JP3045369B2 - 超音波を用いた厚みゲージ及び粗さゲージ - Google Patents

超音波を用いた厚みゲージ及び粗さゲージ

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
    • G01B17/025—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness for measuring thickness of coating

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲージに関し、特に、
基板上の被覆の厚さを基板及び被覆の組成に係わりなく
測定可能な厚みゲージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超音波は、音響的に異なる特性を有する
基板上の各被覆の厚みを調べるために、理想的な物理的
メカニズムを提供する。１つの被覆が基板上に施され、
この基板が上記被覆の音響特性と異なる音響特性を有す
るとき、音響的な被覆／基板の境界が形成される。この
ような境界においては、超音波の振動が部分的に反射さ
れることになる。
【０００３】たとえば、インパルスとしても知られる超
音波振動は、共振型の圧電式変換器により被覆内部に送
信され得る。また、同じ変換器は、上記インパルスが被
覆と基板との境界から変換器に向けて反射するときに形
成されるエコーを「聴く」ためにも設けられ得る。変換
器からの出力は、インパルスが送信された後、既知の期
間において記録され得る。この期間はエコーウィンドウ
( echo window )として定義される。このエコーウィン
ドウは、対象とする予測されるエコーの期間と重畳する
ように定められる。
【０００４】上記エコーウィンドウの期間内に記録され
るエコーを解析することにより、被覆と基板との間の境
界の位置を測定することが可能である。その被覆の厚さ
は、その被覆材料内での音速と、境界エコーの時間とが
分かっていれば測定され得る。言い換えると、被覆の厚
さは、被覆材料内を進む振動の速度に、振動が被覆内に
侵入して上記境界で反射し、この被覆から出るまでの期
間を乗じ、その積を２で割ることにより求められる。 厚さ＝（速度×期間）／２
【０００５】求められる厚さの分解能は、サンプリング
されるエコーの時間的な分解能 ( temporal resolution
)で制限される。サンプリングされるエコーの分解能を
向上することは、求める厚さの分解能を直接的に向上さ
せるであろう。
【０００６】非鉄性で非導電性の基板上に施された被覆
を測定するのに使用する超音波式被覆厚測定器は幾らか
存在している。このような厚みゲージは、次のような３
つの大きな分類、即ち、リアルタイム式のエコー解析
器、リアルタイム式のエコー捕捉／デジタル解析器、及
びアナログ／デジタルのハイブリッド型の探傷解析器に
分けられる。各タイプのゲージの簡単な説明は以下の通
りである。
【０００７】１．リアルタイム式のエコー解析器 リアルタイム式のエコー解析器は、複数の超音波インパ
ルスを発生して、その結果として生じるエコーをリアル
タイムで解析するようにしたゲージに属する。肉厚を測
定するために構成された超音波式厚みゲージは、典型的
には、変換器／材料間のエコー、及び、材料／空気間の
エコー（戻りエコー）の期間において、計測回路を動作
可能にするゲート型しきい値検出器を使用する。この計
測回路は、典型的には１０ナノ秒の分解能、又はこれよ
りも高い分解能まで分解するために必要とされる。たと
えば、スチール４１０ ( STEEL 410 )において約 0.025
4ｍｍ（ 0.001インチ）の分解能に分解するためには、 １mil ／２９１mil/s ＝１／２９１ ×２（往復） ＝６．８７ナノ秒 の分解能を必要とする。
【０００８】典型的に、このタイプの肉厚ゲージは、多
くの期間測定（変換器／材料間のエコーから材料／空気
間のエコー）に基づいて平均値を求めるものである。
又、幾つかのゲージは、複数の戻りエコーの検出に基づ
いてパルサー ( pulser ) を再トリガーする。タイマー
が出現すべき所定数のサイクルに対する時間の長さを決
定する間に、所定数の再トリガーサイクルの出現が可能
である。そして、再トリガーサイクルの数を増やすこと
により、より良好な分解能を実現することができる。
【０００９】変換器／被覆エコー間、及び、被覆／基板
エコー間の遅延時間を正確に測定するための方法が存在
している。米国特許第４，６８５，０７５号の「超音波
の伝播時間を測定するための装置」、及び、米国特許第
４，８３８，０８６号の「超音波により加工物の肉厚を
測定するための方法」には、多重エコー間の遅延を分解
するための幾つかの技術が説明されている。この種の厚
みゲージは、両方の表面からの「複数の鮮明なエコー
( crisp echoes ) 」を必要とする。この種の厚みゲー
ジは、基板の上の被覆を測定する場合、基板が被覆の音
響特性と類似する音響特性を持つと、一貫性のない結果
を提供することになる。
【００１０】この問題を克服することを支援するため
に、この種の厚みゲージの大部分は、エコー期間の間に
ランプダウンとされる可変閾値型の検出器を用いてお
り、例えば、超音波振動が材料内に送信される間、検出
器がトリガーすることを許容しないような１つのレベル
にしきい値が維持される。そして超音波振動が被覆内を
伝播するにつれて閾値のレベルが減少される。このよう
に係るゲージは、変換器／材料間のエコーからの変換器
の調子に段々影響されなくなるので、被覆における振動
の減衰を補償することができる。しかしながら、この問
題は適切には対処されておらず、特に、薄い被覆が測定
される場合には適切には対処されない。この種の超音波
式厚みゲージの大部分は、特定の用途に対しては旨く適
用されるが、多目的な用途に適合させるには柔軟性に欠
ける。
【００１１】２．リアルタイム式のエコー捕捉／デジタ
ル解析 リアルタイム式のエコー解析に関連される諸欠点のいく
つかを克服するために、リアルタイム式のエコー捕捉型
の各ゲージは、エコー波形をデジタル化するように用い
られる。典型的に、この種の装置は、エコー波形をリア
ルタイムでデジタル化する非常に高速なＡ／Ｄ変換器を
備えている。例えば、スチール４１０において約 0.025
ｍｍの分解能まで分解するためには、約 6.87 ナノ秒の
分解能を必要とする。故に、要求されるＡ／Ｄ変換器
は、この分解能で波形をサンプリングできなければなら
ない。
【００１２】しかし典型的に、これらの技術を用いるゲ
ージは、高速なサンプリング範囲とデジタルコンピュー
タとを用いて、結果的に得られるエコー波形をデジタル
化して解析することができる実験室や研究室での利用に
限られる。
【００１３】３．アナログ／デジタルのハイブリッド型
の探傷解析器 探傷解析器は、典型的に、超音波検査のエコー波形を発
生し、増幅し、且つ表示するための機構を提供する。そ
のような機器は、金属構造内において表面の傷を検査す
るのに非常に有用である。そして表面のひび割れやボイ
ド等の傷が、非常に正確に画像化され得る。たとえば、
有毒物質を輸送するために使用されるパイプ内径上の溶
接傷や腐食が、アナログ／デジタル式のハイブリッド型
探傷解析器を用いて画像化され得る。
【００１４】このような機器は、非常に有用であるが、
オペレータが結果を理解して解釈する必要がある。この
ような被覆厚測定のための装置の操作は、オペレータが
エコーウィンドウから対象とする境界エコーを識別する
必要がある。そして対象とするエコーがひとたび見つけ
られると、その材料の音速に基づいて、スケールによっ
て直接的に距離を測定する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、超音
波検査を実行することができる手持ち式の携帯型装置を
提供することに関する。そのために本発明は、圧電素子
でできた超音波変換器を励振して、その変換器によって
検出されるエコー波形を増幅し、そのエコー波形を等時
間間隔 ( equivalent time、以下等間隔と略す )内でサ
ンプリングした後、そのエコー波形をデジタル化し、且
つその波形を加工処理して、検査している標本の未知の
特性を計算し、これらの各特性をオペレータに表示する
のに必要とされる、各機構を提供することにある。
【００１６】特に、本発明に係る１つの形態では、音響
的に異なる基板に塗布された被覆の厚さを測定すること
に関する。また、本発明は、検査している材料の他の各
特性を量子化するためにも使用され得る。このようなエ
コー波形を解析することにより基板の粗さの測定を行う
ことができる。被覆の幾つかの特性、例えば硬さ，表面
粗さ，及び被覆粘着性等の特性が、エコー波形の適切な
解析によって全て決定され得る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの形態で
は、独特な高速サンプリング装置を一体とし、この高速
サンプリング装置は、圧電式の変換器からのエコー波形
を再構成するために等間隔サンプリング法を使用する。
サンプルされた波形の時間的分解能を増加させるため
に、サンプルされたデータに基づいてカーブ適合関数
( curve fittng function )が実行される。このカーブ
適合関数は、その入力として、等間隔サンプリングされ
たデータを使用する。適合関数は、サンプリング期間を
減少させてソフトウエアによってでサンプルされる。結
果的に得られるサンプルされた波形は、大きな時間的分
解能を有する、適合された当初の波形を表わす。被覆の
検査に使用される超音波の波長よりも薄い被覆に対して
高い分解能の被覆厚測定を行うために、逆たたみ込み技
術 ( deconvolution technique )が使用され得る。
【００１８】本発明を従来技術と比較すると、本発明は
エコー波形が高い分解能のサンプリング表示で得られる
ことと、専用のハードウェアを使用した場合に匹敵する
ような被覆厚さが計算される、という利点がある。
【００１９】本発明に係る他の形態においては、エコー
ウィンドウを直接的に表示するための機構は設けられな
い。この場合、オペレータは、被覆の種類及び基板の種
類についてゲージに指示する。そしてこのゲージが、そ
のような被覆／基板の組合わせを最適に検査するための
機器を構成する。そして数値的な技術を用いることで被
覆厚の測定が、デジタル化されたエコー波形の解析から
得られる。したがって本発明は、被覆又は基板の種類が
未知である場合でも用いられ得る。
【００２０】経験を積んだ超音波検査者に対して本発明
は適切でないように見えるかもしれないが、被覆厚測定
に興味をもつ検査者に対し、本計器は、積み重ねられた
知識ベースと、様々な検査状況に適合される機能とを組
合わせるという利点を提供するものである。
【００２１】また本発明は、遠隔のホストコンピュータ
（ＰＣ）に結合させることができる。本ゲージは、デジ
タル化されたエコー波形を送信してホストコンピュータ
の出力装置に表示されるように指令され得る。これによ
り、離れた現場でデジタル化されたエコー波形を用いて
研究室内で解析及び格納が行なわれ得る。このように本
発明は、超音波エコー波形を容易に発生してデジタル化
し、その波形を格納した後で、その結果を表示、解析、
及び記録する独特な「手持ち式の」携帯用ツールを検査
者に提供する。
【００２２】本発明はエコー波形をデジタル化する。任
意のエコーの特徴に応じて種々の数値的技術を適用する
ことにより、実行される検査の種類に基づいて解析法を
適応させることが可能である。本発明は、このような適
応技術を実行するための機構を提供するものである。
【００２３】本発明は、手持ち支持型の携帯用として理
想的に適応された独特のサンプリング装置を用いる。こ
のサンプリング装置は、エコー波形を５ナノ秒以下の分
解能で再構成することができると共に、比較的小さな面
積及び電力で実現できるものである。
【００２４】当分野における技術状況の電子部品を用い
ることにより、超音波エコーの発生、増幅、サンプリン
グ、デジタル化、及び解析のための装置を構成すること
が可能である。本発明はこのような装置を開示するもの
である。
【００２５】したがって本発明は、超音波変換器と、こ
の変換器にパルスを送るためのパルサーと、上記変換器
からの信号をサンプリングするためのサンプラーと、上
記パルサー及びサンプラーを制御して上記サンプラーに
て受信される信号の等間隔サンプリングを実行するタイ
マーと、上記サンプルされた各信号を基に第１の材料の
厚さを計算するための制御器とを有する厚みゲージを含
む。
【００２６】また、本発明に係る他の形態は、基板上の
被覆の厚みを決定するためのゲージを提供するものであ
る。このゲージは、幾つかの超音波信号を発信及び受信
し、且つ受信さされた超音波振動信号に比例した電気的
な変換信号を生成するための変換器であって、変換器／
被覆の境界から反射される第１の信号と、被覆／基板の
境界から反射される第２の信号とを含む受信信号を受信
する変換器と； 複数のパルスを変換器へ送り、上記超音波信号の発信を
トリガーするためのパルサーと； 上記電気的変換器信号をサンプルし、サンプリングされ
たデータを生成するためのサンプラーと； 上記パルサー及びサンプラーを制御して、上記サンプラ
ーにて受信された信号の等間隔サンプリングを実行する
タイマーと；及び、上記サンプルされたデータに基づい
て被覆の厚さを計算するための制御器とを備え、上記制
御器が、上記サンプルされたデータを逆たたみこみ解析
する機能をもち、上記被覆が変換器から発信される超音
波信号の波長よりも薄い場合、上記第１の信号に対応す
るサンプリングされたデータを上記第２の信号に対応す
るサンプリングされたデータから識別する、ゲージが提
供される。
【００２７】
【実施例】以下、本発明に係るゲージの実施例を図面と
ともに説明する。まず、本発明は、例えばコンクリート
のような非導電性且つ非鉄性の基板を含め、基板上の被
覆の厚さを測定するためのゲージに関するものである。
本発明は、肉厚や表面の粗さ、又は超音波信号の反射に
影響を及ぼす他の物理的な特性を測定するためにも使用
することができる。尚、図１及び図２３には、本発明に
係る手持ち支持型のゲージ１０が示されている。
【００２８】本ゲージ１０は、好ましくは数値的技術と
結合された等間隔サンプリングシステム上で動作するこ
とで、サンプリングされたデータの時間的な分解能を向
上させる。本発明は、独特な高分解能のサンプリング装
置を含み、好ましくは、励振される圧電素子型変換器か
ら得られる超音波エコー波形のデジタル表示を捕捉でき
るサンプリング装置を含む。
【００２９】図２は、本発明に係るシステムの機能的な
ブロック図を表している。図２に示されるように、本ゲ
ージ１０は、５つの機能的なサブシステムに分割するこ
とができ、すなわち、変換器１２、捕捉サブシステム１
４、前段解析サブシステム１６、解析サブシステム１
８、及び、構成サブシステム２０に分割され得る。尚、
図２における記号「ＳＷ」及び「ＨＷ」は、その機能が
ソフトウエア（ＳＷ）によるものか、又はハードウェア
（ＨＷ）によるものかを示すために用いられている。こ
のシステムには８ビットのマイクロプロセッサ（図３の
参照番号２２）が一体化されており、係るシステム内の
種々の要素を制御している。
【００３０】図３は、本発明に係る超音波エコーデジタ
イザー用の高分解能なサンプリング装置のブロック図で
ある。この装置は、電圧可変の容量性放電型パルサー２
４と、超音波変換器１２と、利得可変型ＲＦ増幅器２６
と、高速サンプラー２８と、アナログ−デジタル変換器
３０と、精密なタイミング制御回路３２とを備えてい
る。このサンプリング装置の動作は、マイクロプロセッ
サ２２によって制御される。高速ＤＳＰ（デジタル信号
プロセッサ）３４がマイクロプロセッサ２２にインタフ
ェースされており、数値的に高度な計算を実行する。
【００３１】その動作においてパルサー２４は、繰り返
しトリガーされることで、変換器１２を何回も急速に連
続励振する。変換器１２は、好ましくは超音波変換器で
ある。超高速サンプリング回路は、パルサー２４が変換
器１２を励振する毎に累進的に長くなる遅れを有してサ
ンプルするように、トリガーされる。これによりパルサ
ー２４は、サンプラーに対してその遅れ時間を累進的に
調整しながら、多数回トリガーされる。言い換えると、
パルサー２４は、１回の読出しにおいて１０２４回トリ
ガーされ得る。最初のトリガーのときの読出しは、トリ
ガー後の時間Ｘでサンプリングされる。そして第２のト
リガーのときの読出しは、トリガー後の（Ｘ＋固定時間
間隔、たとえば、２ナノ秒）の時点でサンプリングされ
る。更に第３の読出しは（Ｘ＋（２×固定時間周期））
の時点でサンプリングされ、以下同様に行われる。この
ようにして一連の測定が行われ、各測定は、直前のトリ
ガの後、所定時間間隔の時点で行われる。全体的な読出
しの時間的分解能は、サンプル時間として知られている
固定時間間隔の長さから決定され得る。
【００３２】アナログ−デジタル変換器３０は、サンプ
ルされたエコー波形をデジタル化するために使用され
る。したがってエコー波形は、累進的に再構成される。
当該サンプリングと以前のサンプリングとの間の遅れの
差は、再構成された波形のサンプル期間を表わしてい
る。エコー波形のためのサンプルウィンドウは、パルス
／エコー／サンプルの各動作数、又はサンプル時間を変
更することにより制御され得る。この種のサンプリング
については、ここでは「等間隔サンプリング」と呼ぶこ
とにする。等間隔サンプリングの利点は、ＲＦ増幅器２
６の利得の制御が非常に簡単になることである。
【００３３】利得に対する遅延関数を用いることによ
り、ゲージ１０が、検査されている被覆材料内での音響
的減衰を補償することを可能にする。デジタル化された
エコー波形が解析されることで、その境界領域の位置が
算術的に導かれる。本発明は、超音波エコーをデジタル
化するメカニズム、及び、「手持ち支持型の」携帯用機
器という制約内で等間隔サンプリングを用いてエコーを
デジタル化するのに必要な技術に着目するものである。
【００３４】次に、各サブシステムについて、以下に詳
しく説明する。 変 換 器 変換器１２は圧電素子３６を有し、この圧電素子は、ハ
ウジング３８の内部に装着されている。圧電素子３６
は、圧電素子が電気信号によって励振されたときに、圧
電素子３６が振動して超音波振動を発生し、その超音波
振動がこの圧電素子から結合媒体３７内に伝播するよう
に配置される。好ましい形態において、上記結合媒体３
７はポリスチレンである。
【００３５】好ましくは上記変換器１２は、縦方向の超
音波振動を生成するタイプのものである。変換器１２の
好適な共振振動数は、約１０ＭＨｚである。上記結合媒
体３７は、また、遅延線とも呼ばれ、圧電素子３６から
測定すべき被覆内へ超音波振動を結合するべく用いられ
る。この遅延線の目的は、パルサー２４から生成される
励振関数を、被覆／基板の境界から生成される反射から
時間的に分離することにある。
【００３６】超音波変換器１２のためのハウジング３８
は、図４，図５，及び図６に示されている。変換器スイ
ッチ４０（図６参照）がハウジング４０内部に一体化さ
れており、例えばハウジング３８の端部等、容易にアク
セス可能な位置に配置されたボタン４２を備えている。
ボタン４２は、スイッチ４０に機械的に結合されてお
り、ボタン４２が押されるとスイッチ４０が閉じられる
ようになっている。結合手段を形成するためにピン４４
が用いられており、このピンは、好ましくは金メッキさ
れた真鍮で構成され、種々の変換器がハウジング３８と
容易に着脱され得るようにしている。
【００３７】変換器１２は、好ましくは図１３に示すよ
うに、変換器スイッチ４０に結線される。そして変換器
スイッチ４０は、好ましくは同軸ケーブル５８を用いて
本装置の本体に結線される。詳しくは後で説明するが、
本装置全体は、変換器ハウジング３８上の変換器スイッ
チ４０を活性化することにより電力が供給される。変換
器ハウジング３８上で変換器スイッチ４０をオンにする
ことで本ゲージ１０を活性化可能にすることは、オペレ
ータが本ゲージ１０自身を持つことなく、肩紐のような
もので容易に運べるようにし、オペレータが本ゲージ１
０を容易にアクセスできるようにする。このようにハウ
ジング３８にスイッチ４０を設けることにより、本ゲー
ジ１０は片手で簡単に操作することができる。
【００３８】変換器ハウジング３８に設けられたスイッ
チ４０は、変換器１２と、この変換器を本装置に相互接
続するための同軸ケーブル５８と直列に構成されてい
る。変換器の抵抗６０が、変換器１２と並列にスイッチ
４０に接続されている。
【００３９】本ゲージのメインハウジング内には制御ス
イッチ６２が設けられており、その状態が位置１の場
合、回路点Ｂから回路点Ｄまでの回路が形成されるよう
に構成される（図１３参照）。上記位置１の場合、変換
器１２は、被覆／基板間を検査するために使用され得
る。スイッチ４０が閉じられると、回路は、回路点Ｄと
回路点Ｃの間で形成される。図９における回路点Ｂと回
路点Ｃは、図１３における回路点Ｂと回路点Ｃに接続さ
れる。
【００４０】変換器の抵抗６０は、変換器１２との間を
行き来する信号と干渉しないような適切な値に選択され
る。制御スイッチ６２の位置は、マイクロプロセッサ２
２によって制御される。
【００４１】この装置は、制御スイッチ６２を実現する
ために、ＦＯＲＭ Ｃ１リレーを使用している。制御ス
イッチ６２の位置２は、回路点Ｅと回路点Ｄとを接続す
るために用いられる。抵抗３３４が回路点Ｅに接続され
ており、これにより制御スイッチ６２を用いて回路点Ｅ
が回路点Ｄに接続されるとき、つまり変換器スイッチ４
０が閉じられるとき、電源Ｖから抵抗３３４，スイッチ
６２，同軸ケーブル５８，変換器スイッチ４０，及び抵
抗６０を通して電流が流れて回路を完結する。
【００４２】回路点Ｅの電圧は、マイクロプロセッサ２
２によってモニタされる。変換器スイッチ４０がオープ
ン状態のとき、抵抗３３４，スイッチ６２，同軸ケーブ
ル５８，変換器スイッチ４０，及び抵抗６０により形成
された回路には電流は流れない。したがって回路点Ｅの
電圧は、＋Ｖとなる。
【００４３】変換器スイッチ４０が閉じられたとき、上
記回路に電流が流れ、回路点Ｅの電圧は、次のように表
される。 Ｖ ／（（１／抵抗６０の値）×（１／抵抗３３４の
値）） このように変換器スイッチ４０は、係る装置の制御をマ
イクロプロセッサ２２によるスイッチ６２の効果的な制
御を通して制御することができる。変換器スイッチ４０
の状態を知るためにソフトウエアが必要な場合、スイッ
チ６２が位置２に移動されると、回路点Ｅの電圧が測定
される。
【００４４】この装置が電源オフ状態にある場合、制御
スイッチ６２の状態は位置２となる。そして回路点Ｖが
電源に接続されると、装置に電力が供給される。本実施
例においては、そのためにＰチャネルＭＯＳＦＥＴが使
用されている。
【００４５】捕捉サブシステム（ The Acquisition Sub
system ) 本捕捉サブシステム１４は、超音波振動を生成し、被覆
／基板の境界から反射される超音波エコーのデジタル表
示を捕捉するために使用される。本捕捉サブシステム１
４内においては、インパルス機能を生成するためにパル
サー２４が用いられる。このインパルス機能は、変換器
１２により超音波振動に変換するものであり、この超音
波振動は、検査中、結合媒体３７によって被覆／基板内
に伝播される。
【００４６】この超音波振動は、異なる弾性特性の境界
に遭遇するまで被覆内を伝播する。このような境界は、
大部分の被覆／基板の境界に形成される。この超音波振
動が境界に遭遇するとエコーが発生される。このエコー
は、励振の入射角が被覆／基板の境界に対して実質的に
垂直である場合、そのエコーは変換器１２へ戻る。変換
器１２が振動させられると、その振動を表す電気信号が
発生される。その信号は高周波の利得可変型ＲＦ増幅器
２６によって増幅される。
【００４７】係るエコーの強さは、ＲＦ増幅器２６にど
れくらいの利得を適用すべきか指示する。被覆及び基板
の材料の各特性を知ることにより、基板上の被覆の異な
る厚さに対して必要とされる利得対遅延時間を予測する
関数を導くことができる。
【００４８】動作の間、利得対遅延時間の関数が計算さ
れ、且つセットされた後、変換器１２は被覆上に配置さ
れてもよく、これによりエコー波形が形成されてデジタ
ル化される。図７は、デジタル化されたエコー波形を示
す。図示のように１０２４個のサンプルが８ビットの垂
直方向の分解能にデジタル化される。この波形は、解析
され、十分な振幅の幾つかのサンプルがデジタル化され
た波形内に存在するかどうかが判定される。基線（図７
のｙ軸上の１２８に相当）からの垂直単位±２０の偏り
が十分であると判定されている。もしもこの範囲内にサ
ンプルが存在しなければ、その範囲内でエコーが見つか
るまで利得が繰り返し調整され、必要に応じて増減され
る。もしもサンプルがＡ／Ｄ変換器の範囲を超える場
合、Ａ／Ｄ変換器は飽和して、最大又は最小（図７のｙ
軸における＃２５５又は＃０に相当）を表示する。
【００４９】捕捉サブシステム１４内のサンプラーは、
高速サンプラー２８，タイミング発生器３２，Ａ／Ｄ変
換器３０といった３つの機能ブロックから構成される等
間隔サンプリング装置を使用する。
【００５０】図９において、パルサー２４は、高電圧電
源４６と、充電抵抗４８と、放電用コンデンサ５０と、
放電スイッチ５２と、ダンピング回路網５４と、帰還回
路網５６とを備えて構成されている。
【００５１】コンデンサ５０は、上記抵抗４８を通じて
充電される。コンデンサ５０の両端に所定の電圧が充電
されると、放電スイッチ５２は、タイミング発生器３２
からの適切な信号によって閉じられる。帰還回路網５６
は、回路点Ｆにてマイクロプロセッサ２２によりサンプ
ルされ、回路点Ａにて適切な電圧がいつ発生されたかを
判定する。放電スイッチ５２が閉じられると、コンデン
サ５０の端子間電圧が放電スイッチ５２を通じて放電さ
れる。回路点Ａを回路点Ｃに瞬時に接続することによ
り、回路点Ｂは回路点Ｃに対して瞬時に負電位となる。
回路点Ｂは、回路点Ａ，Ｂ及びＣが本質的にほぼ同じ電
位になるまでゆっくりと放電する。
【００５２】図１０及び図１１のタイミング図内の信号
１０７は、スイッチ５２が閉じられた時における回路点
Ｃに対する回路点Ｂの電圧を示す。このインパルスは、
インパルス関数を近似的に示している。パルサ２４に接
続される共振式の圧電変換器１２はその基本周波数で共
振する。図１１及び図１２は、それぞれ時間領域及び周
波数領域のパルサー出力機能を示している。
【００５３】変換器１２が、例えばゲルを用いて被覆に
適切に結合されているとき、共振周波数の振動が被覆内
に伝播する。このようにパルサー２４について述べた
が、インパルス関数を発生する適当な手段であればどの
ようなものでも良いことが分かるであろう。
【００５４】利得可変型のＲＦ増幅器２６は、好ましく
は、約７０ｄｂまでの利得を提供する広帯域ＲＦ増幅器
を備えており、ほとんどの工業的用途において対象とす
る被覆／基板の組合に適当であることが示されている。
【００５５】上記利得及び遅延の内、少なくともいずれ
か一方を変えて種々の被覆及び基板にたいする補償を行
うために、ＲＦ増幅器２６は、可変的な利得制御入力を
供給する。増幅器２６の利得は、例えば０ｄｂから７０
ｄｂ以上まで調整され得る。
【００５６】高速サンプラー２８は、１つの制御信号が
サンプラーに対して、増幅されたエコー波形の現在の状
態を保持することを指示するまで、増幅されたエコー波
形を追跡するために用いられる。
【００５７】図１４のサンプラー２８は、例えば図１５
の装置７２，７４，７６，７８のような、典型的な追跡
及び保持型増幅器の構成とは異なる前置サンプラー ( f
rontend sampler )を備えている。サンプラー２８は、
初段閉ループバッファ ( first stage closed loop buf
fer ) ６６内に組み込まれている保持スイッチを備えて
いる。通常的な追跡及び保持アーキテクチャにより、閉
ループバッファ７２の後に保持スイッチ７４が配置され
ている。サンプラー２８は、スイッチ及びバッファの両
方に対する誤り訂正を提供し、同時に、開ループ構成を
表すスルーレート ( slew rate )を実現する。保持用コ
ンデンサ６８のための捕捉スルー電流は、通常的なダイ
オードブリッジのスイッチ構成７４，７６よりも高い。
この捕捉電流は、最大サンプリング率，入力周波数，及
び歪みに対する限界に対して主に寄与する。閉ループ出
力バッファ７０は、サンプラーの出力からの保持コンデ
ンサの分離を与える。
【００５８】サンプラーの時間的な分解能を更に向上さ
せるために、サンプラーに低い電圧入力が供給される。
その後、サンプラーの出力が増幅され、Ａ／Ｄ変換器の
ためにスケールされる。ＲＦ増幅器／サンプラーのため
に電気的な低ノイズの環境を確立するるべく特別な注意
を払うことにより、４ナノ秒オーダの非常小さい捕捉時
間を得ることができると同時に、フルスケールで１％の
設定許容誤差を維持することができる。本実施例におい
て使用されるアルゴリズムは、追跡及び保持増幅器にお
ける設定状態の絶対的な許容誤差に概して関連されない
ので、振幅の許容誤差を多少犠牲にすることでサンプラ
ーの時間的分解能を更に向上させることができる。許容
可能なサンプラーは、例えば、アナログ・デバイス社製
のＡＤ９１０１型サンプラーがある。
【００５９】本実施例におけるＡ／Ｄ変換器３０は、サ
ンプラー２８の設定出力をデジタル化するために使用さ
れる。このＡ／Ｄ変換器３０は、サンプラーへの入力の
現在の状態を保持するために保持信号が用いられた後、
約５００ナノ秒でタイミング発生器３２によりトリガー
される。タイミング発生器３２は、パルス／エコー／サ
ンプル／デジタル化の各サイクルのタイミングのために
極めて正確な時間基準を提供するために使用される。
【００６０】図１６において、タイミング発生器３２
は、マイクロプロセッサ２２からの信号（１００）によ
って起動される精密ランプ発生器８０を備えている。そ
のランプ波形は、タイミング図に（１１２）として示さ
れている。高速比較器８２は、基準電圧（１０３）をラ
ンプ信号（１１２）と比較する。ランプ信号（１１２）
が基準信号（１００）に等しいとき、ランプ信号（１１
２）が開始した後、通常、約数百ナノ秒の時点で比較器
８２の出力が放電スイッチ５２（図９参照）を閉じ、パ
ルサー２４からのパルス（１０７）をトリガする。
【００６１】また、パルサー２４は、上記ランプによる
トリガーの前にマイクロプロセッサ２２によってトリガ
ーされてもよい。これによりエコーウィンドウがパルサ
ーから発生されたパルスに対して適当な時間に移動され
得る。
【００６２】比較器８４は、ランプ信号（１１２）を第
２の基準電圧（１０２）と比較する。第２の基準電圧
（１０２）は、Ａ／Ｄ変換器８６の出力である。ランプ
信号（１１２）が上記基準電圧（１０２）に等しいと
き、信号（１１０）は高くなる。この信号、すなわち遅
延されたトリガー（１１０）は、サンプラー上で保持ス
イッチとして作用する。
【００６３】基準電圧（１０２）を調整することによ
り、保持トリガーが丁度良い時間にシフトされ得る。し
たがって、パルサー２４の各パルスに対して完全な等間
隔サンプルを形成するために、第２の基準電圧（１０
２）が、各サンプル間の時間の実効周期に対応する量を
増分される。
【００６４】サンプラー２８の出力（１０５）は、遅延
されたトリガーがサンプラー２８の出力（１０９）を保
持するまで、エコー波形（１０８）を追跡する。遅延発
生器８８は、Ａ／Ｄ変換器をトリガーする保持設定遅延
（１１１）を提供する。この遅延（１１１）は、信号
（１０９）が変換前に設定するようにするために必要と
される。保持回路は理想的ではないので、保持信号（１
０９）内には時間にわたり垂下特性が存在する。この垂
下特性は一定であり、且つ、Ａ／Ｄ変換器３０は各サイ
クル（１１１）と同じ時間でトリガされるので、その作
用は、Ａ／Ｄ変換器３０の出力上で利得の損失として観
察される。
【００６５】したがって、本サンプリング装置は、エコ
ー波形の小さい部分を逐次サンプルする等間隔サンプリ
ング手段と協働する。パルス／エコー／サンプル／デジ
タル化のサイクルは、繰り返されると同時にＡ／Ｄ変換
器への入力を変更する。これにより、サンプラー内の保
持スイッチが各サイクル毎にプログラムされた量だけ遅
延される。このサンプル周期は次のようにして定められ
る。 サンプル周期＝Ｄ／Ａ出力（ボルト／ビット）／ランプ
勾配（ボルト／秒）
【００６６】ランプ信号（１１２）の勾配を調整するこ
とにより、エコーウィンドウを調整することができる。
しかし、本実施例においてはランプ勾配が固定されるこ
とが好ましく、エコーウィンドウは、基準電圧（１０
３）及び（１０２）を変更することにより調整される。
非常に厚い被覆を測定するためには、調整可能なランプ
又は遅延されたランプの構成が用いられ得る。遅延され
たランプ構成は、ランプの開始前にパルサー２４をトリ
ガーする。したがって、本装置の時間的分解能（サンプ
ル周期）は一定に維持される。本装置は、エコーウィン
ドウが対象とするエコーを重畳するようにランプ開始の
ための遅延周期を調整する。捕捉サブシステムの出力
は、変換器１２によって検出されるときの時間内におけ
る超音波振動の大きさを表わす数の一次元の列となる。
【００６７】前段解析サブシステム ( The Preanalysis
Subsystem ) 前段解析サブシステムは、解析サブシステム１８によっ
て使用するために、サンプラー２８からの生のデジタル
化された結果を強調するために用いられる。前段解析サ
ブシステム１６は出力として一次元の列を提供し、この
列が捕捉サブシステム１４内でデジタル化されるような
エコー波形内で位置付けされるエコーの強さを表してい
る。前段解析サブシステム１６は、デジタルフィルタ
と、時間的な分解能を向上させるためのアルゴリズム
と、逆たたみ込みアルゴリズムといった３つのソフトウ
エア構成を備えて構成される。
【００６８】デジタルフィルタは、好ましくはＦＩＲフ
ィルタを備えて構成される。このフィルタは、デジタル
化されたエコーの信号対ノイズ比を向上させるための技
術を提供する（図７及び図８参照）。
【００６９】時間的な分解能を向上させるためのアルゴ
リズムは、サンプルされたデータの時間的な分解能を向
上させるために用いられる。
【００７０】逆たたみ込みアルゴリズムは、捕捉サブシ
ステム１４に必要とされる信号帯域幅を減らすと共に、
薄い被覆を検査するために必要とされる時間的な分解能
を維持するための技術を提供する。
【００７１】この前段解析は、必要であれば濾波機能や
時間的な強調機能を備える。被覆の音響特性が基板の音
響特性に対して類似すればするほど、被覆と基板との境
界から有意なエコーを得ることがますます困難となる。
したがって前段濾波機能は、信号対ノイズ比を向上さ
せ、これにより解析器の結果が向上される。加えて、被
覆として用いられる粗い材料は、結果的に多くのエコー
経路をもつエコー波形となる。
【００７２】デジタル化されたエコー波形の強さは、図
７（濾波されない場合）及び図８（濾波され場合る）に
示すように、各エコー波形がうまく定められていないと
きに明らかになる。デジタル濾波技術により、非常に良
く境界されたフィルタ／非常に良く作動するフィルタを
可能にする。
【００７３】幾つかの検査構成において、エコー波形を
解析するために濾波機能は必要とされない。本前段解析
器は、濾波の必要性と、使用されるフィルタの種類とを
ゲージの構成と、使用される変換器の種類とに基づいて
決定する。フィルタの種類は、種々のプログラム分岐の
簡単な選択により容易に調整される。
【００７４】被覆が薄い場合、被覆／基板の境界から得
られるエコーが、変換器／被覆の境界から得られるエコ
ーにより干渉する状態が起きることがある。このような
状態の場合、被覆の時間的な領域反射特性を得ることを
支援するために、逆たたみ込み機能が用いられる。
【００７５】以下の解析は、被覆厚ゲージにおいて逆た
たみ込みがどのように用いられ得るのかを示すものであ
る。超音波振動の伝播、及び音響的な境界からのこれら
振動の反射が線形的な過程であると仮定する。遅延線／
被覆、及び被覆／基板系に対して入射波ｉj （図１７参
照）と、時間領域反射特性ｈj （図１８参照）とが与え
られた場合、たたみ込みを用いることにより、反射波ｏ
j （図１９参照）を導くことができる。この時間領域反
射特性（ｈj ）は、ｘｙプロットとして見なすことがで
き、ここで、ｘ軸は入射波に対する超音波振動の伝播時
間を表わし、ｙ軸は以前に説明したように境界層からの
反射の強さを表わす。図１８におけるピーク１７１は、
遅延線／被覆からのエコーを表わす。尚、このエコーは
時刻０にある。ピーク１７２は、被覆／基板からのエコ
ーを表わす。また、このエコーは時刻１．５μｓｅｃに
位置されている。これは、被覆／基板の境界から反射す
る超音波振動の一部の往復時間が１．５μｓｅｃである
ことを示している。
【００７６】変換器の遅延線から得られるエコーは、入
射波 ( wavelet )ｉj を表すために用いられ得る。これ
は反射波ｏj をデジタル化することが可能である。上記
入射波ｉj 及び反射波ｏj の両方のデジタル化された表
示が与えられるとき、逆たたみ込みを用いることによ
り、被覆／基板系の時間領域反射特性ｈj を得ることが
できる。そしてこの時間領域反射特性ｈj から、超音波
振動の往復時間を決定することができるので、被覆の厚
さを決定することができる。本実施例において、周波数
領域の逆たたみ込みは、逆高速フーリエ変換（ｉｆｆ
ｔ）及び高速フーリエ変換（ｆｆｔ）を用いることで実
行され、 ｈj ＝ｉｆｆｔ（ｆｆｔ（ｏj ）／ｆｆｔ（ｉj ）） ここでは、逆たたみ込みが、反射波と入射波の周波数領
域における各ポイント毎の分割として計算され得る。
【００７７】動作において、本ゲージ１０は、変換器の
遅延線からの超音波の反射（ｉj ）をサンプリングする
ことにより目盛測定される。反射波ｏj は、上述のよう
にサンプルされたエコー波形である。又、ｈj は上述し
たように計算される。
【００７８】通常的に被覆材料及び基板材料、並びに厚
さの範囲の種々の組合わせに対しては、異なる変換器周
波数が好ましい。本実施例は、広帯域の変換器及び逆た
たみ込みを用いることで、被覆及び基板、並びに厚さの
範囲で広い様々な組合わせを１つの変換器で測定するこ
とができる。本実施例における１つの利点は、係る装置
が、薄い被覆を測定するために変換器の周波数を変更す
ることを回避するべく調整され得ることである。
【００７９】以下の例は、捕捉サブシステムの周波数帯
域幅要求を制限するために逆たたみ込みを使用する場合
を示すものである。測定されるべき被覆は、プラスチッ
ク製の基板上の約０．０２５ｍｍ（１ mil）のエポキシ
である。エポキシ被覆内の縦方向の音速は、約２．７ｍ
ｍ／マイクロ秒（１０５ mil／マイクロ秒）である。エ
ポキシ／プラスチックの境界面から反射される超音波振
動は、変換器から生成されてから約２０ナノ秒以内に変
換器に到達する。 （２×１ミル）／（１０５ミル／マイクロ秒）＝１９．
０５ナノ秒
【００８０】１０ＭＨｚの共振変換器における遅延線内
での振動の波長は、次のようにして計算される。 １／１０ ×１０6 Ｈｚ＝１００ナノ秒
【００８１】したがって、遅延線／被覆の境界面からの
エコーは、エポキシ／プラスチック境界面からのエコー
とオバーラップする。このようなオーバラップの結果
が、図２４に示されている。通常的な超音波検査技術を
用いると、図２４の反射波は、被覆／基板の境界面の指
示を直接的に提供しないであろう。しかし逆たたみ込み
を用いれば、図２５のような結果が得られる。図２５
は、時刻０におけるエコー（遅延線と被覆との境界）
と、０．０１９マイクロ秒（１９ナノ秒）におけるエコ
ーを示している。
【００８２】このような本発明の原理を用いない場合、
上記サンプルは、高い周波数（短い波長），高くダンプ
された（低いリングの）変換器を用いて直接的に解析さ
れ得るであろう。しかし、このような変換器は、少なく
とも７５ＭＨｚの共振周波数をもち、被覆／基板エコー
が到達する以前に遅延線／被覆エコーが通ることを保障
する必要がある。
【００８３】ここで認識すべきことは、逆たたみ込みの
代わりに他のアルゴリズムが使用できることである。セ
プストラル領域処理 ( cepstral domain processing )
、スプリット・スペクトル逆たたみ込み ( split spec
trum deconvolution ) 、及びワイナー逆たたみ込み (
weiner deconvolution ) が、その幾つかの例である。
本実施例は、好ましくは、時間的な分解能を向上させる
ためのアルゴリズムを用いて捕捉サブシステムの帯域要
求を減少させる。
【００８４】前段解析サブシステム１６の出力は、好ま
しくは、この検査におけるｈj で示される反射特性の時
間領域の表示となることが好ましい。
【００８５】捕捉サブシステムから得られるエコー波形
の時間的分解能を強化するために、適合するアルゴリズ
ムが用いられ、デジタル化された波形を固定することが
できる。これにより上記固定された波形が、ソフトウエ
ア内で所望の分解能でサンプルされる。新しい波形は、
当初のサンプルされたエコーを誤差とともに表してい
る。
【００８６】たとえば図２１において、破線９０はサン
プルされた波形を表している。しかし実際の波形９２
は、２つのサンプル５及び６の間で測定されたピークを
越えた時点ｔ1 のポイントでピーク９４を含むかもしれ
ない。適合するアルゴリズムを用いると、適合される波
形９６は、測定された波形９０よりも実際の波形９２に
より近く近似されるように形成され得る。また、新しい
波形９６が、１，１´，２，２´，３，３´等の各時点
でサンプルされるとき、この波形９６のデジタル化され
た表示は、当初の信号９０の約２倍の時間的分解能で構
成され得る。時間的な分解能を向上するためのアルゴリ
ズムは、本実施例において好ましくは、高い分解能での
厚さ測定が必要とされる場合に用いられる。
【００８７】解析サブシステム ( The Analysis Subsys
tem ) 解析サブシステム１８は、ピーク検出器と、厚さ変換器
とを備えて構成されている。解析サブシステム１８は、
前段解析器にて計算された時間領域の反射特性内で境界
エコーの位置を決めるために用いられる。図２０は、前
段解析サブシステム１６からの出力のプロット例を示し
ている。このプロットは、ｘ軸として図１０の信号１１
３に対して遅延線／被覆のエコーの往復時間を差し引い
た時間を表している。解析サブシステム１８から得られ
る結果は、被覆厚の測定値である。
【００８８】前段解析サブシステム１６の結果は、エコ
ーウィンドウ内におけるエコーの強さの時間領域表示で
あり、被覆／基板の境界から得られるエコーの強さが反
射内で全体的な可能性において最大となるであろうこと
から（利得制御が適切に行われていると仮定した場
合）、ピーク検出器は、反射特性の規定範囲内で最大の
ピークを見つけるように構成されている。
【００８９】この規定範囲は、被覆／基板の組合わせに
ついての以前のの認識が与えられたときに決定される。
この以前の認識は、構成及び目盛計測から得られる。幾
つかの被覆／基板の組合わせは、粗い表面状態に起因す
る表面エコーと、同時に、被覆の分散及び基板表面粗さ
に起因する表面エコーとを提供する。したがってピーク
検出器は、ゲート１９３及び１９２を用いて制御を行
い、反射キャラクタ内のどこにピークがあるかを探す。
反射キャラクタ内での各ゲートの位置は、ピーク検出器
が動作すべき領域を規定する。低い方のゲート１９３及
び高い方のゲート１９２は、オペレータによって入力さ
れる低い範囲設定及び高い範囲設定を変換することによ
って設定される。
【００９０】低い方のゲート１９３は、ピーク検出器
が、低いゲート１９３を越えた点を単に解析するように
定められる。又、高い方のゲート１９２は、ピーク検出
器が、高いゲート１９２の前の点を単に解析するように
定められる。
【００９１】逆たたみ込みの結果は、図２０に示される
ように時間領域の反射特性である。反射特性のｘ軸は、
入射波に対して測定された時間である。入射波は、遅延
線／被覆の境界からのエコーを表す。したがって反射特
性のｘ軸上の時間は、遅延線を越える伝播時間である。
遅延線から被覆／基板の境界まで、及び、遅延線に戻る
までの超音波振動の伝播時間は、ゲートされる反射特性
内での最大ピーク１９１から測定され得る。
【００９２】そして被覆の厚さは、音速が上述の手段に
よって伝播モードに対して分かっていれば導かれ得る。
もし多重のエコーが得られたとすると、これら多重のエ
コーの位置を検出するための装置に指示することができ
る。このような多重エコーは、薄膜化された構造の解析
の場合に提供され得る。
【００９３】構成サブシステム ( The Configuration S
ubsystem ) 構成サブシステム２０は、オペレータにより供給される
被覆及び基板の選択が与えられたときに機器を構成する
ために用いられる。これらの材料選択は、構成サブシス
テム２０により、図２に示されている他のサブシステム
のために構成パラメータに変換される。構成サブシステ
ム２０は、利得構成，エコーウィンドウ構成，インパル
ス応答蓄積（入射波），材料テーブル構成，及び目盛計
測制御と言った５つのソフトウエア構成を備えて構成さ
れる。
【００９４】図２２は、図１に示されているゲージ１０
のオペレータ用インタフェース９８を示している。この
装置の独特な構成は、ゲージ１０の動作が、「−」及び
「＋」でラベルされる２つのキー２００，２０２の組合
わせ、及び英数字を表示することができるＬＣＤパネル
２０４により制御可能にする。
【００９５】ゲージ領域の全ての操作は、「−」キー２
００及び「＋」キー２０２を操作することで制御され
る。精巧なゲージ動作は、ホストコンピュータと統合さ
れた一連の直列インタフェース２２１（図２３参照）を
介してアクセスされ得る。
【００９６】電源がオフの状態において、本ゲージ１０
は、変換器上に設けられているボタン４２を押下する
か、あるいはキー２００及び２０２のいずれか一方をを
押下するとにより起動される。一旦、電源が投入される
と、ゲージ１０は、ゲージ１０が電源断とされたときに
ゲージ１０が最後に実行していた動作を再び開始する。
典型的にゲージ１０は、特定の検査のために構成される
であろう。
【００９７】変換器１２が被覆上に係合されるとき、ゲ
ージ１０はエコー波形を捕捉し、測定値を得るために必
要とされる処理／解析を実行する。もしも測定値が何も
得られないならば、適当なエラー表示がＬＣＤパネル２
０４上でオペレータに向けて指示される。
【００９８】厚さ計１０の動作特性を変更するために、
オペレータは、キー２００及び２０２の両方を単に同時
に押すことによりメニュー操作を選択する。メニュー選
択１がＬＣＤパネル２０４に表示されるであろう。この
オプションを起動するためには、「肯定」キーとして機
能する「＋」キー２０２を押せばよい。次の有効なメニ
ュー選択に移動させるには、「否定」キーである「−」
キー２００を押せばよい。もしこれ以上の各選択を必要
としない場合には、本ゲージはメニューモードから外さ
れ、メニューが呼び出されなかったかのように動作を続
ける。これら２つのキーは、オペレータが何か選択肢を
選択したり、ゲージに指示することを可能にする。
【００９９】例：メニューモードの１つのオプションに
より、オペレータが被覆材料を設定することを可能にす
る。このオプションを入力したとき、ディスプレイ上で
は、「被覆？」と読むことができる。オペレータが肯定
キー２０２で応答すると、スクリーン表示は、被覆とし
て見出だされる幾つかの材料の内の最初のものを表示す
る。オペレータは、もしも表示された材料が被覆材料で
なければ、否定キー２００を押して別の材料をスクロー
ルする。そして検査すべき被覆材料が表示されたなら
ば、オペレータは、肯定キー２０２を押して、選択した
被覆材料に対して装置パラメータを調整するようにマイ
クロプロセッサ２２に指示する。
【０１００】別のメニューオプションを選択することに
より、オペレータが基板材料を選択することを可能に
し、その場合の操作方法は、上記被覆材料の選択の場合
と同様である。
【０１０１】適切な被覆材料及び基板材料が選択される
と、マイクロプロセッサ２２は、増幅器２６に対して適
切な利得を選択又は計算し、選択された被覆材料と基板
材料との間の境界からのエコーを検出するために適切な
ゲートを選択する。適切な利得又はゲートの選択は、適
当なメモリ又はプログラムされた関数を介して行われ
る。
【０１０２】また、このメニューは、オペレータに対し
て被覆厚について予測される範囲や、あるいは少なくと
も予測される最低値を識別するように要求するようにし
てもよい。またこの範囲データは、適切なゲートを計算
する目的のために使用され得る（図２０参照照）。
【０１０３】マイクロプロセッサ２２は、メニューの種
類が表示されるとき、各メニューオプションの選択可能
な項目が最も頻繁に使用される順序で表示されるように
プログラムされ得る。例えば、最も頻繁に選択される被
覆が「塗料」であるとすると、「被覆？」オプションが
起動されるとき、表示される最初のオプションが「塗
料」となる。もし「塗料」が選択されない場合には、次
に最も頻繁に選択されるオプション表示される。
【０１０４】また、本装置は、各項目が、例えばアルフ
ァベット順等、他の順番で表示され得るように設定され
てもよい。
【０１０５】したがって、ユーザーにより選択される様
々な基準を用いたとすると、本装置は、できる限り迅速
且つ正確に測定値が得られるように装置自身が目盛合せ
する。実行される主な目盛合せは、増幅器２６の利得調
整及びゲートの設定である。
【０１０６】以下の解析は、被覆及び基板の正確な特性
が与えられたときに、エコーの強さがどのようにして計
算されるかを示したものである。 σ 密度 （Ｋｇ／ｍ3 ） μ ポアソン比 Ｅ 弾性係数 （Ｎ／ｍ2 ） とすると、 Ｃ1 ＝〔Ｅ（１−μ）／σ（１＋μ）（１−２μ）〕
1/2 （縦方向の速度） Ｚ ＝ σ・Ｃ1 （音響的
なインピーダンス） となる。被覆及び基板の特性が与えられている場合、被
覆及び基板の音響的なインピーダンスを計算することが
できる。 Ｚcoating ＝σcoating ・Ｃ1 coating Ｚsubstrate ＝σsubstrate ・Ｃ1 substrate 被覆及び基板の境界層からの反射の強さは次のように定
義される。 ＪR ＝Ｊ・Ｒ ここで、 Ｊ＝１／２ ・ Ｚcoating ・ω2 ・ζ2 （入射振
動の強さ） Ｒ＝〔（Ｚsubstrate −Ｚcoating ）／（Ｚsubstrate
＋Ｚcoating ）〕2 ω＝振動の角周波数（ rad／sec ） ζ＝振動的な変位 （ｍ）、である。
【０１０７】強度についての減衰法則と、平面波の反射
／透過に関する特性を用いた場合、下記の展開は、メニ
ューから選択された所定の被覆／基板の組合せの利得対
遅延関数を本ゲージがどのようにして計算し得るかを示
している。
【０１０８】材料が示す超音波振動の伝播に対する抵抗
値は減衰定数として呼ばれる。種々の被覆は異なる減衰
率を示す。 Ｉ＝Ｉ0 ｅ-ad ここで、 Ｉ＝距離ｄにおける強さ Ｉ0 ＝距離０における強さ ａ＝減衰定数（ neper／距離） これにより、 ａｄ＝１０ ｌｏｇ10（Ｉ0 ／Ｉ）ｄＢ ここで、ａ＝減衰（ｄＢ／距離） Ｉ0 , ａ, ｄが与えられると、Ｉは以下のように計算さ
れ得る。 Ｉ＝１０-(ad/10)
【０１０９】Ｄは、Ｄ＝（４Ｚ1 Ｚ2 ）／（Ｚ1 ＋Ｚ
2 ）2 として定義される。これは送信された入射振動の
一部における材料１及び２間の境界からの強度である。 定義： Ｒ0 ＝遅延線／被覆からの反射の強さ（Ｒは以前定義し
たとおり） Ｄ0 ＝遅延線／被覆からの送信された部分の強さ Ｒ1 ＝被覆／基板からの反射の強さ そして、これにより任意の被覆厚ｄに対するエコーの強
さを導くことができる。 Ｉ0 ＝Ｒ0 、及び Ｉd ＝Ｄ0 2１０-(ad/10)Ｒ1 １０-(ad/10) この関係を用いると、被覆の減衰定数と、遅延線材料
と、被覆材料と、基板に関する事項とが与えられた時、
超音波検査に作用する利得対遅延を計算することができ
る。
【０１１０】必要とされる利得は、 Ｇd ＝Ｇdelay line ＋１０ ｌｏｇ（１／Ｉd ）とな
る。 ここで、Ｇdelay line＝受容可能な遅延線のみの
（Ｉj ）エコーを得るために必要とされる利得、であ
る。ｄに対する適切な小さいステップサイズを選択する
ことによって、利得対距離のグラフを描くことができ
る。本実施例は、構成が実行されつつあるとき、このよ
うな解析を実行する。
【０１１１】上記説明したように、利得は、利得対遅延
関数を決定することにより最初に設定され、被覆材料及
び基板材料の音響的なインピーダンスの要因となる。こ
のようにメニューオプションを用いることにより、被覆
及び基板の音響的インピーダンスが用いられて適切な利
得を計算することができる。
【０１１２】尚、同様な方法において、係る装置の読み
込み動作は、上記「＋」キー２０２及び「−」キー２０
０を用いて更に目盛合わせされ得る。係る装置を較正す
るためには、既知の材料及び厚さの被覆を基に読み取り
動作が行われる。もしも表示された指示が正確な被覆の
厚さでない場合、表示される指示値が被覆の既知の厚さ
と等しくなるまで、「＋」キー２０２又は「−」キー２
００を用いて表示された指示値が変更される得る。
「＋」キー及び「−」キーを用いて表示された指示値を
変更することにより、被覆内の超音波の速度を表すため
に使用される値が調整される。これにより利得対遅延関
数が再計算され得る。利得対遅延関数の変更は、係る装
置が再びリセットされるまで、「＋」キー又は「−」キ
ーのいずれか一方、又はメニュー上の幾つかの機能によ
り「ロック」される。
【０１１３】全体的な人間工学的構成（Overall ergono
mic design）上記各キーの位置は、キーの片手操作が可
能となるように配置される。各キーを活性化するのに必
要とされる圧力は、偶発的なキー操作が最少限に抑えら
れる一方、操作の簡便性が維持されるように選ばれる。
また、左手操作／右手操作の見地からオペレータに違和
感を与えないようにされる。
【０１１４】図２３から分かるように、本ゲージ１０
は、検査中に電源交換を簡便に行えるように、交換可能
な電池パック２０４が設けられている。また、本ゲージ
１０は、右利きのオペレータ及び左利きのオペレータの
両方が本ゲージ１０を便利に使用できるように、左側の
ひも２０６及び右側のひも２０８を備えている。更に、
本ゲージ１０は、その構成要素を保護するために分離可
能なスナップで所定場所に保持できるカバーフラップ２
１０を備えている。
【０１１５】本ゲージ１０の裏側には、変換器からのリ
ード線がジャック２１２で接続可能にされている。変換
器を本ゲージに接続する同軸ケーブル５８のプラグは、
その電線が本ゲージのケースの裏側と平行に通線される
ように構成されている。しかし、このプラグはケースか
ら垂直に突き出ることはない。
【０１１６】加えて、上記ケースは、本ゲージをコンピ
ュータに接続できるようにＲＳ２３２ポート２２１が設
けられている。ＲＳ２３２ポートを使用することによ
り、測定が実行されると同時に、本装置がコンピュータ
と接続できるので、その結果、測定値がリアルタイムで
解析又は表示され得る。また、測定値が本ゲージ１０の
メモリ内に格納され得るので、オペレータは、測定値を
得て戻った後、格納されているデータをメモリーからコ
ンピュータにダウンロードし、このコンピュータにより
更に綿密な解析を行うことができる。実際の波形と同時
に厚さの指示値の両者は、当業者には周知の技術に従っ
て格納され得る。
【０１１７】本ゲージ１０のためのパウチ構成は、肩ひ
もとして機能するひも２１４を備えている。このパウチ
は、本ゲージ１０が便利に持ち運びできるように左手又
は右手のいずれでも使用できるひも２０６，２０８を備
えている。
【０１１８】このパウチは、図１及び図２３に示されて
いる。現場作業においては本実施例のパウチ構成は、現
場における作業においては電池を交換するための簡便な
手段を備える必要がある。したがって本実施例のパウチ
設計では、設計上の統一的思想を形成する電池区画部２
０４が組み込まれている。電池交換は、パウチから一体
型の電池パックを取り外し（個々の電池を取り外すので
はない）、電池パックを新しい電池パックと交換するこ
とにより達成される。このパウチに一体化されるものに
は、本ゲージの取扱説明書を収納するための袋がある。
また、パウチは、視覚用のディスプレイと、「＋」キー
及び「−」キーを備える本ゲージ１０の前面を覆うため
に使用されるフラップ２１０を備える。
【０１１９】ひも２１２に取り付けられるビニールパウ
チ２１６は、スリット型の開口部を備えている。ビニー
ルパウチ２１６は、非使用時に変換器１２を保持するた
めに設けられる。ビニールパウチ２１６は、特に有効で
あり、なぜならば変換器の端部で使用するのに必要なゲ
ルにより害されないからである。また、ビニールパウチ
２１６は、オペレータの衣服や手にゲルが付着すること
を阻止する。
【０１２０】図２６及び図２７は、本ゲージの付加的な
説明図である。
【０１２１】以上、本明細書においては好ましい実施例
を特定的に説明したが、本発明の技術思想及び意図する
範囲を逸脱することなく、上記教示内容及び特許請求の
範囲内において、本発明に係るゲージの種々の変形例又
は変更例が可能であることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る厚みゲージの斜視図である。
【図２】本発明に係る厚みゲージの機能的なブロック図
である。
【図３】本発明に係る厚みゲージに用いられる回路のブ
ロック図である。
【図４】上記厚みゲージに用いられる変換器及び変換器
ハウジングの断面図である。
【図５】上記厚みゲージに用いられる変換器及び変換器
ハウジングの上面図である。
【図６】上記厚みゲージに用いられる変換器及び変換器
ハウジングの断面図である。
【図７】本発明によりデジタル化されるエコー波形の波
形図である。
【図８】本発明によりデジタル化されるエコー波形の波
形図である。
【図９】上記厚みゲージに用いられるパルサーの概略的
な回路図である。
【図１０】本発明にて使用される各信号の波形を示す波
形図である。
【図１１】本発明にて使用されるパルサーの出力を示し
たプロット図である。
【図１２】本発明にて使用されるパルサーの出力を示し
たプロット図である。
【図１３】本発明において使用される回路の一部を示す
回路図である。
【図１４】本発明において使用される回路の一部を示す
回路図である。
【図１５】本発明において使用される回路の一部を示す
回路図である。
【図１６】本発明において使用される回路の一部を示す
回路図である。
【図１７】本発明において使用される信号のプロット図
である。
【図１８】本発明において使用される信号のプロット図
である。
【図１９】本発明において使用される信号のプロット図
である。
【図２０】本発明において使用される信号のプロット図
である。
【図２１】本発明において使用される信号のプロット図
である。
【図２２】本発明に係るゲージのユーザー表示パネルの
正面図である。
【図２３】本発明に係るゲージの後部パネルの斜視図で
ある。
【図２４】本発明において使用される信号のプロット図
である。
【図２５】本発明において使用される信号のプロット図
である。
【図２６】本発明に係るゲージの斜視図である。
【図２７】本発明に係るゲージの側面図である。
【符号の説明】
１０…厚みゲージ １２…変換器 １４…捕捉サブシステム １６…前段解析サブシステム １８…解析サブシステム ２０…構成サブシステム ２２…マイクロプロセッサ ２４…パルサー ２６…ＲＦ増幅器 ２８…サンプラー ３０…アナログ−デジタル変換器 ３２…タイミング制御回路 ３４…デジタル信号プロセッサ ３６…圧電素子 ３８…ハウジング ４０…変換器スイッチ ４２…ボタン ４４…ピン ５２…放電スイッチ ６０…変換器抵抗 ６２…制御スイッチ ６６…閉ループバッファ ８０…ランプ発生器 ８２，８４…比較器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビッド ジェイ．ビーミッシュ カナダ国，ケー６ブイ６ダブリュ４，オ ンタリオ，ブロックビル，コルトン ス トリート ４ (56)参考文献 特開 平５−26655（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−40309（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−310886（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−125484（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−104253（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−33457（ＪＰ，Ａ)

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上の被覆の厚さを測定するための厚
    みゲージであって、該厚みゲージは： 超音波信号を前記被覆中に発信し前記基板によって反射
    された前記超音波信号を受信する超音波変換器手段と、 前記変換器手段にパルスを送るパルサーと、 前記変換器手段からの信号をサンプリングするサンプラ
    ーと、 前記パルサー及びサンプラーを制御して、前記サンプラ
    ーによってサンプルされた前記信号の等時間間隔サンプ
    リングを行うタイミング手段と、 前記サンプルされた信号に基づいて前記被覆の厚さを計
    算する制御手段、とを具備し、前記タイミング手段は、
    前記パルサーを制御して一連のパルスを発信させると共
    に、前記サンプラーを制御して前記パルサーによって発
    信された各パルスに対して前記サンプラーによって受信
    された信号をサンプルさせるものであり、かつ連続する
    前記各信号は、対応する前記パルスの発生後において直
    前の時間間隔よりも僅かに長い時間間隔でサンプルされ
    るものである、厚みゲージ。
  2. 【請求項２】 前記タイミング手段が、 ランプ発生器と、 前記ランプ発生器によって生成されるランプ信号を第１
    の信号と比較して、該ランプ信号が前記第１の信号と等
    しいとき、前記パルサーからのパルスをトリガする第１
    の比較器手段と、 前記ランプ発生器によって生成されるランプ信号を第２
    の信号と比較して、該ランプ信号が前記第２の信号に等
    しいとき、前記サンプラーをトリガして前記変換器器信
    号の１つをサンプルする第２の比較器手段と、 を備える、請求項１に記載の厚みゲージ。
  3. 【請求項３】 各パルスのトリガの後、前記第２の信号
    を段階的に増分するための手段を更に具備する、請求項
    ２に記載の厚みゲージ。
  4. 【請求項４】 前記増分手段が、デジタル−アナログ変
    換器を備える、請求項３に記載の厚みゲージ。
  5. 【請求項５】 前記サンプラーが、約１０ナノ秒毎にデ
    ータをサンプリングする手段を備える、請求項１に記載
    の厚みゲージ。
  6. 【請求項６】 前記サンプラーが、約５ナノ秒毎にデー
    タをサンプリングする手段を備える、請求項１に記載の
    厚みゲージ。
  7. 【請求項７】 前記変換器からの受信された信号を増幅
    する増幅器を更に具備する、請求項１に記載の厚みゲー
    ジ。
  8. 【請求項８】 前記増幅器の利得を調整して前記被覆の
    音響的特性を反映させる手段を更に具備する、請求項７
    に記載の厚みゲージ。
  9. 【請求項９】 前記増幅器の利得を調整して前記被覆が
    配置されている基板の音響的特性を反映させる手段を更
    に具備する、請求項８に記載の厚みゲージ。
  10. 【請求項１０】 前記増幅器の利得の調整値を前記被覆
    の音響的特性及び、該被覆が配置されている基板の音響
    的特性に基づいて決定する手段を更に具備する請求項７
    に記載の厚みゲージ。
  11. 【請求項１１】 基板上の被覆の厚さを決定するための
    ゲージであって、 前記被覆との間で超音波を送受信し、且つ前記受信した
    超音波信号と比例する電気的な変換器信号を生成する変
    換器であって、前記受信された信号は変換器／被覆の境
    界から反射される第１の信号と、被覆／基板の境界から
    反射される第２の信号とを含む変換器と； 前記変換器にパルスを送り、前記超音波信号の発信をト
    リガーするパルサーと； 前記電気的変換器信号をサンプリングして、サンプリン
    グされたデータを生成するサンプラーと； 前記パルサー及びサンプラーを制御して前記サンプラー
    によって受信された信号の等時間間隔サンプリングを実
    行するタイミング手段と； 前記サンプルされた信号に基づいて前記被覆の厚さを計
    算する制御手段であって、前記制御手段は、前記サンプ
    リングされたデータに逆たたみ込み解析を施すための手
    段を備え、前記被覆が前記変換器から発信される超音波
    信号の波長よりも薄いとき、前記第１の信号に対応する
    サンプリングされたデータを前記第２の信号に対応する
    サンプリングされたデータから識別するものである、制
    御手段；とを具備し； 前記タイミング手段は、前記パルサーを制御して一連の
    パルスを発信させると共に、前記サンプラーを制御して
    前記パルサーによって発信された各パルスに対して前記
    サンプラーによって受信された信号をサンプルさせるも
    のであり、かつ連続する前記各信号は、対応する前記パ
    ルスの発生後において直前の時間間隔よりも僅かに長い
    時間間隔でサンプルされるものである、 ゲージ。
  12. 【請求項１２】 前記タイミング手段が、 ランプ発生器と、 前記ランプ発生器によって生成されたランプ信号を第１
    の信号と比較して、前記ランプ信号が前記第１の信号と
    等しいとき、前記パルサーからのパルスをトリガする第
    １の比較器手段と、 前記ランプ発生器によって発生されたランプ信号を第２
    の信号と比較して、前記ランプ信号が前記第２の信号と
    等しいとき、前記サンプラーをトリガして前記変換器信
    号の１つをサンプリングする第２の比較器手段と、 を備える請求項１１に記載のゲージ。
  13. 【請求項１３】 各パルスのトリガの後、前記第２の信
    号を段階的に増分する手段を更に具備する、請求項１２
    に記載のゲージ。
  14. 【請求項１４】 時間的な分解能を向上させるアルゴリ
    ズムを実行する手段を更に備え、前記サンプリングされ
    たデータの分解能を向上させる、請求項１１に記載のゲ
    ージ。
  15. 【請求項１５】 基板上の被覆の厚さを決定するための
    ゲージであって、 前記被覆との間で超音波を送受信し、且つ前記受信した
    超音波信号と比例する電気的な変換器信号を生成する変
    換器であって、前記受信された信号は変換器／被覆の境
    界から反射される第１の信号と、被覆／基板の境界から
    反射される第２の信号とを含む変換器と； 前記変換器にパルスを送り、前記超音波信号の発信をト
    リガーするパルサーと； 前記電気的変換器信号をサンプリングして、サンプリン
    グされたデータを生成するサンプラーと； 前記サンプルされたデータに基づいて前記被覆の厚さを
    決定する処理手段と； 前記被覆の音響的特性に対応するデータを前記処理手段
    に入力するための手段とを具備し、 前記入力手段が、 複数の被覆についての音響的データを格納しているメモ
    リと、 １つの被覆の選択に基づいて該選択された被覆に対応す
    るデータが、前記メモリから前記処理手段に選択的に入
    力されるように、前記複数の被覆の中から１つを選択す
    るための手段とを備えるものである、ゲージ。
  16. 【請求項１６】 前記選択手段がユーザーインタフェー
    スを備え、 前記ユーザーインタフェースが、 被覆の名称を表示するためのビジュアル表示装置と、 前記ビジュアル表示装置で表示される被覆を選択するた
    めの第１の接触スイッチと、 前記表示された被覆を除去し、前記ビジュアル表示装置
    で表示されるべき他の被覆を表示させるための第２の接
    触手段とを有するものである、請求項１５に記載のゲー
    ジ。
  17. 【請求項１７】 前記ユーザーインタフェースが、前記
    各被覆をユーザーの選択頻度に基づいた順番で前記ビジ
    ュアル表示装置に表示させるための手段を備え、これに
    より最も頻繁に選択される被覆がビジュアル表示装置に
    最初に現れるようにされた請求項１６に記載のゲージ。
  18. 【請求項１８】 前記ユーザーインタフェースが、前記
    第１及び第２の接触スイッチを用いて、予測される最低
    被覆厚を入力するための手段を更に備える請求項１６に
    記載のゲージ。
  19. 【請求項１９】 基板上の被覆の厚さを決定するための
    ゲージであって、 前記被覆との間で超音波を送受信し、且つ前記受信した
    超音波信号と比例する電気的な変換器信号を生成する変
    換器であって、前記受信された信号は変換器／被覆の境
    界から反射される第１の信号と、被覆／基板の境界から
    反射される第２の信号とを含む変換器と； 前記変換器にパルスを送り、前記超音波信号の発信をト
    リガーするパルサーと； 前記電気的な変換信号をサンプリングして、サンプリン
    グされたデータを生成するサンプラーと； 前記パルサー及びサンプラーを制御して、前記サンプラ
    ーにて受信された信号の等時間間隔サンプリングを実行
    するためのタイミング手段と、 前記サンプルされたデータに基づいて前記被覆の厚さを
    決定するための処理手段と； 前記被覆及び基板の音響的特性に対応するデータを前記
    処理手段に入力するための手段とを具備し、 前記入力手段が、 複数の被覆及び基板についての音響的データを格納して
    いるメモリと、 前記複数の被覆及び基板の中からそれぞれ１つを選択す
    るための手段とを備え、前記各１つの被覆及び基板の選
    択に基づいて適切なデータが前記メモリから前記処理手
    段に選択的に入力される、ゲージ。
  20. 【請求項２０】 前記選択手段がユーザーインタフェー
    スを備え、 前記ユーザーインタフェースが、 被覆及び基板の名称を表示するためのビジュアル表示装
    置と、 前記ビジュアル表示装置で表示される被覆又は基板を選
    択するための第１の接触スイッチと、 前記表示された被覆又は基板を除去し、前記ビジュアル
    表示装置で表示されるべき他の被覆又は基板を表示させ
    るための第２の接触手段と、 を有する請求項１９に記載のゲージ。
  21. 【請求項２１】 前記ユーザーインタフェース手段が、
    前記第１及び第２の接触スイッチを用いて、予測される
    最低被覆厚を入力するための手段を更に備える請求項２
    ０に記載のゲージ。
  22. 【請求項２２】 超音波変換器と、 前記変換器にパルスを送るためのパルサーと、 前記変換器からの信号をサンプリングするためのサンプ
    ラーと、 前記パルサー及びサンプラーを制御して前記サンプラー
    で受信した信号の等時間間隔サンプリングを行うタイミ
    ング手段と、 前記サンプルされた信号に基づいて、被覆で覆われてい
    る基板表面の粗さを計算するための制御手段と、 を具備し、前記タイミング手段は、前記パルサーを制御
    して一連のパルスを発信させると共に、前記サンプラー
    を制御して前記パルサーによって発信された各パルスに
    対して前記サンプラーによって受信された信号をサンプ
    ルさせるものであり、かつ連続する前記各信号は、対応
    する前記パルスの発生後において直前の時間間隔よりも
    僅かに長い時間間隔でサンプルされるものである、表面
    粗さゲージ。
  23. 【請求項２３】 前記サンプラーが、約１０ナノ秒毎に
    データをサンプリングするための手段を備える、請求項
    ２２に記載の粗さゲージ。
  24. 【請求項２４】 前記サンプラーが、約５ナノ秒毎にデ
    ータをサンプリングするための手段を備える、請求項２
    ２に記載の粗さゲージ。
  25. 【請求項２５】 前記変換器から受信される信号を増幅
    するための増幅器を更に具備する、請求項２２に記載の
    粗さゲージ。
  26. 【請求項２６】 基板上の被覆の厚さを決定するための
    ゲージであって、 前記被覆との間で超音波を送受信し、且つ前記受信した
    超音波信号と比例する電気的な変換器信号を生成する変
    換器であって、前記受信された信号は変換器／被覆の境
    界から反射される第１の信号と、被覆／基板の境界から
    反射される第２の信号とを含む変換器と； 前記変換器にパルスを送り、前記超音波信号の発信をト
    リガーするパルサーと； 前記電気的な変換器信号を増幅するための手段と； 前記増幅された電気的変換器信号をサンプリングして、
    サンプリングされたデータを生成するサンプラーと； 前記サンプルされたデータに基づいて前記被覆の厚さを
    決定する処理手段と； 前記被覆の音響的特性に対応するデータを前記処理手段
    に入力するための手段とを具備し、 前記入力手段が、 複数の被覆についての音響的データを格納しているメモ
    リと、 前記複数の被覆の中から１つを選択するための手段とを
    備え、前記１つの被覆の選択に基づいて前記選択された
    被覆に対応するデータが、前記メモリから前記処理手段
    に選択的に入力され、 前記処理手段が、前記入力データを用いて前記増幅器を
    制御するための手段を備えている、ゲージ。
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Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5777230A (en) * 1995-02-23 1998-07-07 Defelsko Corporation Delay line for an ultrasonic probe and method of using same
AU2285197A (en) * 1996-04-18 1997-11-12 Ramseier, Hans-Ulrich Characterisation of objects by means of ultrasonic waves
US5996415A (en) * 1997-04-30 1999-12-07 Sensys Instruments Corporation Apparatus and method for characterizing semiconductor wafers during processing
NO307581B1 (no) 1997-06-24 2000-04-25 Plasto As Fremgangsmåte ved plastbelegging av akslinger
US6243661B1 (en) * 1998-02-12 2001-06-05 Elcometer Instruments Ltd. Coating thickness gauge
US6311558B1 (en) * 1998-03-23 2001-11-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Ultrasonic strain gage using a motorized electromagnetic acoustic transducer
US6501413B2 (en) * 1999-03-22 2002-12-31 Sensors & Software Inc. Timing and control and data acquisition for a multi transducer ground penetrating radar system
US6363788B1 (en) * 2000-06-07 2002-04-02 Digital Wave Corporation Noninvasive detection of corrosion, mic, and foreign objects in containers, using guided ultrasonic waves
US6367328B1 (en) 1999-07-12 2002-04-09 Digital Wave Corporation Noninvasive detection of corrosion, MIC, and foreign objects in fluid-filled containers using leaky guided ultrasonic waves
DE10138167A1 (de) * 2001-08-03 2003-02-27 Saremo Objektfinish Ag Vorrichtung und Verfahren für ein gezieltes Auftragen von Beschichtungsmaterial
USH2112H1 (en) * 2001-11-08 2004-12-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for measuring coating thickness using ultrasonic spectral tracking
US7699059B2 (en) * 2002-01-22 2010-04-20 Cardiomems, Inc. Implantable wireless sensor
US6855115B2 (en) * 2002-01-22 2005-02-15 Cardiomems, Inc. Implantable wireless sensor for pressure measurement within the heart
US7147604B1 (en) 2002-08-07 2006-12-12 Cardiomems, Inc. High Q factor sensor
US6875217B2 (en) 2003-01-08 2005-04-05 Symmetry Medical, Inc. Orthopaedic reamer assembly
US7789286B2 (en) * 2003-06-04 2010-09-07 Chrysler Group Llc Method and apparatus for assessing the quality of spot welds
US7194907B2 (en) * 2003-06-16 2007-03-27 R/D Tech Instruments Inc. Method for measuring part thickness having an external coating using impedance matching delay lines
EP1646864B1 (en) * 2003-07-18 2018-11-07 Rosemount Inc. Process diagnostics
EP1656210B1 (en) * 2003-08-21 2011-11-30 BAE Systems PLC Improvements in or relating to spray coating
US8026729B2 (en) 2003-09-16 2011-09-27 Cardiomems, Inc. System and apparatus for in-vivo assessment of relative position of an implant
CA2539261C (en) 2003-09-16 2011-05-17 Cardiomems, Inc. Implantable wireless sensor
US7245117B1 (en) * 2004-11-01 2007-07-17 Cardiomems, Inc. Communicating with implanted wireless sensor
US20060287602A1 (en) * 2005-06-21 2006-12-21 Cardiomems, Inc. Implantable wireless sensor for in vivo pressure measurement
US7634392B2 (en) * 2003-11-13 2009-12-15 Southwest Research Institute Simulation of guided wave reflection signals representing defects in conduits
US7377170B2 (en) * 2004-04-08 2008-05-27 University Of South Florida System and method for the identification of chemical mechanical planarization defects
WO2005100976A2 (en) * 2004-04-08 2005-10-27 University Of South Florida System and method for the identification of chemical mechanical planarization defects
US7662653B2 (en) * 2005-02-10 2010-02-16 Cardiomems, Inc. Method of manufacturing a hermetic chamber with electrical feedthroughs
US7647836B2 (en) * 2005-02-10 2010-01-19 Cardiomems, Inc. Hermetic chamber with electrical feedthroughs
US8021307B2 (en) 2005-03-03 2011-09-20 Cardiomems, Inc. Apparatus and method for sensor deployment and fixation
US8118749B2 (en) * 2005-03-03 2012-02-21 Cardiomems, Inc. Apparatus and method for sensor deployment and fixation
US7621036B2 (en) * 2005-06-21 2009-11-24 Cardiomems, Inc. Method of manufacturing implantable wireless sensor for in vivo pressure measurement
EP1893080A2 (en) 2005-06-21 2008-03-05 CardioMems, Inc. Method of manufacturing implantable wireless sensor for in vivo pressure measurement
US20070014190A1 (en) * 2005-07-14 2007-01-18 Fehl Keith A Multi-level pulser for an ultrasound system
US8691323B2 (en) * 2006-03-06 2014-04-08 Nalco Company Method and apparatus for monitoring and controlling the application of performance enhancing materials to creping cylinders
WO2007106490A2 (en) * 2006-03-14 2007-09-20 Cardiomems, Inc. Communicating with an implanted wireless sensor
US7845232B2 (en) * 2006-08-05 2010-12-07 Enerize Corporation Apparatus and method for determining service life of electrochemical energy sources using combined ultrasonic and electromagnetic testing
DE102006043809A1 (de) 2006-09-13 2008-03-27 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße
DE102008042278A1 (de) * 2008-06-13 2009-12-24 Ge Inspection Technologies Gmbh Verfahren zur zerstörungsfreien Ultraschalluntersuchung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US8156784B2 (en) * 2009-12-04 2012-04-17 Olympus Ndt, Inc. System and method for derivation and real-time application of acoustic V-path correction data
EP2578410B1 (en) * 2010-05-28 2019-01-16 Andrew Tak Kin Yan Active prospective intelligent monitoring method for liquid film and device thereof
JP5705770B2 (ja) * 2011-03-28 2015-04-22 トヨタ自動車株式会社 超音波計測方法、及び超音波計測装置
GB2512835A (en) 2013-04-08 2014-10-15 Permasense Ltd Ultrasonic detection of a change in a surface of a wall
KR102240494B1 (ko) * 2014-07-29 2021-04-16 현대모비스 주식회사 물체 검출 장치 및 방법
US9636084B2 (en) 2015-01-03 2017-05-02 Lina He Apparatus and method for measuring subcutaneous fat thickness using ultrasound
EP3295120B1 (en) * 2015-05-15 2021-10-06 Pellucere Technologies Inc. System and method for optimizing deposited performance enhancement coatings on substrates based on reflected light measurement
US10466209B2 (en) 2016-12-13 2019-11-05 Sensor Networks, Inc. Low-power wireless device for asset-integrity monitoring
CN107328869A (zh) * 2017-07-12 2017-11-07 辽宁红阳检测有限公司 一种全信息记录超声波探伤仪
JP7055523B1 (ja) 2020-09-01 2022-04-18 大塚電子株式会社 光学測定システム、光学測定方法および測定プログラム
CN115265428B (zh) * 2022-07-05 2023-09-12 济宁鲁科检测器材有限公司 一种复合型超声测厚仪及其测厚方法

Family Cites Families (69)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3427866A (en) * 1965-10-26 1969-02-18 Frederick Gordon Weighart Ultrasonic thickness gauge and flow detector
US3665754A (en) * 1967-11-29 1972-05-30 Herbert Krautkramer Apparatus to prevent mismeasuring of wall thickness gauging by ultrasound
US3690154A (en) * 1969-07-21 1972-09-12 Atomic Energy Authority Uk Apparatus for measuring thickness
DE1953567A1 (de) * 1969-10-24 1971-05-06 J Und H Krautkraemer Ges Fuer Anordnung zur Schallgeschwindigkeitsmessung,insbesondere mit Ultraschall
DE1960458C3 (de) * 1969-12-02 1979-12-13 Krautkraemer, Gmbh, 5000 Koeln Verfahren zur Einstellung des Tiefenausgleichs an einem UltraschaU-Impuls-Echo-Gerät auf gleichmäßige, tiefenunabhängige Fehlerempfindlichkeit
US3774444A (en) * 1971-06-01 1973-11-27 Magnaflux Corp System for determining sonic velocity in solid materials
DE2226172C3 (de) * 1972-05-30 1975-12-04 Thyssen Niederrhein Ag Huetten- Und Walzwerke, 4200 Oberhausen Verfahren zur Messung und Auswertung von Ultraschall-Prütimpulsen einer gewählten Impulsfolgefrequenz bei der Ultraschallprüfung von Blechen und ähnlichen Prüflingen nach dem Impuls-Echo-Verfahren
US3901071A (en) * 1973-09-25 1975-08-26 Lfe Corp Ultrasonic thickness gauge
US3968680A (en) * 1975-02-25 1976-07-13 Alexeli Kharitonovich Vopilkin Wide-band ultrasonic transducer and its uses
US3994154A (en) * 1975-09-30 1976-11-30 Krautkramer-Branson, Incorporated Ultrasonic pulse-echo thickness and velocity measuring apparatus
US4056970A (en) * 1975-10-30 1977-11-08 Yeda Research And Development Co., Ltd. Ultrasonic velocity and thickness gage
AT389005B (de) * 1976-01-05 1989-10-10 Vnii K Tsvetmetavtomatika Durchschallungsverfahren zur dickenmessung von materialbahnen sowie vorrichtung zu dessen durchfuehrung
DE2632680A1 (de) * 1976-07-16 1978-01-19 Deutsch Pruef Messgeraete Verfahren zur automatischen einstellung und taktweisen rueckkopplung von messergebnissen auf die einstellung von pruefanlagen bei der zerstoerungsfreien werkstoffpruefung
EP0003658A3 (en) * 1978-02-09 1979-09-05 United Kingdom Atomic Energy Authority Improvements in or relating to an ultrasonic nondestructive testing apparatus
US4196607A (en) * 1978-04-03 1980-04-08 Uop Inc. Tube reduction apparatus with integral means for sensing wall thickness during a high speed tube drawing operation
US4261367A (en) * 1979-10-25 1981-04-14 Radionics Limited Apparatus for measuring the axial length of an eye
US4364273A (en) * 1980-02-15 1982-12-21 Redding Robert J Apparatus for locating interfaces in media
DE3135969C2 (de) * 1981-09-08 1983-11-17 Krautkrämer GmbH, 5000 Köln Ultraschallprüfverfahren zum Nachweis von Ungänzen in Werkstücken und Ultraschallprüfgerät mit einer Blendenschaltung zur Durchführung des Verfahrens
US4438404A (en) * 1982-01-04 1984-03-20 Tektronix, Inc. Signal sampling system
US4715008A (en) * 1982-12-17 1987-12-22 Ndt Instruments, Inc. Hand-held digital thickness gage
GB2143640B (en) * 1983-06-10 1986-08-06 Martin Stuart Thompson Device for comparing distances between objects
DE3331699C2 (de) * 1983-09-02 1985-10-31 Accumulatorenwerke Hoppecke Carl Zoellner & Sohn GmbH & Co KG, 5790 Brilon Sauerstoffelektrode für alkalische galvanische Elemente und Verfahren ihrer Herstellung
JPS6078344A (ja) 1983-10-05 1985-05-04 Tokyo Keiki Co Ltd 超音波探傷器のゲ−ト回路
JPS60104253A (ja) 1983-11-11 1985-06-08 Hitachi Ltd 電磁超音波計測装置
DE3401144C1 (de) * 1984-01-14 1984-10-25 Krautkrämer GmbH, 5000 Köln Schaltungsvorrichtung zur Korrektur des Schallaufwegfehlers bei der Wanddickenmessung mit Ultraschallimpulsen
US4685075A (en) * 1984-05-03 1987-08-04 Kaijo Denki Co., Ltd. Apparatus for measuring propagation time of ultrasonic waves
DE3429409C2 (de) * 1984-08-09 1986-09-11 Karl Deutsch Prüf- und Meßgerätebau GmbH + Co KG, 5600 Wuppertal Verfahren und Vorrichtung zur Dickenmessung an Prüflingen mittels Ultraschalles
DE3583436D1 (de) * 1984-10-05 1991-08-14 Kawasaki Steel Co Verfahren zur bestimmung der dicke und der zusammensetzung eines legierungsfilms.
JPS61228307A (ja) * 1985-04-02 1986-10-11 Toa Nenryo Kogyo Kk コ−テイング付被検査材の超音波厚さ測定装置
US4823801A (en) * 1985-11-01 1989-04-25 Canon Kabushiki Kaisha Cornea thickness measuring ultrasonic probe
US4654584A (en) * 1985-12-12 1987-03-31 Analogic Corporation High-speed precision equivalent time sampling A/D converter and method
DE3688702T2 (de) * 1985-12-13 1993-12-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ultraschalldiagnosegerät, beruhend auf den Veränderungen einer akustischen Eigenschaft.
GB8603010D0 (en) * 1986-02-06 1986-03-12 Britoil Plc Ultrasonic thickness meter
US4669310A (en) * 1986-03-26 1987-06-02 The Babcock & Wilcox Company High frequency ultrasonic technique for measuring oxide scale on the inner surface of boiler tubes
US4913157A (en) * 1986-06-03 1990-04-03 Analog Devices, Inc. Ultrasound method and apparatus for evaluating, in vivo, bone conditions
US4821574A (en) * 1986-07-22 1989-04-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Method and apparatus for measuring ultrasonic velocity by crossed beam
JPH0670158B2 (ja) 1986-07-28 1994-09-07 三菱化成ビニル株式会社 塩化ビニル系プラスチゾル組成物
GB2195181A (en) * 1986-09-23 1988-03-30 Liebermann Overseas Trading Li Ultrasonic distance measuring device
JPS6382623A (ja) * 1986-09-27 1988-04-13 日立建機株式会社 頭蓋内圧の測定装置
JPS6382622A (ja) * 1986-09-27 1988-04-13 日立建機株式会社 頭蓋内圧の記録装置
EP0267683B1 (en) * 1986-11-12 1991-03-20 United Kingdom Atomic Energy Authority Thin layer monitor
DE3700086C1 (de) * 1987-01-03 1988-07-21 Ktv Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Messen der Wanddicke eines Werkstuecks mittels Ultraschall
DE3815205C2 (de) * 1987-05-08 1995-06-29 Hitachi Construction Machinery Verstärkerschaltung mit regelbarem Verstärkungsfaktor
GB8718208D0 (en) * 1987-07-31 1987-09-09 Bode R Acoustical length measurement
GB8718717D0 (en) * 1987-08-07 1987-09-16 Sonin Inc Measuring distances
US4955225A (en) * 1987-10-02 1990-09-11 Ultrasonic Arrays, Inc. Automatic calibration method for thickness gauges
US4823590A (en) * 1987-10-02 1989-04-25 Ultrasonic Arrays, Inc. Automatic calibration method for thickness gauges
US4899589A (en) * 1988-04-29 1990-02-13 Iowa State University Research Foundation Semi-automatic for ultrasonic measurement of texture
US4878114A (en) * 1988-05-10 1989-10-31 University Of Windsor Method and apparatus for assessing surface roughness
US4930511A (en) * 1988-05-11 1990-06-05 Lunar Radiation, Inc. Ultrasonic densitometer device and method
US4840066A (en) * 1988-06-27 1989-06-20 Ndt Instruments, Inc. Ultrasonic thickness gauge having automatic transducer recognition and parameter optimization and method thereof
FR2650071B1 (fr) * 1989-07-20 1991-09-27 Asulab Sa Procede de traitement d'un signal electrique
US5021666A (en) * 1989-09-14 1991-06-04 Barber-Colman Company Pass-line independent web measuring method and apparatus
US5305239A (en) * 1989-10-04 1994-04-19 The Texas A&M University System Ultrasonic non-destructive evaluation of thin specimens
US5113358A (en) * 1990-03-28 1992-05-12 Barber-Colman Company Web caliper measuring system
US5038615A (en) * 1990-05-11 1991-08-13 General Motors Corporation Ultrasonic multilayer paint thickness measurement
JP2818615B2 (ja) 1990-06-06 1998-10-30 オリンパス光学工業株式会社 超音波計測装置
US5092176A (en) * 1990-06-29 1992-03-03 The Babcock & Wilcox Company Method for determining deposit buildup
USH1084H (en) * 1990-08-10 1992-08-04 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Ultrasonic thickness measuring and imaging system and method
JPH04125484A (ja) 1990-09-17 1992-04-24 Aloka Co Ltd ビーム圧縮デコンボリューション処理装置
US5167157A (en) * 1991-03-26 1992-12-01 Ball Corporation Nondestructive inspection system for laminated products
JP3136635B2 (ja) 1991-04-10 2001-02-19 ダイキン工業株式会社 探査方法およびその装置
US5150714A (en) * 1991-05-10 1992-09-29 Sri International Ultrasonic inspection method and apparatus with audible output
JPH0526655A (ja) 1991-07-19 1993-02-02 Hitachi Constr Mach Co Ltd 膜厚測定方法及び装置
US5184516A (en) * 1991-07-31 1993-02-09 Hughes Aircraft Company Conformal circuit for structural health monitoring and assessment
US5637799A (en) * 1992-04-15 1997-06-10 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method and apparatus for evaluating multilayer objects for imperfections
US5293871A (en) * 1993-05-05 1994-03-15 Cornell Research Foundation Inc. System for ultrasonically determining corneal layer thicknesses and shape
US5513531A (en) * 1993-09-01 1996-05-07 Combustion Engineering, Inc. Ultrasonic system for measurement of thin layers
US5866819A (en) * 1997-08-12 1999-02-02 Walbro Corporation Ultrasonic thickness measurement of multilayer structures

Also Published As

Publication number Publication date
GB2282226B (en) 1997-09-10
JPH07167639A (ja) 1995-07-04
DE4434688C2 (de) 2003-11-27
GB9419376D0 (en) 1994-11-09
US6250160B1 (en) 2001-06-26
GB2282226A (en) 1995-03-29
US6282962B1 (en) 2001-09-04
US5723791A (en) 1998-03-03
DE4434688A1 (de) 1995-03-30

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