａおよびｂは定数、Ｖは弾性材料中を伝播する超音波の伝搬速度、
を有することを特徴とする請求項５記載の亀裂深さの測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は亀裂深さの測定方法および亀裂深さの測定装置、特に、表面亀裂に対して超音波を用いた亀裂深さの測定方法および亀裂深さの測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄鋼材料やコンクリート材に発生した表面亀裂の表面からの深さの測定方法として、超音波を利用した方法が知られている。該方法は、送信および受信に表面波や斜角波を用い、送信側探触子から送信された超音波を受信側探触子で受信し、表面を直接伝播した超音波の到達時間（伝搬時間）と、亀裂先端で回折した回折波の到達時間（伝搬時間）との時間差から亀裂深さを算出している。
【０００３】
たとえば、送信および受信の一対の超音波探触子において、送信側探触子に斜角波または表面ＳＨ波を用い、受信側探触子に垂直探触子を用いるものがある（図６参照）。このとき、受信側探触子は亀裂先端エコーが裏面で反射する波をとらえ、亀裂が無い場合の反射波との時間差から亀裂深さを測定するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、亀裂を挟んでその両端に一対の探触子を配置したものがある（図７参照）。このとき、探触子間距離を異ならせて、探触子間に伝搬させる超音波の伝搬時間を測定して亀裂深さを測定する手法である（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−０５１９０９号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】特開２００３−１０６８３０号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１および２に開示された発明には以下の問題があった。すなわち、表面亀裂の形態として、単独に１個の亀裂がある場合は少なく、深さ、長さ、方向が異なる複数の亀裂が近接して存在する場合が多い。特に表面亀裂が近接して存在する場合、入射波として斜角波や表面波を用いるから、測定対象の亀裂位置から亀裂深さに応じた探触子間距離が必要であり、この探触子間距離の内側に亀裂が存在すると、この亀裂が障害となり、測定対象の亀裂深さを測定出来なくなる。
【０００６】
本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、複数個の亀裂が近接している場合であっても、かかる亀裂を分離してその亀裂深さを精度良く測定することができる、亀裂深さの測定方法および亀裂深さの測定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の亀裂深さの測定方法は、弾性材料中に存在する表面亀裂の亀裂深さの測定方法であって、
前記弾性材料の表面に沿って水平方向および表面から内部に向って垂直方向に、超音波を送信する工程と、
前記送信された超音波を受信する工程と、
前記受信した超音波のうち、前記弾性材料の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ０）と、前記受信した超音波のうち、前記表面亀裂の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ１）との時間差（△Ｔ）を、測定する工程と、
前記測定した時間差（△Ｔ）に基づいて、次式より表面亀裂の深さ（ｄ）を演算する工程と、
ｄ＝ａ・（△Ｔ・Ｖ）／２）＋ｂ
ここで、△Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０、ａおよびｂは定数、Ｖは弾性材料中を伝播する超音波の伝搬速度、を有することを特徴とする。
【０００８】
（２）また、本発明の亀裂深さの測定方法は、弾性材料中に存在する表面亀裂の亀裂深さの測定方法であって、
前記弾性材料の表面に沿って水平方向および表面から内部に向って斜め方向に、超音波を送信する工程と、
前記送信された超音波を受信する工程と、
前記受信した超音波のうち、前記弾性材料の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ０）と、前記受信した超音波のうち、前記表面亀裂の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ１）との時間差（△Ｔ）を、測定する工程と、
前記測定した時間差（△Ｔ）に基づいて、次式より表面亀裂の深さ（ｄ）を演算する工程と、
ｄ＝ａ・（△Ｔ・Ｖ）／２）＋ｂ
ここで、△Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０、ａおよびｂは定数、Ｖは弾性材料中を伝播する超音波の伝搬速度、を有することを特徴とする。
【０００９】
（３）さらに、本発明の亀裂深さの測定装置は、弾性材料中に存在する表面亀裂の亀裂深さの測定装置であって、
前記弾性材料の表面に当接されて超音波を送信する縦波垂直探触子と、
該縦波垂直探触子と所定の間隔を設けて配置され、前記縦波垂直探触子が送信した超音波を受信する縦波表面波探触子と、を有することを特徴とする。
（４）また、前記縦波表面波探触子が受信した超音波のうち、前記弾性材料の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ０）と、前記受信した超音波のうち、前記表面亀裂の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ１）との時間差（△Ｔ）を測定すると共に、測定した時間差（△Ｔ）に基づいて、次式より表面亀裂の深さ（ｄ）を演算する演算手段と、
ｄ＝ａ・（△Ｔ・Ｖ）／２）＋ｂ  
ここで、△Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０、ａおよびｂは定数、Ｖは弾性材料中を伝播する超音波の伝搬速度、を有することを特徴とする。
【００１０】
（５）さらに、本発明の亀裂深さの測定装置は、弾性材料中に存在する表面亀裂の亀裂深さの測定装置であって、
前記弾性材料の表面に当接されて超音波を送信する縦波表面波探触子と、
該縦波表面波探触子と所定の間隔を設けて配置され、前記縦波表面波探触子が送信した超音波を受信する縦波垂直探触子と、を有することを特徴とする亀裂深さの測定装置。
（６）また、前記縦波垂直探触子が受信した超音波のうち、前記弾性材料の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ０）と、前記受信した超音波のうち、前記表面亀裂の表面に沿って伝播して到達した超音波の到達時間（Ｔ１）との時間差（△Ｔ）を測定すると共に、測定した時間差（△Ｔ）に基づいて、次式より表面亀裂の深さ（ｄ）を演算する演算手段と、
ｄ＝ａ・（△Ｔ・Ｖ）／２）＋ｂ  、
ここで△Ｔ＝Ｔ１−Ｔ０、ａおよびｂは定数、Ｖは弾性材料中を伝播する超音波の伝搬速度、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
（ｉ）したがって、本発明の亀裂深さの測定方法は、垂直探触子によって亀裂の深さ方向の面にほぼ平行に超音波を送信すると、亀裂の存在する箇所においては、亀裂の面に沿って表面波が発生し、この表面波は亀裂の先端部を迂回して伝搬するため、この表面波を受信側の表面波探触子で受信し、亀裂の存在しない箇所においては、探傷面（表面）を伝搬した超音波を受信側の表面波探触子に受信し、両者の受信した到達時間（伝播時間に同じ）の時間差から、亀裂深さを求める演算することができる。このとき、亀裂の面に沿って表面波が発生し、該表面波の伝播を測定するから、複数の亀裂が近接して存在しても、近接する亀裂に影響されないで特定の亀裂についてその深さを測定することができる。
【００１２】
（ｉｉ）また、本発明の亀裂深さの測定方法は、表面波探触子によって亀裂の深さ方向の面に斜めに超音波を送信すると、亀裂の存在する箇所においては、亀裂の面に沿って表面波が発生し、この表面波は亀裂の先端部を迂回して伝搬するため、この表面波を受信側の垂直探触子で受信し、亀裂の存在しない箇所においては、探傷面（表面）を伝搬した超音波を受信側の垂直探触子に受信し、両者の受信した到達時間（伝播時間に同じ）の時間差から、亀裂深さを求める演算することができる。このとき、亀裂の面に沿って表面波が発生し、該表面波の伝播を測定するから、複数の亀裂が近接して存在しても、近接する亀裂に影響されないで特定の亀裂についてその深さを測定することができる。
【００１３】
（ｉｉｉ）さらに、本発明の亀裂深さの測定装置は、超音波を送信する縦波垂直探触子と、前記縦波垂直探触子が送信した超音波を受信する縦波表面波探触子とを有し、縦波垂直探触子から送信された超音波が、亀裂の存在する箇所においては、亀裂の面に沿った表面波を発生させ、この表面波が亀裂の先端部を迂回して伝搬し、該表面波を縦波表面波探触子が受信するため、複数の亀裂が近接して存在しても、近接する亀裂に影響されないで特定の亀裂についてその深さを測定することができる。
【００１４】
（ｉｖ）また、本発明の亀裂深さの測定装置は、超音波を送信する縦波表面波探触子と、前記縦波表面波探触子が送信した超音波を受信する縦波垂直探触子とを有し、縦波表面波探触子から送信された超音波が、亀裂の存在する箇所においては、亀裂の面に沿った表面波を発生させ、この表面波が亀裂の先端部を迂回して伝搬し、該表面波を縦波垂直探触子が受信するため、複数の亀裂が近接して存在しても、近接する亀裂に影響されないで特定の亀裂についてその深さを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［実施形態１：亀裂深さの測定装置］
図１は本発明の実施形態１に係る亀裂深さの測定装置を模式的に示す装置構成図である。図１において、亀裂深さの測定装置（以下「測定装置」と称す）１００は、送信用探触子１、受信用探触子２、送信用探触子１および受信用探触子２の測定情報が入力される図示しない演算手段とを有している。なお、図１において、測定情報を入力するためのケーブルの記載を省略している。そして、測定装置１００の送信用探触子１および受信用探触子２は、近接して配置され、それぞれ材料９（たとえば、鉄鋼材料）の表面（以下「探傷面」と称す）８に当接している。
このとき、送信用探触子１から送信された超音波は、表面亀裂１０ａが存在する場合には、表面亀裂１０ａの深さ方向の面にほぼ平行に送信されるから、亀裂の面に沿って表面波が発生し、この表面波は表面亀裂１０ａの先端部を迂回して伝搬する亀裂面超音波３となり、表面亀裂１０ａが存在しない場合には、探傷面８を伝播する探傷面超音波４となる。
【００１６】
そうすると、亀裂面超音波３と探傷面超音波４とでは、伝播する経路長さが相違するから、それぞれの到達時間（伝播時間）の時間差を測定することによって、表面亀裂１０ａの深さを演算することができる（これについては別途詳細に説明する）。このとき、亀裂面超音波３は、亀裂の面に沿って伝播するものであるから、複数個の表面亀裂が近接して存在する場合であっても、送信用探触子１および受信用探触子２が、特定の表面亀裂を跨いで近接する限り、周囲の表面亀裂の存在に影響されることなく、該表面亀裂の深さを測定することができる。
なお、図１において、送信用探触子１として縦波垂直探触子を、受信用探触子２として縦波表波探触子を、それぞれ使用するものを示しているが、これに替えて、送信用探触子１として縦波表波探触子を、受信用探触子２として縦波垂直探触子を、それぞれ使用しても、同様の作用効果が得られるものである。
【００１７】
［実施形態２：亀裂深さの測定方法］
前述のように、亀裂面超音波３と探傷面超音波４とでは、伝播する経路長さが相違するから、亀裂が存在しない場合に受信される探傷面超音波４の伝搬時間Ｔ０とし、亀裂が存在する場合に受信される亀裂面超音波３の伝搬時間Ｔ１とし、その時間差ΔＴを測定する。
そうすると、亀裂深さｄは、材料９中を伝播する超音波の伝搬速度Ｖとして、次式によって算出する。
ｄ＝ａ・Ｘ（ΔＴ・Ｖ）／２＋ｂ
ここで、ａおよびｂは、探触子間隔や亀裂形状などによって決定される係数である。
すなわち、亀裂面超音波３は、亀裂の面に沿って伝播するものであるから、複数個の表面亀裂が近接して存在する場合であっても、送信用探触子１および受信用探触子２が、特定の表面亀裂を跨いで近接する限り、周囲の表面亀裂の存在に影響されることなく、該表面亀裂の深さを測定することができる。
【００１８】
［実施例］
図２および図３は本発明の実施形態１に係る亀裂深さの測定装置を用いた実施例を模式的に示す、図２の（ａ）は亀甲状の表面亀裂（亀甲割れ）が存在する実施例を示す平面図、図２の（ｂ）は軸垂直面に発生する横表面亀裂（横割れ）が存在する実施例を示す平面図、図３は側断面図である。
図２は、ボイラ伝熱管（材質はＳＴＢ３４０、外径３８．１ｍｍ、肉厚５．１ｍｍ）に発生する代表的な表面亀裂の形態であって、亀甲割れおよび横割れ共、複数個の表面亀裂が近接して発生している。
【００１９】
図３において、表面亀裂１０を挟んで送信用探触子１と受信用探触子２を配置し、送信用探触子１には、複数個の表面亀裂１０の間隔より小さい２ｍｍの径の縦波垂直探触子を用い、受信用探触子２には、縦波表面波探触子を用いている。
なお、前述のように、送信用探触子１に縦波表面波探触子を用い、受信用探触子２に縦波垂直探触子を用いてもよい。
【００２０】
図４は本発明の実施形態１に係る亀裂深さの測定装置によって測定された探傷波形の例であって、（ａ）は表面亀裂が存在しない場合、（ｂ）は表面亀裂が存在する場合である。図４の（ａ）において、探傷面超音波４は横軸の位置「Ａ」において到着しているのに対し、図４の（ｂ）において、亀裂面超音波３は横軸の位置「Ｂ」において到着している。すなわち、前述のように、超音波の伝搬速度Ｖを別途求めておけば、位置「Ａ」と位置「Ｂ」とのズレから、表面亀裂の深さを演算することができる。なお、肉厚が一定であるから、底面エコーは同じ位置「Ｃ」において到達している。
【００２１】
図５は前記実施例における亀裂深さの測定結果（測定値）と、実測した亀裂深さ（実測値）との関係を示す相関図である。材料９中の縦波音速を５９００ｍ／ｓとしている。図５より、本発明による亀裂深さ測定装置は、実際の亀裂深さを０．５ｍｍの精度で測定可能であることが示される。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上のように本発明の亀裂深さの測定方法および亀裂深さの測定装置は、複数個の表面亀裂が近接して存在する場合であっても、周囲の表面亀裂の存在に影響されることなく、特定の表面亀裂の深さを測定することができるから、材料そのものに発生する表面亀裂の深さに限定されることなく、装置の部品、機械、船舶や建築等の構造物等に発生する表面亀裂の深さを測定することができるため、これらの初期品質または経年品質の保証手段として、また、保全手段として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態１に係る亀裂深さの測定装置を模式的に示す装置構成図。
【図２】図１に示す測定装置を用いた実施例を模式的に示す平面図（亀甲割れ）。
【図３】図１に示す測定装置を用いた実施例を模式的に示す平面図（横割れ）。
【図４】図１に示す測定装置を用いた実施例を模式的に示す側断面図。
【図５】実施例における亀裂深さの測定値と、実測値との関係を示す相関図。
【図６】特許文献１に開示された超音波探傷方法を説明する図。
【図７】特許文献２に開示された弾性材料の長さの測定方法を説明する図。
【符号の説明】
【００２４】
１ 送信用探触子
２ 受信用探触子
３ 亀裂面超音波
４ 探傷面超音波
５ 肉厚
８ 探傷面
９ 材料
１０ 表面亀裂
１００ 測定装置
Ｔ１ 伝搬時間
Ｔ０ 伝搬時間
△Ｔ 時間差
Ｖ 伝搬速度
ｄ 亀裂深さ
【図１】
2007271407.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007271407.tif 000007
【図６】
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【図７】
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