JP2000171232A

JP2000171232A - 超音波計測装置

Info

Publication number: JP2000171232A
Application number: JP10344426A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Chihoshi; 淳千星; Makoto Ochiai; 誠落合; Shigeru Kanemoto; 茂兼本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】計測対象の位置および形状を圧力波によって
非接触で精度よく測定すると共に、同時に圧力波の発生
位置および圧力波の伝播する空間の温度分布をも非接触
で精度よく測定する。【解決手段】計測対象の表面１の既知の複数位置に圧
力波発生装置２で圧力波５を発生させ、該各発生位置か
ら伝播される各圧力波５を未知の位置に設置して移動可
能にされた圧力波検出装置６によって個別に検出する。
また、各圧力波５の伝播時間を伝播時間測定装置７，８
を用いて測定した後、各伝播時間に基づいて、演算装置
９によって圧力波検出装置６の設定位置を算出し、これ
によって未知であった圧力波検出装置６の設定位置なら
びに移動位置を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、計測対象の表面に
対する超音波の送波、および該表面から反射される圧力
波の圧力波検出装置による受波を利用して、計測対象の
位置および形状、圧力波検出装置の位置、ないしは圧力
波の伝播空間の温度分布を計測するための超音波計測装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の計測対象として距離
の検出手段には、超音波距離計やレーザー距離計（レー
ザーレンジファインダー）などが用いられている。

【０００３】まず、前者の超音波距離計による距離の検
出ついて説明する。この超音波距離計は、超音波の送受
波を利用するもので、超音波発振器から計測対象に対し
て超音波を照射（送波）すると共に、該計測対象からの
反射圧力波を超音波検出器によって検出（受波）するこ
とにより、計測対象までの超音波の往復に要した経過時
間、つまり、伝播時間（ＴＯＦ：Time of Flight）を基
準にとり、計測対象までの距離を計測するようにしてい
る。

【０００４】具体的には、例えば、図７に示すように、
発振器／検出器を兼ねたトランスデューサーを用いるの
が一般的である。

【０００５】すなわち、図７を参照して、トランスデュ
ーサー６からは、まず、トリガー信号により、計測対象
に向けて超音波信号１３ａを放射する。該超音波信号１
３ａは、計測対象の表面１で反射され、この反射波信号
１３ｂがトランスデューサー６によって検出される。つ
いで、該検出信号は、Ａ／Ｄ変換器７、信号処理装置８
を経た後、ディジタル計算機１０により、その放射から
検出までの伝播時間が演算され、該伝播時間を基にして
表面１、ひいては所要の計測対象までの距離が測定され
るのである。

【０００６】図８には、上記トリガー信号と反射波信号
（受波信号）１３ｂとの関係の一例を示す。ここで、計
測対象の表面１に対する超音波の伝播時間は、該図８に
おけるトリガー信号の立ち上りと受波信号の立ち上がり
との間の経過時間ｔ_TOFに相当する。従って、計測対象
の表面１とトランスデューサー６間に介在される伝播媒
質、例えば、この場合には、空間中での超音波の伝播速
度ｖをあらかじめ確認しておくことにより、この計測対
象の表面１とトランスデューサー６間の距離Ｌは、２Ｌ＝ｖ×ｔ_TOF であるから、Ｌ＝ｖ×ｔ_TOF／２として求めることができる。

【０００７】また、後者のレーザー距離計による距離の
検出ついては、上記超音波に代えてレーザー光を送受信
することでＴＯＦを求め、これによって計測対象までの
距離を測定するものである。

【０００８】一方、計測対象の表面形状を計測する装置
としては、レーザーのスリット光を該計測対象の表面に
照射して反射光を複眼のＣＣＤカメラに入射させ、その
視差から３次元形状を計測するものがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の超音波距離計の場合には、超音波を発振させる
ためのインピーダンスなどの関係から、比較的低周波の
超音波を用いなければならず、この結果、検出器で検出
される反射波信号の立ち上がりがゆるやかであって、そ
の立ち上がり点を正確に捉えることが困難である。一
方、放射される超音波の広がりもまた大きく、複雑な表
面形状を有する計測対象にあっては、同様に正確な距離
を求めることができない。

【００１０】また、レーザー距離計においては、そのレ
ーザー光自体が光速度であるので、特に計測対象の表面
に対して近距離で適用する場合、そのＴＯＦが非常に短
くて時間管理が極めて困難である。

【００１１】さらに、ＣＣＤカメラの視差によって計測
対象の３次元形状を計測する装置では、照明光による影
響が大きく、その使用環境に厳しい条件が必要になるも
のであった。

【００１２】従って、本発明の目的とするところは、計
測対象としての任意の物体の位置および形状を圧力波に
よって非接触で精度よく測定できるようにし、また、同
時に圧力波の発生位置および圧力波の伝播する空間の温
度分布をも非接触で精度よく測定できるようにした超音
波計測装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に記載の超音波計測装置は、計測
対象の既知の複数位置に圧力波を発生させる圧力波発生
装置と、前記各圧力波の発生位置に対向する未知の位置
に設置して移動可能にされ、該各発生位置から伝播され
る各圧力波を個別に検出する圧力波検出装置と、前記検
出される各圧力波の伝播時間をそれぞれに測定する伝播
時間測定装置と、前記測定される各伝播時間によって前
記圧力波検出装置の設置位置ならびに移動位置を算出す
る演算装置とを備えることを特徴としている。

【００１４】本請求項１の超音波計測装置では、圧力波
発生装置を用いて、計測対象の既知の複数位置に圧力波
を発生させ、該各発生位置から伝播される各圧力波が未
知の位置に設置して移動可能にされた圧力波検出装置で
個別に検出される。また、これらの各圧力波の伝播時間
は、伝播時間測定装置によってそれぞれに測定され、か
つ演算装置では、各伝播時間に基づいて圧力波検出装置
の設定位置ならびに移動位置が算出される。

【００１５】本発明の請求項２に記載の超音波計測装置
は、計測対象の未知の位置に圧力波を発生させる圧力波
発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向する既知の複
数位置に各別に設置されて、該発生位置から伝播される
圧力波を個々に検出する各圧力波検出装置と、前記各別
に検出される圧力波の伝播時間をそれぞれに測定する伝
播時間測定装置と、前記測定される各伝播時間によって
前記圧力波の発生位置を算出する演算装置とを備えるこ
とを特徴としている。

【００１６】本請求項２の超音波計測装置では、圧力波
発生装置を用いて、計測対象の未知の位置に圧力波を発
生させ、該発生位置から伝播される各圧力波が既知の複
数位置に各別に設置した圧力波検出装置で各別に検出さ
れる。また、これらの各圧力波の伝播時間は、伝播時間
測定装置によってそれぞれに測定され、かつ演算装置で
は、各伝播時間に基づいて圧力波の発生位置が算出され
る。

【００１７】本発明の請求項３に記載の超音波計測装置
は、計測対象の既知の位置に圧力波を発生させる圧力波
発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向する既知の位
置に設置されて、該発生位置から伝播される圧力波を検
出する圧力波検出装置と、前記検出される圧力波の伝播
時間を測定する伝播時間測定装置と、前記測定される伝
播時間によって前記圧力波の発生位置と圧力波検出装置
間での圧力波の伝播速度を算出する演算装置とを備え、
前記圧力波の伝播速度を複数箇所対応の相当分算出し、
該算出されるそれぞれの各圧力波の伝播速度により、Ｃ
Ｔ法を用いて伝播空間中の温度分布を計測できるように
したことを特徴としている。

【００１８】本請求項３の超音波計測装置では、圧力波
発生装置を用いて、計測対象の既知の位置に圧力波を発
生させ、該発生位置から伝播される圧力波が既知の位置
に設置した圧力波検出装置で検出される。また、この圧
力波の伝播時間は、伝播時間測定装置によって複数箇所
対応の相当分測定され、かつ演算装置においては、各伝
播時間に基づいて圧力波の発生位置と圧力波検出装置間
での各圧力波の伝播速度が算出されると共に、これらの
各圧力波の伝播速度から、ＣＴ法を用いて伝播空間中の
温度分布が計測される。

【００１９】本発明の請求項４に記載の超音波計測装置
は、計測対象の既知の位置に圧力波を発生させる圧力波
発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向する既知の位
置に設置されて、該発生位置から伝播される圧力波を検
出する圧力波検出装置と、前記検出される圧力波の伝播
時間を測定する伝播時間測定装置と、前記測定される伝
播時間によって前記圧力波の発生位置と圧力波検出装置
間の距離を算出する演算装置とを備え、前記圧力波の発
生位置と圧力波検出装置間の距離を複数箇所対応の相当
分算出し、該算出されるそれぞれの各距離によって、圧
力波の発生位置対応部分の表面形状を計測できるように
したことを特徴としている。

【００２０】本請求項４の超音波計測装置では、圧力波
発生装置を用いて、計測対象の既知の位置に圧力波を発
生させ、該発生位置から伝播される圧力波が既知の位置
に設置した圧力波検出装置で検出される。また、この圧
力波の伝播時間は、伝播時間測定装置によって複数箇所
対応の相当分測定され、かつ演算装置においては、各伝
播時間に基づいて圧力波の発生位置と圧力波検出装置間
の各距離が算出されると共に、これらの算出される各距
離によって、圧力波の発生位置に対応する部分の表面形
状が計測される。

【００２１】本発明の請求項５に記載の超音波計測装置
は、請求項１ないし４の何れか１項の超音波計測装置に
おいて、前記圧力波発生装置として、レーザー光を照射
して照射位置に圧力波を発生させるレーザー光発生装置
を用い、また、前記圧力波検出装置として、前記圧力波
を検出して電圧信号に変換する圧電トランスデューサー
を用いることを特徴としている。

【００２２】本請求項５の超音波計測装置では、圧力波
発生装置にレーザー光発生装置を用いることで、指向性
に優れたレーザー光によって圧力波の発生位置ないしは
複数の各圧力波の発生位置が特定もしくはほぼ特定され
る。

【００２３】本発明の請求項６に記載の超音波計測装置
は、請求項２の超音波計測装置において、前記圧力波検
出装置として、少なくとも４個以上の各圧力波検出装置
を設け、該各圧力波検出装置で検出される圧力波のうち
で、検出レベルの高い少なくとも３つの検出信号を前記
演算装置による各圧力波の発生位置の測定演算に用いる
ことを特徴としている。

【００２４】本請求項６の超音波計測装置では、圧力波
検出装置として、少なくとも４個以上の各圧力波検出装
置を設け、検出される圧力波のうちで、検出レベルの高
い少なくとも３つの検出信号を演算装置による各圧力波
の発生位置の測定に用いることで、測定精度の向上がな
される。

【００２５】本発明の請求項７に記載の超音波計測装置
は、請求項２の超音波計測装置において、前記各圧力波
検出装置には、指向性の高い装置構成をそれぞれに用
い、該各高指向性の圧力波検出装置によって高レベルの
各圧力波信号を検出し、該高レベルの各圧力波信号を前
記演算装置による各圧力波位置の測定演算に用いること
を特徴としている。

【００２６】本請求項７の超音波計測装置では、各圧力
波検出装置として、それぞれに高指向性の圧力波検出装
置を用いることで、高レベルの各圧力波信号が検出さ
れ、これによって各圧力波の発生位置の測定精度が向上
される。

【００２７】本発明の請求項８に記載の超音波計測装置
は、請求項２の超音波計測装置において、前記伝播時間
測定装置は、測定した各伝播時間によって対応する各圧
力波の検出レベルおよび／または位置データを補正する
機能を有することを特徴としている。

【００２８】本請求項８の超音波計測装置では、伝播時
間測定装置によって測定される各圧力波の各伝播時間に
より、対応する各圧力波の検出レベルおよび／または位
置データを補正することで、圧力波の発生位置の同定が
正確になされる。

【００２９】本発明の請求項９に記載の超音波計測装置
は、請求項２の超音波計測装置において、前記伝播時間
測定装置は、前記圧力波検出装置の指向性に対応して前
記圧力波の検出信号を補正する機能を有することを特徴
としている。

【００３０】本請求項９の超音波計測装置では、伝播時
間測定装置が圧力波検出装置の指向性に対応して圧力波
の検出信号を補正することで、圧力波の発生位置の同定
が正確になされる。

【００３１】本発明の請求項１０に記載の超音波計測装
置は、請求項２の超音波計測装置において、前記演算装
置の出力側には、該演算装置によって測定された各圧力
波検出装置の位置、および各圧力波の検出レベルをリア
ルタイムで表示する表示装置を設けたことを特徴として
いる。

【００３２】本請求項１０の超音波計測装置では、演算
装置の出力側に設けた表示装置により、該演算装置によ
って測定された各圧力波検出装置の位置、および各圧力
波の検出レベルがリアルタイムで表示される。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波計測装
置の各別例による実施の形態につき、図１ないし図６を
参照して詳細に説明する。なお、これらの実施形態例の
各図において上記従来例の各図と同一符号は該当部分を
示している。

【００３４】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の
実施形態を適用した超音波計測装置の概要を示す構成説
明図である。

【００３５】この図１に示す第１の実施形態において、
超音波計測装置は、計測対象の表面１の各特定部分（既
知の複数の圧力波発生位置）にレーザー光４を照射して
圧力波を発生させるレーザー光発生装置（圧力波発生装
置）２、および該レーザー光発生装置２からのレーザー
光４の照射位置を制御する照射位置制御装置３と、計測
対象の表面１の各特定部分に対して相応の距離だけ離間
した未知の位置で矢印方向へ移動可能に設置され、レー
ザー光４の照射によって該各特定部分毎に発生したそれ
ぞれの各圧力波５を検出し、かつ該検出信号を電圧に変
換して出力する圧電トランスデューサー（圧力波検出装
置）６と、各圧力波５の伝播時間を測定するための伝播
時間測定装置としての、該検出信号電圧をディジタル信
号に変換するＡ／Ｄ変換器７、および該ディジタル信号
を処理する信号処理装置８と、該処理された信号に基づ
いて計測対象の表面１までの距離を演算するディジタル
計算機（演算装置）１０とで構成されている。

【００３６】上記第１の実施形態による装置構成では、
計測対象の表面１の各特定部分にレーザー光発生装置２
からレーザー光４を照射することにより、該各照射部分
に局所的なエネルギーが加えられてプラズマが生成さ
れ、かつ該プラズマ振動によって対応する各圧力波５が
発生する。本第１の実施形態においては、照射位置制御
装置３の制御により、それぞれの各トリガー信号に基づ
き、表面１の３個所に時間差をおいてレーザー光４を照
射する。

【００３７】これらの時間差をおいて発生した各圧力波
５は、それぞれに圧電トランスデューサー６が受波して
検出され、個々に対応する各電圧信号に変換される。ま
た、該各電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器７に入力されてディ
ジタル信号に変換される。信号処理装置８には、各レー
ザー光４の照射時刻（各トリガー信号）と、これに対応
する各ディジタル信号とが入力される。

【００３８】ここで、信号処理装置８に入力される各信
号の態様を図２に示す。この図２において、レーザー光
４をｉ番目に照射した時刻をｔ_ri、ｉ番目の圧力波５を
受波した時刻をｔ_aiとする。また、レーザー光４の伝播
速度は、光速に及び圧力波５の伝播速度に比較して極め
て速いことから、この場合は、レーザー光４を照射した
時刻ｔ_rを圧力波５の発生した時刻とする。

【００３９】従って、圧力波５の伝播時間９（ｔ_ri：ｉ
＝１〜３）は、ｔ_ai−ｔ_riによって求められる。さら
に、この値をディジタル計算機１０に入力することによ
り、該ディジタル計算機１０では、このときの媒質中を
伝播する圧力波４の速度ｖ_pから、その伝播距離
（Ｌ_ti：ｉ＝１〜３）を、Ｌ_ti＝ｖ_p×ｔ_ti によって求めることができる。そして、各圧力波５の発
生位置を（ａ_i．ｂ_i．ｃ_i：ｉ＝１〜３）とし、かつ
圧電トランスデューサー６の位置を（ｘ，ｙ，ｚ）とす
ると、伝播距離との関係式は、Ｌ_ti＝｛（ｘ−ａ_i）²＋（ｙ−ｂ_i）²＋（ｚ−
ｃ_i）²｝^1/2 のようになる。

【００４０】すなわち、このようにして計測対象の表面
１の３個所に時間差でレーザー光４を照射し、該当する
表面の３点に圧力波５を発生させることで、上記関係式
がそれぞれに得られ、これをディジタル計算機１０で解
くことにより、各圧力波５の発生位置、ひいては矢印方
向へ移動可能な圧電トランスデューサー６の設定位置な
らびに移動位置を容易に同定できるのである。

【００４１】（第２の実施形態）図３は本発明の第２の
実施形態を適用した超音波計測装置の概要を示す構成説
明図である。

【００４２】この図３に示す第２の実施形態において、
超音波計測装置は、計測対象としての金属壁面１１と、
該金属壁面１１の特定部分にレーザー光４を照射して圧
力波を発生させるレーザー光発生装置２と、既知の各位
置にそれぞれ設置され、レーザー光４の照射によって金
属壁面１１の特定部分に発生した圧力波５を該当位置で
それぞれに検出し、かつ電圧信号に変換して出力する複
数、この場合、３個の圧電トランスデューサー６と、以
下、第１の実施形態の場合と同様に、各圧力波５の伝播
時間を測定するために設けられるところの、検出電圧信
号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７、および
該ディジタル信号を処理する信号処理装置８と、該処理
されたディジタル信号に基づいて計測対象の金属壁面１
１までの距離を算出するディジタル計算機１０とで構成
されている。

【００４３】この場合、先に述べた第１の実施形態によ
る構成が、複数の既知の位置で発生する圧力波を未知の
位置に単独に設けた圧電トランスデューサーで検出し、
未知である該圧電トランスデューサーの位置を演算によ
って同定するための装置であるのに対して、本第２の実
施形態による構成では、未知の圧力波の発生位置を既知
の位置に設けた複数の圧電トランスデューサーで検出
し、未知である圧力波の発生位置を演算によって同定す
るための装置である。

【００４４】すなわち、上記第２の実施形態による装置
構成では、計測対象の金属表面１１の特定部分にレーザ
ー光４を照射した場合、該特定部分で発生する圧力波５
を各別位置に配置させた３個の圧電トランスデューサー
６によって検出し、それぞれの各圧電トランスデューサ
ー６から個々に変換された各電圧信号を出力する。これ
らの検出された各電圧信号は、上記の場合と同様に、Ａ
／Ｄ変換器７によってそれぞれにディジタル信号に変換
されると共に、信号処理装置８に入力されて各圧力波５
の伝播時間を求める。その後、該信号処理装置８内に設
けた遅延回路を用いることで、得られた各伝播時間を順
次にディジタル計算機１０へ入力して演算する。

【００４５】ここでも、信号処理装置８に入力される各
信号の態様を図４に示す。この図４においても明らかな
ように、本第２の実施形態においては、上記第１の実施
形態の場合と同様に、それぞれの各信号の伝播時間９か
ら、対応する伝播距離、ひいては金属表面１１上の圧力
波５の発生位置と各圧電トランスデューサー６の設置位
置との間の距離が分かる。また、既知の位置に設置した
各圧電トランスデューサー６の位置を（ａ_i．ｂ_i．ｃ
_i：ｉ＝１〜３）とし、かつ圧力波５の発生位置を
（ｘ，ｙ，ｚ）とするときは、上記第１の実施形態の場
合と同様な関係式が得られて、ここでは、圧力波５の発
生位置を容易に同定できるのである。

【００４６】この場合、圧電トランスデューサー６とし
て、少なくとも４個以上の圧電トランスデューサー６を
設け、これらの各圧電トランスデューサー６で検出され
るそれぞれの各圧力波のうちで、比較的検出レベルの高
い少なくとも３つの検出信号をディジタル計算機１０へ
入力して各圧力波の発生位置の測定に用いるときは、該
測定結果の精度を一層高めることができる。

【００４７】（第３の実施形態）図５は本発明の第３の
実施形態を適用した超音波計測装置の概要を示す構成説
明図である。

【００４８】この図５に示す第３の実施形態において、
超音波計測装置は、計測対象の表面１の各特定部分にレ
ーザー光４を照射して圧力波を発生させるレーザー光発
生装置２、および該レーザー光発生装置２からのレーザ
ー光４の照射位置を各別に制御する照射位置制御装置３
と、レーザー光４の照射によって計測対象の表面１の各
特定部分にそれぞれに発生させた各圧力波５を検出し、
かつ電圧信号に変換して出力するための、この場合、２
個の圧電トランスデューサー６と、以下、第１および第
２の各実施形態の場合と同様に、各圧力波５の伝播時間
を測定するために設けられるところの、検出電圧信号を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７、および該デ
ィジタル信号を処理する信号処理装置８と、該処理され
たディジタル信号に基づいて計測対象の表面１までの距
離を算出するディジタル計算機１０とで構成されてい
る。

【００４９】すなわち、本第３の実施形態による装置の
構成は、上記第１の実施形態の場合の装置構成とほぼ同
様であるが、各圧力波５を受信するそれぞれの圧電トラ
ンスデューサー６の設置位置が既知である点で異なって
いる。

【００５０】この第３の実施形態の場合には、各圧力波
５の発生位置と、該各圧力波５を検出するそれぞれの圧
電トランスデューサー６の設置位置とが既知であるこ
と、つまり、両者間の距離が確定されているため、これ
らの両者間での各圧力波５の伝播時間９を測定して、そ
の平均速度を求めることができる。一方、圧力波５の速
度は温度に依存し、かつその伝播空間の温度分布の情報
を有しているから、同図５に見られるように、これを多
点（この場合、３点）で測定することにより、ＣＴ法を
用いて温度の空間分布を容易に求め得るのである。

【００５１】（第４の実施形態）図６は本発明の第４の
実施形態を適用した超音波計測装置の概要を示す構成説
明図である。

【００５２】この図６に示す第４の実施形態において、
超音波計測装置は、計測対象としての金属壁面１１と、
該金属壁面１１の特定部分にレーザー光４を照射して圧
力波を発生させるレーザー光発生装置２と、既知の各位
置にそれぞれ設置され、レーザー光４の照射によって金
属壁面１１の特定部分に発生した圧力波５を個別に検出
し、かつ電圧に変換してそれぞれに出力する複数、この
場合、３個の圧電トランスデューサー６と、ここでも同
様に、該個別に検出された各圧力波５の伝播時間と各圧
電トランスデューサー６の最大出力値とを測定するため
の、検出電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変
換器７、および該各ディジタル信号を処理する信号処理
装置８と、該処理された各ディジタル信号に基づいて圧
力波５の発生位置を算出すると共に、この場合にはレー
ザー光４の強度の補正計算を行うディジタル計算機１０
と、演算結果の圧力波５の発生位置と強度とをそれぞれ
に表示する表示装置１２とで構成されている。

【００５３】ここで、圧力波５の強度は、伝播距離（あ
るいは伝播時間）に対応して減衰することが知られてい
る。このときの減衰の程度の関数をｆ（ｔ_p）とし
（ｌ：伝播時間）、ｆ（０）＝１、ｆ（∞）＝０とす
る。また、ディジタル計算機１０においては、圧電トラ
ンスデューサー６の最大出力値と圧力波５の伝播時間を
入力して、上記第２の実施形態の場合と同様に伝播距離
を求め、さらに、最大出力値Ｐ（ｉ）（ｉ＝１〜３）を
減衰の程度の関数ｆ（ｔ_p）と伝播時間とから、次の式
によってレーザー光４の強度を補正する。

【００５４】Ｐｒ（ｉ）＝Ｐ（ｉ）／ｆ（ｔ_p）また、上記補正方法としては、別に圧電トランスデュー
サー６の指向性を減衰の程度の関数ｆ（ｔ_p）に代えて
用いることも可能である。

【００５５】以上の結果から、本第４の実施形態におい
ては、ディジタル計算機１０で求めた圧力波５の発生位
置および強度をリアルタイムで表示装置１２に表示させ
ることにより、金属壁面１１の何れの位置にどのような
強度で圧力波５が発生したかを容易に監視できるのであ
る。

【００５６】従って、ここでは、本第４の実施形態の場
合を含んで上記第２の実施形態においては、各圧電トラ
ンスデューサー６として、それぞれに比較的指向性の高
い圧電トランスデューサー６を用い、これらの各高指向
性の圧電トランスデューサー６によって高レベルの各圧
力波５を検出し、該高レベルの各圧力波５の信号をディ
ジタル計算機１０による圧力波の発生位置の演算に用い
ることによっても、同様に測定結果の精度を一層高める
ことができる。

【００５７】また、信号処理装置８によって求めた各圧
力波５の伝播時間を用い、それぞれに対応の各圧力波５
の検出レベルおよび／または位置データの補正をなすよ
うにすることで、圧力波の発生位置の同定を正確に行い
得る。

【００５８】さらに、信号処理装置８に関しては、圧電
トランスデューサー６の指向性に対応して各圧力波５の
検出信号を補正する機能を与えることによっても、圧力
波の発生位置の同定に効果的である。

【００５９】

【発明の効果】以上、各実施形態例によって詳述したよ
うに、請求項１に記載の超音波計測装置によれば、計測
対象の既知の複数位置に圧力波発生装置で圧力波を発生
させ、該各発生位置から伝播される各圧力波を未知の位
置に設置して移動可能にされた圧力波検出装置によって
個別に検出でき、かつ各圧力波の伝播時間を伝播時間測
定装置を用いてそれぞれに測定した後、各伝播時間に基
づき、演算装置によって圧力波検出装置の設定位置を算
出するようにしたので、未知であった圧力波検出装置の
設定位置ならびに移動位置を精度よく容易に測定でき
る。

【００６０】また、本発明の請求項２に記載の超音波計
測装置によれば、計測対象の未知の位置に圧力波発生装
置で圧力波を発生させ、該発生位置から伝播される各圧
力波を既知の複数位置に設置した各圧力波検出装置によ
って個々に検出でき、かつ各圧力波の伝播時間を伝播時
間測定装置を用いてそれぞれに測定した後、各伝播時間
に基づき、演算装置によって圧力波の発生位置を算出す
るようにしたので、未知であった圧力波の発生位置を精
度よく容易に測定できる。

【００６１】また、本発明の請求項３に記載の超音波計
測装置によれば、計測対象の既知の位置に圧力波発生装
置で圧力波を発生させ、該発生位置から伝播される圧力
波を既知の位置に設置した圧力波検出装置によって検出
でき、かつ圧力波の伝播時間を伝播時間測定装置を用い
て複数箇所対応の相当分測定した後、各伝播時間に基づ
き、演算装置によって圧力波の発生位置と圧力波検出装
置間での各圧力波の伝播速度を算出できるようにしたの
で、これらの各圧力波の伝播速度から、ＣＴ法によって
伝播空間中における温度分布を容易に計測することがで
きる。

【００６２】また、本発明の請求項４に記載の超音波計
測装置によれば、計測対象の既知の位置に圧力波発生装
置で圧力波を発生させ、該発生位置から伝播される圧力
波を既知の位置に設置した圧力波検出装置によって検出
でき、かつ圧力波の伝播時間を伝播時間測定装置を用い
て複数箇所対応の相当分測定した後、各伝播時間に基づ
き、演算装置によって圧力波の発生位置と圧力波検出装
置間の各距離を算出できるようにしたので、これらの算
出される各距離によって、圧力波の発生位置に対応する
部分の表面形状を容易に計測することができる。

【００６３】また、本発明の請求項５に記載の超音波計
測装置によれば、請求項１ないし４の何れか１項の超音
波計測装置において、圧力波発生装置にレーザー光発生
装置を用いるようにしたので、指向性に優れたレーザー
光によって圧力波の発生位置ないしは複数の各圧力波の
発生位置を特定もしくはほぼ特定することができ、この
結果、測定精度の向上を効果的かつ容易に図り得る。

【００６４】また、本発明の請求項６に記載の超音波計
測装置によれば、請求項２の超音波計測装置において、
圧力波検出装置として、少なくとも４個以上の各圧力波
検出装置を設け、該各圧力波検出装置で検出される圧力
波のうちで、検出レベルの高い少なくとも３つの検出信
号を演算装置による各圧力波の発生位置の測定に用いる
ようにしたので、ここでも結果的に測定精度の向上を効
果的かつ容易に図り得る。

【００６５】また、本発明の請求項７に記載の超音波計
測装置によれば、請求項２の超音波計測装置において、
各圧力波検出装置として、それぞれに高指向性の圧力波
検出装置を用いるようにしたので、高レベルの各圧力波
信号を容易に検出することができ、この結果、同様に測
定精度の向上を効果的かつ容易に図り得る。

【００６６】また、本発明の請求項８に記載の超音波計
測装置によれば、請求項２の超音波計測装置において、
伝播時間測定装置によって測定される各圧力波の各伝播
時間により、対応する各圧力波の検出レベルおよび／ま
たは位置データを補正するようにしたので、この場合
は、圧力波の発生位置の同定を一層正確に行い得る。

【００６７】また、本発明の請求項９に記載の超音波計
測装置によれば、請求項２の超音波計測装置において、
伝播時間測定装置が圧力波検出装置の指向性に対応して
圧力波の検出信号を補正するようにしたので、この場合
にも、圧力波の発生位置の同定を一層正確に行い得る。

【００６８】さらに、本発明の請求項１０に記載の超音
波計測装置によれば、請求項２の超音波計測装置におい
て、演算装置の出力側に設けた表示装置により、該演算
装置によって測定された各圧力波検出装置の位置、およ
び各圧力波の検出レベルをリアルタイムで表示するよう
にしたので、計測対象の何れの位置にどのような強度で
圧力波が発生したかを容易に監視できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を適用した超音波計測
装置の概要を示す構成説明図

【図２】同上第１の実施形態での圧力波の伝播時間測定
を説明する説明図

【図３】本発明の第２の実施形態を適用した超音波計測
装置の概要を示す構成説明図

【図４】同上第２の実施形態での圧力波の伝播時間測定
を説明する説明図

【図５】本発明の第３の実施形態を適用した超音波計測
装置の概要を示す構成説明図

【図６】本発明の第４の実施形態を適用した超音波計測
装置の概要を示す構成説明図

【図７】従来例による超音波計測装置の概要を示す構成
説明図

【図８】同上従来例での圧力波の伝播時間測定を説明す
る説明図

【符号の説明】

１……計測対象の表面２……レーザー光発生装置（圧力波発生装置）３……照射位置制御装置４……レーザー光５……圧力波６……圧電トランスデューサー（圧力波検出装置）７……Ａ／Ｄ変換器８……信号処理装置９……伝播時間１０……ディジタル計算機（演算装置）１１……計測対象の金属表面１２……表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者兼本茂神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 2F056 VS01 VS03 VS05 VS07 VS10 2F068 AA00 AA04 AA06 AA40 BB01 BB22 DD04 DD09 EE00 FF25 GG07 HH01 KK18 LL04 LL11 LL17 QQ00 QQ05 QQ44 RR01 TT01 2G064 AB06 AB16 AB23 BD18 CC13 CC29 DD08 DD12 5J083 AA01 AC28 AD01 AD04 AE06 AG20 CA39 CB01 EA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】計測対象の既知の複数位置に圧力波を発
生させる圧力波発生装置と、前記各圧力波の発生位置に
対向する未知の位置に設置して移動可能にされ、該各発
生位置から伝播される各圧力波を個別に検出する圧力波
検出装置と、前記検出される各圧力波の伝播時間をそれ
ぞれに測定する伝播時間測定装置と、前記測定される各
伝播時間によって前記圧力波検出装置の設置位置ならび
に移動位置を算出する演算装置とを備えることを特徴と
する超音波計測装置。
【請求項２】計測対象の未知の位置に圧力波を発生さ
せる圧力波発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向す
る既知の複数位置に各別に設置されて、該発生位置から
伝播される圧力波を個々に検出する各圧力波検出装置
と、前記各別に検出される圧力波の伝播時間をそれぞれ
に測定する伝播時間測定装置と、前記測定される各伝播
時間によって前記圧力波の発生位置を算出する演算装置
とを備えることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項３】計測対象の既知の位置に圧力波を発生さ
せる圧力波発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向す
る既知の位置に設置されて、該発生位置から伝播される
圧力波を検出する圧力波検出装置と、前記検出される圧
力波の伝播時間を測定する伝播時間測定装置と、前記測
定される伝播時間によって前記圧力波の発生位置と圧力
波検出装置間での圧力波の伝播速度を算出する演算装置
とを備え、前記圧力波の伝播速度を複数箇所対応の相当
分算出し、該算出されるそれぞれの各圧力波の伝播速度
により、ＣＴ法を用いて伝播空間中の温度分布を計測で
きるようにしたことを特徴とする超音波計測装置。
【請求項４】計測対象の既知の位置に圧力波を発生さ
せる圧力波発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向す
る既知の位置に設置されて、該発生位置から伝播される
圧力波を検出する圧力波検出装置と、前記検出される圧
力波の伝播時間を測定する伝播時間測定装置と、前記測
定される伝播時間によって前記圧力波の発生位置と圧力
波検出装置間の距離を算出する演算装置とを備え、前記
圧力波の発生位置と圧力波検出装置間の距離を複数箇所
対応の相当分算出し、該算出されるそれぞれの各距離に
よって、圧力波の発生位置対応部分の表面形状を計測で
きるようにしたことを特徴とする超音波計測装置。
【請求項５】前記圧力波発生装置として、レーザー光
を照射して照射位置に圧力波を発生させるレーザー光発
生装置を用い、或いは前記圧力波検出装置として、前記
圧力波を検出して電圧信号に変換する圧電トランスデュ
ーサーを用いることを特徴とする請求項１ないし４の何
れか１項に記載の超音波計測装置。
【請求項６】前記圧力波検出装置として、少なくとも
４個以上の各圧力波検出装置を設け、該各圧力波検出装
置で検出される圧力波のうちで、検出レベルの高い少な
くとも３つの検出信号を前記演算装置による各圧力波の
発生位置の測定演算に用いることを特徴とする請求項２
に記載の超音波計測装置。
【請求項７】前記各圧力波検出装置には、指向性の高
い装置構成をそれぞれに用い、該各高指向性の圧力波検
出装置によって高レベルの各圧力波信号を検出し、該高
レベルの各圧力波信号を前記演算装置による各圧力波位
置の測定演算に用いることを特徴とする請求項２に記載
の超音波計測装置。
【請求項８】前記伝播時間測定装置は、測定した各伝
播時間によって対応する各圧力波の検出レベルおよび／
または位置データを補正する機能を有することを特徴と
する請求項２に記載の超音波計測装置。
【請求項９】前記伝播時間測定装置は、前記圧力波検
出装置の指向性に対応して前記圧力波の検出信号を補正
する機能を有することを特徴とする請求項２に記載の超
音波計測装置。
【請求項１０】前記演算装置の出力側には、該演算装
置によって測定された各圧力波検出装置の位置、および
各圧力波の検出レベルをリアルタイムで表示する表示装
置を設けたことを特徴とする請求項２に記載の超音波計
測装置。