(57)【要約】【課題】被計測物に存在する欠陥部のサイズを定量的に計測できるようにする。【解決手段】被計測物２００の所定位置に配設された電磁超音波センサ１１０と、被計測物２００に対して電磁超音波センサ１１０から超音波３００ａを送信する制御を行う送信制御部１４１と、電磁超音波センサ１１０から送信されて欠陥部２００ａで反射した反射超音波３００ｂ、及び、磁気ノイズ（バルクハウゼンノイズ）を電磁超音波センサ１１０で受信する制御を行う受信制御部１４２と、受信した磁気ノイズに基づいて被計測物２００の結晶粒径を算出する結晶粒径算出部１４３と、算出された結晶粒径及び反射超音波３００ｂに基づいて、欠陥部２００ａのサイズを算出する欠陥サイズ算出部１４５を具備するようにする。【選択図】図４
2009068915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を用いて被計測物に存在する欠陥部を計測する欠陥計測装置であって、
前記被計測物の表面の所定位置に対向させて配設され、交流磁場を印加しながら超音波の送受信を行う電磁超音波センサと、
前記被計測物に対して前記電磁超音波センサから超音波を送信する制御を行う送信制御手段と、
前記電磁超音波センサから送信されて前記欠陥部で反射した反射超音波、及び、前記被計測物内に発生したバルクハウゼンノイズを前記電磁超音波センサで受信する制御を行う受信制御手段と、
前記電磁超音波センサにより受信したバルクハウゼンノイズに基づいて前記被計測物の結晶粒径を算出する結晶粒径算出手段と、
前記結晶粒径算出手段で算出された結晶粒径、及び、前記反射超音波に基づいて、前記欠陥部のサイズを算出する欠陥サイズ算出手段と
を有することを特徴とする欠陥計測装置。
【請求項２】
前記受信制御手段は、前記電磁超音波センサにおいて、前記反射超音波と前記バルクハウゼンノイズとを異なるタイミングで前記交流磁場に同期して受信する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の欠陥計測装置。
【請求項３】
前記電磁超音波センサは、コア部と当該コア部を励磁するための励磁コイルとを備えて構成される電磁石と、前記励磁コイルに供給される交流電流の位相に応じて、前記超音波の送信及び前記反射超音波の受信、並びに、前記バルクハウゼンノイズの受信を行うセンサコイルとを含み構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥計測装置。
【請求項４】
前記送信制御手段は、前記励磁コイルに供給される交流電流の極大値に相当する位相を含む位相範囲である極大値含有位相範囲において、前記センサコイルから前記超音波を送信する制御を行い、
前記受信制御手段は、前記極大値含有位相範囲において、前記センサコイルで前記反射超音波を受信する制御を行うと共に、前記極大値含有位相範囲の間の位相範囲において、前記センサコイルで前記バルクハウゼンノイズを受信する制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の欠陥計測装置。
【請求項５】
擬似欠陥部が形成された基準物に係る基準データを記憶する記憶手段を更に有し、
前記欠陥サイズ算出手段は、前記結晶粒径算出手段で算出された結晶粒径、及び、前記反射超音波に加えて、前記基準データを用いて、前記欠陥部のサイズを算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の欠陥計測装置。
【請求項６】
前記電磁超音波センサから送信される超音波は、ＳＨ波であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の欠陥計測装置。
【請求項７】
被計測物の表面の所定位置に対向させて配設され、交流磁場を印加しながら超音波の送受信を行う電磁超音波センサを備え、前記被計測物に存在する欠陥部を計測する欠陥計測装置による欠陥計測方法であって、
前記被計測物に対して前記電磁超音波センサから超音波を送信する制御を行う送信制御ステップと、
前記電磁超音波センサから送信されて前記欠陥部で反射した反射超音波、及び、前記被計測物内に発生したバルクハウゼンノイズを前記電磁超音波センサで受信する制御を行う受信制御ステップと、
前記電磁超音波センサにより受信したバルクハウゼンノイズに基づいて前記被計測物の結晶粒径を算出する結晶粒径算出ステップと、
前記結晶粒径算出ステップで算出された結晶粒径、及び、前記反射超音波に基づいて、前記欠陥部のサイズを算出する欠陥サイズ算出ステップと
を有することを特徴とする欠陥計測方法。
【請求項８】
前記受信制御ステップでは、前記電磁超音波センサにおいて、前記反射超音波と前記バルクハウゼンノイズとを異なるタイミングで前記交流磁場に同期して受信する制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の欠陥計測方法。
【請求項９】
前記電磁超音波センサは、コア部と当該コア部を励磁するための励磁コイルとを備えて構成される電磁石と、前記励磁コイルに供給される交流電流の位相に応じて、前記超音波の送信及び前記反射超音波の受信、並びに、前記バルクハウゼンノイズの受信を行うセンサコイルとを含み構成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の欠陥計測方法。
【請求項１０】
前記送信制御ステップでは、前記励磁コイルに供給される交流電流の極大値に相当する位相を含む位相範囲である極大値含有位相範囲において、前記センサコイルから前記超音波を送信する制御を行い、
前記受信制御ステップでは、前記極大値含有位相範囲において、前記センサコイルで前記反射超音波を受信する制御を行うと共に、前記極大値含有位相範囲の間の位相範囲において、前記センサコイルで前記バルクハウゼンノイズを受信する制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の欠陥計測方法。
【請求項１１】
前記欠陥計測装置は、擬似欠陥部が形成された基準物に係る基準データを記憶する記憶手段を更に備えており、
前記欠陥サイズ算出ステップでは、前記結晶粒径算出ステップで算出された結晶粒径、及び、前記反射超音波に加えて、前記基準データを用いて、前記欠陥部のサイズを算出することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の欠陥計測方法。
【請求項１２】
前記電磁超音波センサから送信される超音波は、ＳＨ波であることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の欠陥計測方法。
【請求項１３】
被計測物の表面の所定位置に対向させて配設され、交流磁場を印加しながら超音波の送受信を行う電磁超音波センサを備え、前記被計測物に存在する欠陥部を計測する欠陥計測装置による欠陥計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記被計測物に対して前記電磁超音波センサから超音波を送信する制御を行う送信制御ステップと、
前記電磁超音波センサから送信されて前記欠陥部で反射した反射超音波、及び、前記被計測物内に発生したバルクハウゼンノイズを前記電磁超音波センサで受信する制御を行う受信制御ステップと、
前記電磁超音波センサにより受信したバルクハウゼンノイズに基づいて前記被計測物の結晶粒径を算出する結晶粒径算出ステップと、
前記結晶粒径算出ステップで算出された結晶粒径、及び、前記反射超音波に基づいて、前記欠陥部のサイズを算出する欠陥サイズ算出ステップと
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプログラムを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、被計測物に存在する欠陥部を計測する欠陥計測装置、欠陥計測方法、当該欠陥計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、並びに、当該プログラムを記憶した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】
従来から、例えば配管や鋼板などの大型の被計測物に存在する介在物等の欠陥部の検出方法として、超音波を用いた超音波探傷方法が提案されている。この際、被計測物に対する超音波の送受信を行う超音波センサが用いられる。通常の超音波センサを用いた超音波探傷方法では、接触媒体を用いて超音波センサを被計測物に密着させる必要があり、特に大型の被計測物を計測する場合には、作業性が非常に悪くなる。そこで、従来、接触媒体を用いることなく非接触で計測を行える電磁超音波（ＥＭＡＴ）センサを用いた超音波探傷方法が提案されている（例えば、下記の特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２１４６８６号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９８６８号公報
【非特許文献１】伊藤勇一、「バルクハウゼンノイズの材料評価への適用」、豊田中央研究所 Ｒ＆Ｄ レビュー  Ｖｏｌ．２７  Ｎｏ．４、１９９２、ｐ．１−１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の電磁超音波センサを用いた欠陥部の検出方法では、欠陥部の検出を行うものに留まり、当該欠陥部のサイズを定量的に計測することが困難であった。
【０００５】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、被計測物に存在する欠陥部のサイズを定量的に計測でき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】
【０００６】
本発明の欠陥計測装置は、超音波を用いて被計測物に存在する欠陥部を計測する欠陥計測装置であって、前記被計測物の表面の所定位置に対向させて配設され、交流磁場を印加しながら超音波の送受信を行う電磁超音波センサと、前記被計測物に対して前記電磁超音波センサから超音波を送信する制御を行う送信制御手段と、前記電磁超音波センサから送信されて前記欠陥部で反射した反射超音波、及び、前記被計測物内に発生したバルクハウゼンノイズを前記電磁超音波センサで受信する制御を行う受信制御手段と、前記電磁超音波センサにより受信したバルクハウゼンノイズに基づいて前記被計測物の結晶粒径を算出する結晶粒径算出手段と、前記結晶粒径算出手段で算出された結晶粒径、及び、前記反射超音波に基づいて、前記欠陥部のサイズを算出する欠陥サイズ算出手段とを有する。
【０００７】
本発明の欠陥計測方法は、被計測物の表面の所定位置に対向させて配設され、交流磁場を印加しながら超音波の送受信を行う電磁超音波センサを備え、前記被計測物に存在する欠陥部を計測する欠陥計測装置による欠陥計測方法であって、前記被計測物に対して前記電磁超音波センサから超音波を送信する制御を行う送信制御ステップと、前記電磁超音波センサから送信されて前記欠陥部で反射した反射超音波、及び、前記被計測物内に発生したバルクハウゼンノイズを前記電磁超音波センサで受信する制御を行う受信制御ステップと、前記電磁超音波センサにより受信したバルクハウゼンノイズに基づいて前記被計測物の結晶粒径を算出する結晶粒径算出ステップと、前記結晶粒径算出ステップで算出された結晶粒径、及び、前記反射超音波に基づいて、前記欠陥部のサイズを算出する欠陥サイズ算出ステップとを有する。
【０００８】
本発明のプログラムは、被計測物の表面の所定位置に対向させて配設され、交流磁場を印加しながら超音波の送受信を行う電磁超音波センサを備え、前記被計測物に存在する欠陥部を計測する欠陥計測装置による欠陥計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記被計測物に対して前記電磁超音波センサから超音波を送信する制御を行う送信制御ステップと、前記電磁超音波センサから送信されて前記欠陥部で反射した反射超音波、及び、前記被計測物内に発生したバルクハウゼンノイズを前記電磁超音波センサで受信する制御を行う受信制御ステップと、前記電磁超音波センサにより受信したバルクハウゼンノイズに基づいて前記被計測物の結晶粒径を算出する結晶粒径算出ステップと、前記結晶粒径算出ステップで算出された結晶粒径、及び、前記反射超音波に基づいて、前記欠陥部のサイズを算出する欠陥サイズ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。
【０００９】
本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、前記プログラムを記憶する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被計測物に存在する欠陥部のサイズを定量的に計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照して説明を行う。なお、以下の説明においては、被計測物として磁性材料からなる鋼板に適用した例について記述する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る欠陥計測装置の概略構成の一例を示す模式図である。
図１に示すように、欠陥計測装置１００は、ＥＭＡＴ（電磁超音波）センサ１１０と、第１の交流電流源１２０と、第２の交流電流源１３０と、情報処理装置１４０を有して構成されている。
【００１３】
ＥＭＡＴセンサ１１０は、被計測物（鋼板）２００（又は基準板２０１）の所定位置に磁極Ｎ（Ｓ）及び磁極Ｓ（Ｎ）を対向させて配設され、情報処理装置１４０の制御に基づいて、被計測物（鋼板）２００（又は基準板２０１）に超音波であるＳＨ波（水平剪断波：Shear Horizontal Wave）３００ａを発生させる。ここで、ＳＨ波とは、波動の伝播方向に対して垂直で入射面に対して平行な方向に振動する弾性波のことであり、この場合、弾性波とは超音波のことである。また、ＥＭＡＴセンサ１１０は、情報処理装置１４０の制御に基づいて、当該ＥＭＡＴセンサ１１０から送信されたＳＨ波３００ａが被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａ（又は基準板２０１の擬似欠陥部２０１ａ）で反射した反射超音波である反射ＳＨ波３００ｂ、及び、磁気ノイズ（具体的に、本実施形態では「バルクハウゼンノイズ」）を検出する。
【００１４】
具体的に、ＥＭＡＴセンサ１１０は、コア部１１１ａと当該コア部１１１ａを励磁するための励磁コイル１１１ｂとで構成されており、被計測物（鋼板）の表面近傍に磁場を印加する電磁石１１１と、励磁コイル１１１ｂに供給される交流電流の位相に応じて、ＳＨ波３００ａの送信及び反射ＳＨ波３００ｂの受信、並びに、バルクハウゼンノイズの受信を行うセンサコイル１１２とを含み構成されている。なお、本実施形態では、ＥＭＡＴセンサ１１０から送信する超音波としてＳＨ波を送信するようにしているが、他の種類の超音波を用いる形態であってもよい。また、本実施形態では、センサコイル１１２でバルクハウゼンノイズの受信を行うようにしているが、このバルクハウゼンノイズに限らず、例えば、被計測物（鋼板）２００内に発生する他の磁気ノイズを受信して計測を行うことも場合によっては可能である。
【００１５】
第１の交流電流源１２０は、情報処理装置１４０の制御に基づいて、励磁コイル１１１ｂに交流電流を供給するものである。ここで、本実施形態においては、第１の交流電流源１２０から励磁コイル１１１ｂに対して、例えば周波数５０Ｈｚの正弦波に係る交流電流が供給される。
【００１６】
第２の交流電流源１３０は、情報処理装置１４０の制御に基づいて、センサコイル１１２に交流電流を供給するものである。ここで、本実施形態においては、第２の交流電流源１３０からセンサコイル１１２に対して、例えば周波数１５０ｋＨｚの正弦波に係る交流電流が供給される。
【００１７】
情報処理装置１４０は、ＥＭＡＴセンサ１１０、第１の交流電流源１２０及び第２の交流電流源１３０を制御して、被計測物（鋼板）２００における欠陥部２００ａのサイズ（大きさ）を計測する際の各種の処理を行う。
【００１８】
次に、ＳＨ波の発生のメカニズムについて以下に説明する。
具体的に、ＳＨ波は、磁性材料からなる被計測物（鋼板）２００（又は基準板２０１）の磁歪効果により発生するものであり、この磁歪効果とは、磁性材料に磁場が印加されて磁化されたとき、当該磁性材料に磁場の方向歪み（伸び又は縮み）が現れる現象のことである。そして、当該磁性材料の磁場の直交方向には逆の歪み（縮み又は伸び）が現れる。
【００１９】
図１においてＥＭＡＴセンサ１１０を上方から見たときの、被計測物（鋼板）２００の表面近傍に対向したセンサコイル１１２及びそれにより生じる磁場を示す模式図を図２に示す。
図２（ａ）には、その上部及び下部に、図１に示すコの字型形状の電磁石１１１における一方の極及び他方の極を図示しており、便宜上、図２（ａ）の上部に電磁石１１１のＮ極を示し、図２（ａ）の下部に電磁石１１１のＳ極を示している。そして、図２（ａ）には、この電磁石１１１のＮ極とＳ極の間に、図１に示すセンサコイル１１２が図示されている。このセンサコイル１１２は、図２（ａ）及び図１に示すように、蛇行型形状からなる蛇行コイルで形成されている。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すように、第１の交流電流源１２０で磁化するのに十分大きな電流を流して、電磁石１１１のＮ極からＳ極に向かってゆっくり時間的変化する準静的磁場Ｈ0が発生する（本実施の形態では、電流の周波数が５０Ｈｚであり、準静的磁場として説明する）。さらに、第２の交流電流源１３０からセンサコイル１１２に、図２（ａ）に示す細い矢印の向きの電流が流れると、位置ｉの被計測物（鋼板）２００の表面近傍では、図２（ａ）に示す向きの誘導磁場Ｈxが発生する。
【００２１】
図２（ｂ）には、センサコイル１１２の位置ｉにおける合成磁場Ｈtが示されている。この図２（ｂ）では、ＳＨ波３００ａの伝播方向をＸ軸とし、ＳＨ波３００ａの振動方向をＹ軸としている。図２（ａ）に示す状態の場合、位置ｉには、図２（ｂ）に示すように、準静的磁場Ｈ0と誘導磁場Ｈxによる合成磁場Ｈtが発生する。
【００２２】
図３は、被計測物（鋼板）２００（又は基準板２０１）に生じる磁歪の方向を示す模式図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）では、図２（ａ）と同様に、その上部に電磁石１１１のＮ極を示し、その下部に電磁石１１１のＳ極を示している。
【００２３】
センサコイル１１２に、図３（ａ）に示す向き（即ち、図２（ａ）に示す向き）の電流が流れると、図３（ａ）の矢印に示す方向に被計測物（鋼板）２００（又は基準板２０１）が歪む（鋼板では通常伸びる）。また、センサコイル１１２に、図３（ｂ）に示す向き（即ち、図２（ａ）及び図３（ａ）に示す向きと逆向き）の電流が流れると、図３（ｂ）の矢印に示す方向に被計測物（鋼板）２００（又は基準板２０１）が歪む。このとき、準静的磁場Ｈ0の方向については、図３（ａ）と図３（ｂ）の場合は共に同じ大きさの歪みとなる。一方、センサコイル１１２の電流が０であるときには、誘導磁場Ｈxは零であり、矢印は下方（準静的磁場Ｈ0の方向）を向くので図３（ａ）と図３（ｂ）のときよりも大きな歪みとなる。そして、第２の交流電流源１３０からセンサコイル１１２に供給される交流電流の１周期において、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す磁歪による２周期の振動が発生し、これを複数回繰り返すことにより、図１に示すような方向に伝播するＳＨ波３００ａが発生する。この際、例えば、第２の交流電流源１３０からセンサコイル１１２に周波数１５０ｋＨｚの交流電流が供給されると、周波数３００ｋＨｚのＳＨ波３００ａが送信されることになる。
【００２４】
次に、欠陥計測装置１００の内部構成について以下に説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る欠陥計測装置の内部構成の一例を示す模式図である。具体的に、図４には、図１に示す情報処理装置１４０の内部構成が機能構成として示されている。なお、図４において、図１に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。また、図４では、図１に示す被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａが当該被計測物（鋼板）２００の表面に存在する場合を図示しているが、本実施形態においては、欠陥部２００ａが被計測物（鋼板）２００の内部又は裏面に存在する場合も適用可能である。
【００２５】
図４に示すように、情報処理装置１４０は、送信制御部１４１と、受信制御部１４２と、結晶粒径算出部１４３と、基準データ記憶部１４４と、欠陥サイズ算出部１４５と、表示部１４６を有して構成されている。
【００２６】
送信制御部１４１は、被計測物（鋼板）２００に対してＥＭＡＴセンサ１１０から超音波であるＳＨ波３００ａを送信する制御を行う。この送信制御部１４１による制御動作を、図５を用いて説明する。
【００２７】
図５は、励磁コイル１１１ｂに供給される交流電流のタイミング、センサコイル１１２におけるＳＨ波の送信及び受信のタイミング、並びに、センサコイル１１２における磁気ノイズ（バルクハウゼンノイズ）の受信のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。具体的に、図５では、図５（ａ）に励磁コイル１１１ｂに供給される交流電流のタイミングが示され、図５（ｂ）にセンサコイル１１２におけるＳＨ波の送信及び受信のタイミングが示され、図５（ｃ）にセンサコイル１１２における磁気ノイズ（バルクハウゼンノイズ）の受信のタイミングが示されている。
【００２８】
送信制御部１４１は、ＳＨ波３００ａを送信する制御を行う際に、まず、第１の交流電流源１２０から励磁コイル１１１ｂに対して、図５（ａ）に示すように、例えば周波数５０Ｈｚの正弦波に係る交流電流を供給する制御を行う。続いて、送信制御部１４１は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１の交流電流源１２０から励磁コイル１１１ｂに供給される交流電流の極大値はＥＭＡＴセンサ１１０に対向した被計測物（鋼板）２００の表面近傍を磁化するのに十分な大きさであって、当該極大値に相当する位相を含む位相範囲（極大値含有位相範囲）において、第２の交流電流源１３０からセンサコイル１１２に対して、例えば周波数３００ｋＨｚの正弦波に係る交流電流を供給する制御を行う。これにより、被計測物（鋼板）２００には、図３に示す磁歪が生じて、ＥＭＡＴセンサ１１０からＳＨ波３００ａが送信される。
【００２９】
なお、図５（ｂ）に示すＳＨ波の波形３００は、前記極大値含有位相範囲でセンサコイル１１２において得られたＳＨ波の送受信に係る波形であり、その前半部にはＥＭＡＴセンサ１１０から送信されたＳＨ波３００ａ（振幅Ａ0）の波形が存在し、その後半部にはＥＭＡＴセンサ１１０で受信した反射ＳＨ波３００ｂ（振幅Ａ2）の波形が存在している。
【００３０】
受信制御部１４２は、送信制御部１４１からの送信タイミング信号に基づいて、ＥＭＡＴセンサ１１０から送信されて欠陥部２００ａで反射した反射超音波である反射ＳＨ波３００ｂ、及び、磁気ノイズであるバルクハウゼンノイズをＥＭＡＴセンサ１１０で受信する制御を行う。
【００３１】
具体的に、受信制御部１４２は、図５（ｂ）に示すように、前記極大値含有位相範囲において、センサコイル１１２で反射ＳＨ波３００ｂを受信する制御を行う。また、受信制御部１４２は、図５（ｃ）に示すように、前記極大値含有位相範囲の間の位相範囲であって励磁コイル１１１ｂに供給される交流電流の振幅が０（零）に相当する位相を含む位相範囲（零値含有位相範囲）において、センサコイル１１２でバルクハウゼンノイズを受信する制御を行う。即ち、受信制御部１４２は、ＥＭＡＴセンサ１１０において、反射ＳＨ波３００ｂとバルクハウゼンノイズとを異なるタイミングで、励磁コイル１１１ｂに供給される交流電流により発生する交流磁場に同期して受信する制御を行う。
【００３２】
ここで、ＥＭＡＴセンサ１１０において、反射ＳＨ波３００ｂ及びバルクハウゼンノイズを検出するメカニズムについて以下に説明する。
【００３３】
図２（ｂ）に示すＸ軸方向から反射ＳＨ波３００ｂが被計測物（鋼板）２００を伝播してきた場合、静磁場Ｈ0の中で当該反射ＳＨ波３００ｂによる歪みが発生し、磁性材料からなる被計測物（鋼板）２００の磁歪効果により、センサコイル１１２に当該反射ＳＨ波３００ｂと同じ周波数の交流電流（交流電圧）が誘起される。バルクハウゼンノイズについても、反射ＳＨ波３００ｂと同様に、センサコイル１１２に交流電流（交流電圧）が誘起される。そして、受信制御部１４２は、センサコイル１１２に誘起された交流電流（交流電圧）に基づいて、反射ＳＨ波３００ｂ及びバルクハウゼンノイズを受信する。
【００３４】
結晶粒径算出部１４３は、受信制御部１４２において受信した磁気ノイズであるバルクハウゼンノイズに基づいて、被計測物（鋼板）２００の結晶粒径を算出する。具体的に、本実施形態では、結晶粒径算出部１４３は、図５（ｃ）に示すバルクハウゼンノイズの平均変動幅Ｐnoiseに基づいて、被計測物（鋼板）２００の平均結晶粒径Ｄ1を算出する。
【００３５】
基準データ記憶部１４４は、磁性材料からなる基準物である基準板２０１に係る基準データが記憶されている。ここで、基準物である基準板２０１には、人工的に形成された所定形状（本実施形態では、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、深さ１ｍｍの直方体とする）の擬似欠陥部２０１ａが設けられている。具体的に、基準データ記憶部１４４には、図１に示すＥＭＡＴセンサ１１０から擬似欠陥部２０１ａまでの距離Ｌ0をパラメータとした場合の反射ＳＨ波３００ｂの振幅Ａ1に係るテーブルデータ（図７）や、当該基準板２０１の平均結晶粒径Ｄ0や減衰率α0等のデータが基準データとして記憶されている。
【００３６】
欠陥サイズ算出部１４５は、結晶粒径算出部１４３で算出された被計測物（鋼板）２００の結晶粒径（平均結晶粒径Ｄ1）、及び、受信制御部１４２において受信した反射ＳＨ波３００ｂに基づいて、被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａのサイズを算出する。より詳細には、欠陥サイズ算出部１４５は、被計測物（鋼板）２００の平均結晶粒径Ｄ1、被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａで反射した反射ＳＨ波３００ｂ、及び、基準データ記憶部１４４に記憶されている基準データを用いて、被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａのサイズＳ1を算出する。
【００３７】
表示部１４６は、被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａのサイズＳ1における計測結果を表示したり、当該情報処理装置１４０における動作状況などを表示したりする。
【００３８】
次に、欠陥計測装置１００による具体的な欠陥計測方法について説明する。
図６は、本発明の実施形態に係る欠陥計測装置による欠陥計測方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００３９】
まず、図６のステップＳ１０１において、情報処理装置１４０は、磁性材料からなる基準板２０１に係る基準データを取得する処理を行う。具体的に、本実施形態においては、図１に示すＥＭＡＴセンサ１１０から擬似欠陥部２０１ａまでの距離Ｌ0をパラメータとした場合の反射ＳＨ波３００ｂの振幅Ａ1に係るテーブルデータや、当該基準板２０１の平均結晶粒径Ｄ0や減衰率α0等のデータを基準データとして取得する。
【００４０】
図７は、図１に示すＥＭＡＴセンサ１１０から基準板２０１の擬似欠陥部２０１ａまでの距離Ｌ0をパラメータとした場合の反射ＳＨ波３００ｂの振幅Ａ1に係るテーブルデータの一例を示す模式図である。本実施形態においては、図７に示すテーブルデータを、実際に欠陥計測装置１００で計測して取得する。
【００４１】
具体的に、図１に示すシステムにおいて、基準板２０１をセットし、擬似欠陥部２０１ａに対するＥＭＡＴセンサ１１０の距離Ｌ0を可変させて、それぞれの計測点における反射ＳＨ波３００ｂの振幅Ａ1を計測する。これにより、図７に示すテーブルデータが取得される。
【００４２】
なお、本実施形態では、図７に示すテーブルデータを、実際に欠陥計測装置１００で計測して取得するようにしているが、例えば、他の計測装置を用いて得られたテーブルデータを、当該欠陥計測装置１００に入力させることにより取得する形態であってもよい。また、基準板２０１の平均結晶粒径Ｄ0や減衰率α0等のデータについては、他の計測装置を用いて得られたデータを、当該欠陥計測装置１００に入力させることにより取得する。
【００４３】
その後、情報処理装置１４０は、ステップＳ１０１において取得した基準板２０１に係る基準データを、基準データ記憶部１４４に記憶する。
【００４４】
続いて、ステップＳ１０２において、情報処理装置１４０の送信制御部１４１は、被計測物（鋼板）２００に対してＥＭＡＴセンサ１１０から超音波であるＳＨ波３００ａを送信する制御を行う。この際、図５（ｂ）では、ＥＭＡＴセンサ１１０から送信されるＳＨ波３００ａの振幅をＡ0とする。
【００４５】
具体的に、送信制御部１４１は、第１の交流電流源１２０から励磁コイル１１１ｂに対して供給する交流電流、及び、第２の交流電流源１３０からセンサコイル１１２に対して供給する交流電流を制御することにより、ＳＨ波３００ａを送信する制御を行う。より詳細には、送信制御部１４１は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１の交流電流源１２０から励磁コイル１１１ｂに供給される交流電流の極大値に相当する位相を含む極大値含有位相範囲において、第２の交流電流源１３０からセンサコイル１１２に交流電流を供給する制御を行う。このように、前記極大値含有位相範囲においてセンサコイル１１２に交流電流を供給することで、図３に示す磁歪が大きくなり、振幅の大きなＳＨ波３００ａを送信することができるため、欠陥計測装置１００による計測精度の向上に寄与する。
【００４６】
続いて、ステップＳ１０３において、情報処理装置１４０の受信制御部１４２は、送信制御部１４１からの送信タイミング信号に基づいて、ＥＭＡＴセンサ１１０から送信されて欠陥部２００ａで反射した反射ＳＨ波３００ｂ、及び、磁気ノイズであるバルクハウゼンノイズをＥＭＡＴセンサ１１０で受信する制御を行う。
【００４７】
具体的に、受信制御部１４２は、図５（ｂ）に示すように、前記極大値含有位相範囲において、センサコイル１１２で反射ＳＨ波３００ｂを受信する制御を行う。また、受信制御部１４２は、図５（ｃ）に示すように、前記極大値含有位相範囲の間の位相範囲であって励磁コイル１１１ｂに供給される交流電流の振幅が０（零）に相当する位相を含む位相範囲（零値含有位相範囲）において、センサコイル１１２でバルクハウゼンノイズを受信する制御を行う。このように、零値含有位相範囲においてバルクハウゼンノイズを受信することで、バルクハウゼンノイズを高感度で検出できるという利点がある。
【００４８】
続いて、ステップＳ１０４において、情報処理装置１４０の結晶粒径算出部１４３は、受信制御部１４２において受信した磁気ノイズであるバルクハウゼンノイズに基づいて、被計測物（鋼板）２００の結晶粒径を算出する。
【００４９】
具体的に、結晶粒径算出部１４３は、図５（ｃ）に示すバルクハウゼンノイズの平均変動幅Ｐnoiseに基づいて、以下の数式１により被計測物（鋼板）２００の平均結晶粒径Ｄ1を算出する。
【００５０】
【数１】
2009068915.tif 000003
【００５１】
数式１において、Ｇ（  ）は既知の関数であり、例えば、上記非特許文献１に示されている。具体的に、上記非特許文献１には、以下の数式２〜数式４が示されている。
【００５２】
【数２】
2009068915.tif 000004
【００５３】
数式２に示すＰnoiseは、図５（ｃ）に示すバルクハウゼンノイズの平均変動幅Ｐnoiseに相当し、数式２に示すＤ1は、被計測物（鋼板）２００の平均結晶粒径Ｄ1に相当する。また、数式３のＣVは定数、数式３のｔtotalはバルクハウゼンノイズに係るパルスの総発生時間、数式３のｒは単位面積あたりの磁壁エネルギー、ＩSは飽和磁化、Ｋは磁気異方性定数を示す。また、数式４のＨは印加磁場の強さ、ｔは時間、Ｎはバルクハウゼンノイズに係るパルスの総数、Φは磁束を示す。
【００５４】
続いて、ステップＳ１０５において、情報処理装置１４０の欠陥サイズ算出部１４５は、ステップＳ１０４で算出された被計測物（鋼板）２００の結晶粒径、及び、ステップＳ１０３で受信した反射ＳＨ波３００ｂに基づいて、被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａのサイズを算出する。より詳細には、欠陥サイズ算出部１４５は、被計測物（鋼板）２００の平均結晶粒径Ｄ1、被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａで反射した反射ＳＨ波３００ｂ、及び、基準データ記憶部１４４に記憶されている基準データを用いて、被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａのサイズＳ1を算出する。
【００５５】
このステップＳ１０５による欠陥部２００ａのサイズＳ1の算出処理について、以下に詳細に示す。
まず、欠陥サイズ算出部１４５は、送信制御部１４１によるＳＨ波３００ａの送信時刻から、受信制御部１４２による反射ＳＨ波３００ｂの受信時刻までの時間ｔに基づいて、以下の数式５により、ＥＭＡＴセンサ１１０から被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａまでの距離Ｌを算出する。
【００５６】
【数３】
2009068915.tif 000005
【００５７】
数式５において、ＶはＳＨ波の音速であり、例えば、３０００ｍ／ｓ程度の既知の値である。
【００５８】
次いで、欠陥サイズ算出部１４５は、基準データ記憶部１４４に記憶されているデータの中から、図７に示すテーブルデータを用いて、距離Ｌ0が算出した距離Ｌである場合の基準板２０１における反射ＳＨ波３００ｂの振幅Ａ1を抽出する。ここで、この基準板２０１における反射ＳＨ波３００ｂの振幅Ａ1は、以下の数式６により表せる。
【００５９】
【数４】
2009068915.tif 000006
【００６０】
数式６において、Ａ0はＥＭＡＴセンサ１１０から送信されるＳＨ波３００ａの振幅を示し、α0は基準板２０１におけるＳＨ波の減衰率を示し、Ｒ0は基準板２０１の擬似欠陥部２０１ａにおけるＳＨ波の反射率を示す。ここで、減衰率α0は、ステップＳ１０１で取得された既知の値である。また、この減衰率α0は、以下の数式７により表せる。
【００６１】
【数５】
2009068915.tif 000007
【００６２】
数式７において、Ｃ及びｎは定数を示し、Ｄ0は基準板２０１の平均結晶粒径を示す。ここで、基準板２０１の平均結晶粒径Ｄ0は、ステップＳ１０１で取得された既知の値である。また、基準板２０１において送信するＳＨ波３００ａの周波数を３００ｋＨｚとした場合、音速Ｖが３０００ｍ／ｓ程度であるため、その波長λが１０ｍｍ程度となり、波長λ＞＞平均結晶粒径Ｄ0でいわゆるレーリー散乱領域であるため、定数ｎは、理論上及び実験上から３．０程度である。このため、ステップＳ１０１で取得された減衰率α0及び平均結晶粒径Ｄ0から定数Ｃの値も定まる。
【００６３】
また、数式６の反射率Ｒ0は、図１に示す基準板２０１の擬似欠陥部２０１ａの断面積Ｓ0とすると、以下の数式８により表せる。
【００６４】
【数６】
2009068915.tif 000008
【００６５】
本実施形態の場合、基準板２０１の擬似欠陥部２０１ａは、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、深さ１ｍｍの直方体で形成されているため、図１に示す擬似欠陥部２０１ａの断面積Ｓ0は、１０ｍｍ2となる。
【００６６】
次いで、欠陥サイズ算出部１４５は、ステップＳ１０３で受信した被計測物（鋼板）２００における反射ＳＨ波３００ｂの波形から、図５（ｂ）に示す振幅Ａ2を検出する。ここで、この被計測物（鋼板）２００における反射ＳＨ波３００ｂの振幅Ａ2は、以下の数式９により表せる。
【００６７】
【数７】
2009068915.tif 000009
【００６８】
数式９において、Ａ0は数式６と同様に、ＥＭＡＴセンサ１１０から送信されるＳＨ波３００ａの振幅を示しており、本実施形態では、ＥＭＡＴセンサ１１０から送信されるＳＨ波３００ａの振幅は、基準板２０１と被計測物（鋼板）２００とで同じとする。数式９において、Ｌは数式５により算出された、ＥＭＡＴセンサ１１０から欠陥部２００ａまでの距離を示し、α1は被計測物（鋼板）２００におけるＳＨ波の減衰率を示し、Ｒ1は被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａにおけるＳＨ波の反射率を示す。ここで、減衰率α1及び反射率Ｒ1は、それぞれ、以下の数式１０及び数式１１により表せる。
【００６９】
【数８】
2009068915.tif 000010
【００７０】
数式１０において、Ｄ1は被計測物（鋼板）２００の平均結晶粒径であり、ステップＳ１０４において算出された既知の値である。また、定数Ｃの値も数式７により定まるため、被計測物（鋼板）２００におけるＳＨ波の減衰率α1は、数式１０で算出することができる。また、数式１１において、Ｓ1は図１に示す被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａの断面積、即ち、欠陥部２００ａのサイズを示すものである。
【００７１】
そして、数式９の左辺及び右辺を、それぞれ、数式６の左辺及び右辺で除算して、整理すると、以下の数式１２のようになる。
【００７２】
【数９】
2009068915.tif 000011
【００７３】
数式１２において、右辺は既知の値であり、これにより、（Ｒ1／Ｒ0）が求まる。また、数式１１の左辺及び右辺を、それぞれ、数式８の左辺及び右辺で除算すると、以下の数式１３のようになる。
【００７４】
【数１０】
2009068915.tif 000012
【００７５】
そして、数式１２において（Ｒ1／Ｒ0）が求まると、基準板２０１の擬似欠陥部２０１ａの断面積Ｓ0は既知の値であるため、被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａの断面積、即ち、欠陥部２００ａのサイズＳ1を算出できる。このようにして、欠陥サイズ算出部１４５は、被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａのサイズＳ1を算出する。
【００７６】
再び、図６のフローチャートの説明に戻る。
ステップＳ１０５で被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａのサイズＳ1の算出処理が終了すると、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６に進むと、情報処理装置１４０（欠陥サイズ算出部１４５）は、ステップＳ１０５で算出された欠陥部２００ａのサイズＳ1における計測結果を表示部１４６に表示する。これにより、計測者は、表示部１４６に表示された計測結果を視認することで、被計測物（鋼板）２００の欠陥部２００ａのサイズＳ1を把握することができる。
【００７７】
以上のステップＳ１０１〜ステップＳ１０６の処理を経ることにより、算出した被計測物（鋼板）２００の結晶粒径、及び、受信した反射超音波に基づく欠陥部２００ａのサイズの計測方法が実行される。
【００７８】
本実施形態の欠陥計測装置１００では、被計測物（鋼板）２００に対してＥＭＡＴセンサ１１０から超音波を送信し（ステップＳ１０２）、ＥＭＡＴセンサ１１０から送信されて欠陥部２００ａで反射した反射超音波、及び、磁気ノイズ（バルクハウゼンノイズ）をＥＭＡＴセンサ１１０で受信し（ステップＳ１０３）、受信した磁気ノイズ（バルクハウゼンノイズ）に基づいて被計測物（鋼板）２００の結晶粒径を算出し（ステップＳ１０４）、算出した被計測物（鋼板）２００の結晶粒径、及び、受信した反射超音波に基づいて、欠陥部２００ａのサイズＳ1を算出するようにしている（ステップＳ１０５）。
かかる構成によれば、被計測物に存在する欠陥部のサイズを定量的に計測することが可能となる。
【００７９】
また、本実施形態の欠陥計測装置１００では、ＥＭＡＴセンサ１１０で反射超音波及び磁気ノイズ（バルクハウゼンノイズ）を受信する際に、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、異なるタイミングで受信しているため、ＥＭＡＴセンサ１１０に１つのセンサコイル１１２を設けるだけでよく、ＥＭＡＴセンサ１１０の構成を簡素化することができる。
【００８０】
また、本実施形態の欠陥計測装置１００では、ＥＭＡＴセンサ１１０から送信する超音波としてＳＨ波を用いているため、例えば被計測物（鋼板）２００の表面に水滴や油等が付着している場合であっても、その影響を受け難くすることができる。
【００８１】
前述した本実施形態に係る欠陥計測装置１００を構成する図４の各構成部、並びに当該欠陥計測装置１００による欠陥計測方法を示す図６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。
【００８２】
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、或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播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を用いることができる。また、この際の通信媒体としては、光ファイバ等の有線回線や無線回線などが挙げられる。
【００８３】
また、本発明は、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形態に係る欠陥計測装置１００の機能が実現される態様に限られない。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）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して本実施形態に係る欠陥計測装置１００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。また、供給されたプログラムの処理の全て、或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形態に係る欠陥計測装置１００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。
【００８４】
また、前述した本実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態に係る欠陥計測装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、図１に示すＥＭＡＴセンサを上方から見たときの、被計測物（鋼板）の表面近傍に対向したセンサコイル及びそれにより生じる磁場を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態を示し、被計測物（鋼板）（又は基準板）に生じる磁歪の方向を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る欠陥計測装置の内部構成の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、励磁コイルに供給される交流電流のタイミング、センサコイルにおけるＳＨ波の送信及び受信のタイミング、並びに、センサコイルにおける磁気ノイズ（バルクハウゼンノイズ）の受信のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る欠陥計測装置による欠陥計測方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態を示し、図１に示すＥＭＡＴセンサから基準板の擬似欠陥部までの距離をパラメータとした場合の反射ＳＨ波の振幅に係るテーブルデータの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８６】
１００  欠陥計測装置
１１０  ＥＭＡＴ（電磁超音波）センサ
１１１  電磁石
１１１ａ  コア部
１１１ｂ  励磁コイル
１１２  センサコイル
１２０  第１の交流電流源
１３０  第２の交流電流源
１４０  情報処理装置
１４１  送信制御部
１４２  受信制御部
１４３  結晶粒径算出部
１４４  基準データ記憶部
１４５  欠陥サイズ算出部
１４６  表示部
２００  被計測物（鋼板）
２００ａ  被計測物（鋼板）の欠陥部
２０１  基準板
２０１ａ  基準板の擬似欠陥部
３００ａ  ＳＨ波
３００ｂ  反射ＳＨ波
Ｓ0  基準板の擬似欠陥部の断面積（基準板の擬似欠陥部のサイズ）
Ｓ1  被計測物（鋼板）の欠陥部の断面積（被計測物（鋼板）の欠陥部のサイズ）
【図１】
2009068915.tif 000013
【図２】
2009068915.tif 000014
【図３】
2009068915.tif 000015
【図４】
2009068915.tif 000016
【図５】
2009068915.tif 000017
【図６】
2009068915.tif 000018
【図７】
2009068915.tif 000019