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公開番号2025079255
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-21
出願番号2023191839
出願日2023-11-09
発明の名称音速厚さ測定方法および該装置
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人個人,個人
主分類G01B 17/02 20060101AFI20250514BHJP(測定;試験)
要約【課題】本発明は、レーザ超音波法でも、音速および厚さを測定できる音速厚さ測定方法および該装置を提供する。
【解決手段】本発明の音速厚さ測定方法は、測定対象の第1および第2点それぞれにパルスレーザ光を照射して第1および第2超音波を生成し(S1)、前記第1および第2点それぞれとの第1および第2距離が異なる第3点における超音波の振動を非接触で検出し(S2)、前記第1超音波の第1生成時点から、裏面で最初に反射した1回目の第1エコーの第1検出時点までの第1時間、および、前記第2超音波の第2生成時点から、前記裏面で最初に反射した1回目の第2エコーの第2検出時点までの第2時間を求め(S3)、前記第1および第2距離、ならびに、前記求めた前記第1および第2時間に基づいて、前記測定対象における音速および厚さを求める(S5)。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
測定対象の平板状部分における表面の互いに異なる第１および第２点それぞれにパルスレーザ光を照射することによって前記第１および第２点それぞれに第１および第２超音波を生成する超音波生成工程と、
前記第１および第２点と異なる第３点であって、前記第１および第２点それぞれとの第１および第２距離の異なる前記第３点における超音波の振動を非接触で検出する超音波検出工程と、
前記超音波生成工程によって前記第１点に前記第１超音波を生成した第１生成時点から、前記第１点で生成した前記第１超音波が前記表面に対向する裏面で最初に反射した１回目の第１エコーを前記超音波検出工程によって検出した第１検出時点までの第１時間、および、前記超音波生成工程によって前記第２点に前記第２超音波を生成した第２生成時点から、前記第２点で生成した前記第２超音波が前記裏面で最初に反射した１回目の第２エコーを前記超音波検出工程によって検出した第２検出時点までの第２時間を求める時間処理工程と、
前記第１および第２距離、ならびに、前記時間処理工程によって求めた前記第１および第２時間に基づいて、前記測定対象の平板状部分における音速および厚さを求める音速厚さ処理工程とを備える、
音速厚さ測定方法。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
測定対象の平板状部分における表面の第１点にパルスレーザ光を照射することによって前記第１点に超音波を生成する超音波生成工程と、
前記第１点と異なる前記表面の第２点における超音波の第１振動を非接触で検出し、前記第１および第２点と異なる前記表面の第３点であって、前記第１点との間の第２距離が前記第１点と前記第２点との間の第１距離と異なる前記第３点における超音波の第２振動を非接触で検出する超音波検出工程と、
前記超音波生成工程によって前記第１点に前記超音波を生成した生成時点から、前記第１点で生成した前記超音波が前記表面に対向する裏面で最初に反射した１回目の第１エコーを前記超音波検出工程によって前記第２点で検出した第１検出時点までの第１時間、および、前記超音波生成工程によって前記第１点に前記超音波を生成した生成時点から、前記第１点で生成した前記超音波が前記裏面で最初に反射した１回目の第２エコーを前記超音波検出工程によって前記第３点で検出した第２検出時点までの第２時間を求める時間処理工程と、
前記第１および第２距離、ならびに、前記時間処理工程によって求めた前記第１および第２時間に基づいて、前記測定対象の平板状部分における音速および厚さを求める音速厚さ処理工程とを備える、
音速厚さ測定方法。
【請求項３】
測定対象の平板状部分における表面から、前記測定対象の厚さ方向に、第３距離、離間した第４点から、前記第１、第２および第３点を撮像し、撮像結果に基づいて前記第１および第２距離それぞれを求める距離処理工程をさらに備える、
請求項１または請求項２に記載の音速厚さ測定方法。
【請求項４】
前記第３距離を非接触で測定する離間距離測定工程をさらに備える、
請求項３に記載の音速厚さ測定方法。
【請求項５】
前記超音波生成工程は、１個のパルスレーザ光を２個に分け、前記分けた２個のパルスレーザ光それぞれを前記第１および第２点それぞれに照射する、
請求項１に記載の音速厚さ測定方法。
【請求項６】
測定対象の平板状部分における表面の互いに異なる第１および第２点それぞれにパルスレーザ光を照射することによって前記第１および第２点それぞれに第１および第２超音波を生成する超音波生成部と、
前記第１および第２点と異なる第３点であって、前記第１および第２点それぞれとの第１および第２距離の異なる前記第３点における超音波の振動を非接触で検出する超音波検出部と、
前記超音波生成部によって前記第１点に前記第１超音波を生成した第１生成時点から、前記第１点で生成した第１超音波が前記表面に対向する裏面で最初に反射した１回目の第１エコーを前記超音波検出部によって検出した第１検出時点までの第１時間、および、前記超音波生成部によって前記第２点に前記第２超音波を生成した第２生成時点から、前記第２点で生成した第２超音波が前記裏面で最初に反射した１回目の第２エコーを前記超音波検出部によって検出した第２検出時点までの第２時間を求める時間処理部と、
前記第１および第２距離、ならびに、前記時間処理部によって求めた前記第１および第２時間に基づいて、前記測定対象の平板状部分における音速および厚さを求める音速厚さ処理部とを備える、
音速厚さ測定装置。
【請求項７】
測定対象の平板状部分における表面の第１点にパルスレーザ光を照射することによって前記第１点に超音波を生成する超音波生成部と、
前記第１点と異なる前記表面の第２点における超音波の第１振動を非接触で検出する第１超音波検出部と、
前記第１および第２点と異なる前記表面の第３点であって、前記第１点との間の第２距離が前記第１点と前記第２点との間の第１距離と異なる前記第３点における超音波の第２振動を非接触で検出する第２超音波検出部と、
前記超音波生成部によって前記第１点に前記超音波を生成した生成時点から、前記第１点で生成した前記超音波が前記表面に対向する裏面で最初に反射した１回目の第１エコーを前記第１超音波検出部によって前記第２点で検出した第１検出時点までの第１時間、および、前記超音波生成部によって前記第１点に前記超音波を生成した生成時点から、前記第１点で生成した前記超音波が前記裏面で最初に反射した１回目の第２エコーを前記第２超音波検出部によって前記第３点で検出した第２検出時点までの第２時間を求める時間処理部と、
前記第１および第２距離、ならびに、前記時間処理部によって求めた前記第１および第２時間に基づいて、前記測定対象の平板状部分における音速および厚さを求める音速厚さ処理部とを備える、
音速厚さ測定装置。
【請求項８】
測定対象の平板状部分における表面から、前記測定対象の厚さ方向に、第３距離、離間した第４点から、前記第１、第２および第３点を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像した撮像結果に基づいて前記第１および第２距離それぞれを求める距離処理部とをさらに備える、
請求項６または請求項７に記載の音速厚さ測定装置。
【請求項９】
前記第３距離を非接触で測定する離間距離測定部をさらに備える、
請求項８に記載の音速厚さ測定装置。
【請求項１０】
前記超音波生成部は、前記パルスレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記レーザ光照射部によって照射された１個のパルスレーザ光を２個に分け、前記分けた２個のパルスレーザ光それぞれを前記第１および第２点それぞれに照射する光分岐部とを備える、
請求項６に記載の音速厚さ測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の平板状部分における音速および厚さを測定する音速厚さ測定方法および音速厚さ測定装置に関する。
続きを表示（約 4,300 文字）【背景技術】
【０００２】
非接触で、測定対象における音速および厚さを測定することには、ニーズがあり、特に、高温等の厳しい環境下での測定となる鉄鋼業界でニーズがある。非接触で音速および厚さを測定する技術は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
前記特許文献１に開示された材料の厚さ測定方法は、超音波を材料の厚さ方向に伝搬させ、該超音波の材料底面からの多重底面エコーを検出し、該検出信号から相異なる少なくとも３個の底面エコーの伝搬時間を計測し、該伝搬時間から超音波送・受信位置間の距離と材料の厚さの比に関係する量を求め、この比に関係する量と超音波送・受信位置間の距離の値を用いて材料の厚さを算出する。より具体的には、前記特許文献１では、超音波発生手段と超音波検出手段との間の距離（オフセット量）をｓとし、材料厚さをｄとし、底面エコーの伝搬時間をｔとし、伝搬時間計測におけるトリガー信号と超音波発生時刻との間の時間差をδｔとし、音速をＶとした場合に、Ｖ×（ｔ－δｔ）＝２×（ｄ
２
＋（ｓ／２）
２
）
１／２
の関係があり、３個の底面エコーの伝搬時間ｔ２、ｔ４、ｔ６それぞれについて求められる前記関係を連立させて前記材料厚さｄが求められている。したがって、前記特許文献１には、直接、言及はないが、前記関係に基づき音速および厚さを求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００３－２７９３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、非接触で超音波を送受信する方法として、例えば、電磁超音波法およびレーザ超音波法が知られている。前記電磁超音波法は、その探触子と測定対象との間における伝播効率が小さいため、前記探触子を測定対象に近接させ、前記探触子を大型化する必要がある。前記探触子を大型化すると、前記特許文献１では、前記オフセット量ｓが大きくなり、底面エコ－を、並置される前記超音波発生手段および前記超音波検出手段における前記超音波発生手段で受信せずに、前記超音波検出手段で受信するためには、測定対象の厚さが所定値以上である必要がある。したがって、前記所定値未満の厚さの測定対象を測定することができない。一方、前記レーザ超音波法は、その探触子と測定対象とを近接させる必要は必ずしも無く、前記オフセット量ｓも小さくすることが可能であるが、前記特許文献１では、３個の底面エコーを受信する必要がある。２個目の底面エコーや３個目の底面エコーは、１個目の底面エコーに較べ、減衰により強度（振幅）が低下し、識別し難く、測定対象の振動等によるノイズと２個目の底面エコーや３個目の底面エコーとを識別する必要もある。特に、高温環境下では、減衰が大きく、３個目の底面エコーが受信できない場合も生じ得る。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、レーザ超音波法でも、音速および厚さを測定できる音速厚さ測定方法および音速厚さ測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる音速厚さ測定方法は、測定対象の平板状部分における表面の互いに異なる第１および第２点それぞれにパルスレーザ光を照射することによって前記第１および第２点それぞれに第１および第２超音波を生成する超音波生成工程と、前記第１および第２点と異なる第３点であって、前記第１および第２点それぞれとの第１および第２距離の異なる前記第３点における超音波の振動を非接触で検出する超音波検出工程と、前記超音波生成工程によって前記第１点に前記第１超音波を生成した第１生成時点から、前記第１点で生成した前記第１超音波が前記表面に対向する裏面で最初に反射した１回目の第１エコーを前記超音波検出工程によって検出した第１検出時点までの第１時間、および、前記超音波生成工程によって前記第２点に前記第２超音波を生成した第２生成時点から、前記第２点で生成した前記第２超音波が前記裏面で最初に反射した１回目の第２エコーを前記超音波検出工程によって検出した第２検出時点までの第２時間を求める時間処理工程と、前記第１および第２距離、ならびに、前記時間処理工程によって求めた前記第１および第２時間に基づいて、前記測定対象の平板状部分における音速および厚さを求める音速厚さ処理工程とを備える。本発明の他の一態様にかかる音速厚さ測定装置は、測定対象の平板状部分における表面の互いに異なる第１および第２点それぞれにパルスレーザ光を照射することによって前記第１および第２点それぞれに第１および第２超音波を生成する超音波生成部と、前記第１および第２点と異なる第３点であって、前記第１および第２点それぞれとの第１および第２距離の異なる前記第３点における超音波の振動を非接触で検出する超音波検出部と、前記超音波生成部によって前記第１点に前記第１超音波を生成した第１生成時点から、前記第１点で生成した前記第１超音波が前記表面に対向する裏面で最初に反射した１回目の第１エコーを前記超音波検出部によって検出した第１検出時点までの第１時間、および、前記超音波生成部によって前記第２点に前記第２超音波を生成した第２生成時点から、前記第２点で生成した前記第２超音波が前記裏面で最初に反射した１回目の第２エコーを前記超音波検出部によって検出した第２検出時点までの第２時間を求める時間処理部と、前記第１および第２距離、ならびに、前記時間処理部によって求めた前記第１および第２時間に基づいて、前記測定対象の平板状部分における音速および厚さを求める音速厚さ処理部とを備える。好ましくは、上述の音速厚さ測定方法および該装置において、前記第１生成時点と前記第２生成時点とは、第１および第２点それぞれにパルスレーザ光を同期して照射することによって、互いに一致する時点である。本発明の他一態様にかかる音速厚さ測定方法は、測定対象の平板状部分における表面の第１点にパルスレーザ光を照射することによって前記第１点に超音波を生成する超音波生成工程と、前記第１点と異なる前記表面の第２点における超音波の第１振動を非接触で検出し、前記第１および第２点と異なる前記表面の第３点であって、前記第１点との間の第２距離が前記第１点と前記第２点との間の第１距離と異なる前記第３点における超音波の第２振動を非接触で検出する超音波検出工程と、前記超音波生成工程によって前記第１点に前記超音波を生成した生成時点から、前記第１点で生成した前記超音波が前記表面に対向する裏面で最初に反射した１回目の第１エコーを前記超音波検出工程によって前記第２点で検出した第１検出時点までの第１時間、および、前記超音波生成工程によって前記第１点に前記超音波を生成した生成時点から、前記第１点で生成した前記超音波が前記裏面で最初に反射した１回目の第２エコーを前記超音波検出工程によって前記第３点で検出した第２検出時点までの第２時間を求める時間処理工程と、前記第１および第２距離、ならびに、前記時間処理工程によって求めた前記第１および第２時間に基づいて、前記測定対象の平板状部分における音速および厚さを求める音速厚さ処理工程とを備える。本発明の他の一態様にかかる音速厚さ測定装置は、測定対象の平板状部分における表面の第１点にパルスレーザ光を照射することによって前記第１点に超音波を生成する超音波生成部と、前記第１点と異なる前記表面の第２点における超音波の第１振動を非接触で検出する第１超音波検出部と、前記第１および第２点と異なる前記表面の第３点であって、前記第１点との間の第２距離が前記第１点と前記第２点との間の第１距離と異なる前記第３点における超音波の第２振動を非接触で検出する第２超音波検出部と、前記超音波生成部によって前記第１点に前記超音波を生成した生成時点から、前記第１点で生成した前記超音波が前記表面に対向する裏面で最初に反射した１回目の第１エコーを前記第１超音波検出部によって前記第２点で検出した第１検出時点までの第１時間、および、前記超音波生成部によって前記第１点に前記超音波を生成した生成時点から、前記第１点で生成した前記超音波が前記裏面で最初に反射した１回目の第２エコーを前記第２超音波検出部によって前記第３点で検出した第２検出時点までの第２時間を求める時間処理部と、前記第１および第２距離、ならびに、前記時間処理部によって求めた前記第１および第２時間に基づいて、前記測定対象の平板状部分における音速および厚さを求める音速厚さ処理部とを備える。
【０００８】
このような音速厚さ測定方法および該装置は、第１ないし第３点の幾何学的関係と第１および第２時間との間に、後述のように、音速および厚さに関する式１および式２の連立方程式が成立するので、パルスレーザ光により生成した超音波の１回目のエコーの検出で音速および厚さを求めることができる。したがって、上記音速厚さ測定方法および該装置は、レーザ超音波法でも、音速および厚さを測定できる。
【０００９】
他の一態様では、これら上述の音速厚さ測定方法において、測定対象の平板状部分における表面から、前記測定対象の厚さ方向に、第３距離、離間した第４点から、前記第１、第２および第３点を撮像し、撮像結果に基づいて前記第１および第２距離それぞれを求める距離処理工程をさらに備える。他の一態様では、これら上述の音速厚さ測定装置において、測定対象の平板状部分における表面から、前記測定対象の厚さ方向に、第３距離、離間した第４点から、前記第１、第２および第３点を撮像する撮像部と、前記撮像部によって撮像した撮像結果に基づいて前記第１および第２距離それぞれを求める距離処理部とをさらに備える。
【００１０】
このような音速厚さ測定方法および該装置は、第１、第２および第３点を求めて第１および第２距離を求めるので、前記第１および第２距離を予め求めておく必要が無く、精度良く音速および厚さを測定できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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