JP3632084B2 - 超音波厚さ測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、測定面に腐食等による凹凸を有する測定物の厚さ測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波厚さ測定は、超音波を利用して測定物の厚さを片面から測る非破壊的な厚さ測定方法である。その測定原理を図２により説明する。厚さＤの測定物１３の中に超音波探触子１１から超音波パルス１５が送信される。この超音波パルス１５の一部は、測定面１２で反射して表面エコー（Ｓエコー）１８を発生し、残りの超音波パルスは測定物１３中を進み、裏面１４で反射して同じ経路を戻って再び超音波探触子１１で底面エコー（Ｂエコー）１９として受信される。ここで、Ｓエコー１８とＢエコー１９との間の時間を測定して伝搬時間ｔ（１７）を求める。測定物の音速Ｃが既知であれば、厚さＤはＣとｔにより次の式１から求めることができる。
Ｄ＝１／２×Ｃ×ｔ −（式１）
以上が超音波厚さ測定の原理である。
【０００３】
従来の超音波厚さ測定は、使用するエコーの種類によって図３に示すような３種類の測定方式に分類される。
【０００４】
Ｒ−Ｂ１方式は、既知の厚さによって補正した零点（Ｒ）を設定し、それと第１回底面エコー（Ｂ１）との間の間隔から測定物の厚さ（Ｄ）を求める方法であり、現在、デジタル表示超音波厚さ計等に最も広く使用されている方式である。
【０００５】
Ｂ１−Ｂ２方式は、多重エコーのうち、第１回底面エコー（Ｂ１）と第２回底面エコー（Ｂ２）との間隔から厚さ（Ｄ）を求める方法である。Ｂ１とＢ２の間隔を利用することにより、測定物表面の塗膜等の影響を除くことができる長所を持つ。
【０００６】
Ｓ−Ｂ１方式は、測定物の表面エコー（Ｓ）と第１回底面エコー（Ｂ１）の間隔から厚さ（Ｄ）を求める方法であり、ＦＲＰの厚さ測定等に用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の従来技術（測定方式）では、腐食等による凹凸を有する測定面での厚さ測定が困難であるという欠点がある。その詳細を図６により説明する。
【０００８】
超音波厚さ測定では、超音波を測定物（２５および３１）に伝達させるために油、グリセリン等の接触媒質（２４および３０）を測定面に塗布するが、接触媒質と測定物とでは音速が異なるため、測定面の凹凸により接触媒質層３０が厚くなると平滑な対比試験片で零点補正を行うＲ−Ｂ１方式では測定物３１と接触媒質３０の音速差による誤差を生じる。
【０００９】
一方、Ｂ１−Ｂ２方式では、表面の接触媒質の厚さを除いた測定ができるため、Ｒ−Ｂ１方式と同様の接触媒質層に起因する誤差は無いものの、測定面に凹凸があると感度が著しく低下するためＢ２エコーの検出が難しくなる欠点がある。
【００１０】
また、Ｓエコーを基準に伝搬時間を測定するＳ−Ｂ１方式では、測定面の凹凸によってＳエコー波形（２９および３６）が乱れて誤差が生じるとともにＲ−Ｂ１方式と同様の接触媒質層に起因する誤差もある。
【００１１】
以上を示す例として、腐食した鋼板の厚さ分布をＲ−Ｂ１方式とＳ−Ｂ１方式により測定して実際の厚さ分布と比較した結果を図４に示す。実際の厚さ分布に対し、Ｒ−Ｂ１、Ｓ−Ｂ１のいずれの方式も平均で１ｍｍ程度実際より厚く測定していることが分かる。
【００１２】
以上のように、これら従来の超音波厚さ測定方式では、測定面に凹凸を有する測定物の厚さを正確に測定することはできない。そのため、現状では、グラインダー等による測定面の平滑化が必要となり、費用と労力を要する問題点がある。
【００１３】
そこで、この発明は、腐食等による凹凸を有する測定面においても正確に厚さを測定できる超音波厚さ測定方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明においては、腐食等による凹凸を有する測定面に超音波厚さ測定を適用した場合に発生する測定誤差をＳエコーから得られる情報により補正して厚さを求める。
【００１５】
そして、測定面の平滑な対比試験片のＳエコーに対する測定物のＳエコーの持続時間の増加量を求め、その値に比例定数を乗じた値を測定誤差推定値とし、Ｒ−Ｂ１方式により測定した厚さ測定値からこの測定誤差推定値を除去することにより測定誤差を補正する。
【００１６】
本発明においては、音響遅延材付きの超音波探触子を用いて、測定面の平滑な対比試験片と測定物の両方についてＳエコー波形を測定して、それぞれのＳエコーについて、ピーク振幅値の１０％から３０％の範囲において共通なしきい値を設定し、それぞれのＳエコー波形の中でしきい値を超える部分の時間を前記Ｓエコー持続時間とするとともに、１. ７（ｍｍ／μｓ）から２. ０（ｍｍ／μｓ）の範囲の値を前記比例定数としてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１に示す。音響遅延材付きの超音波探触子を用いて、Ｒ−Ｂ１方式による厚さ測定を行うと同時に測定面の平滑な対比試験片と測定物の両方についてＳエコー波形を測定する。両方のＳエコーに、それぞれのピーク振幅（振幅の最大値）（１および６）を基準とする共通のしきい値ｋ％（３および１０）を設定して、Ｓエコーのしきい値を超える部分の時間（４および９）を、それぞれ対比試験片および測定物のＳエコー持続時間ＴＲおよびＴＴとして定義する。さらに、対比試験片に対する測定物のＳエコー持続時間の増加量５をＳエコー持続時間増加量ΔＴと定義する。つまり、Ｓエコー持続時間増加量ΔＴは次の式２のように定義される。
ΔＴ ＝ ＴＴ−ＴＲ −（式２）
【００１８】
Ｒ−Ｂ１方式による測定誤差ＥＲＢ−１とＳエコー持続時間の増加量ΔＴとの間には、図５の実験結果に示す相関関係があることから、この関係を利用して、Ｓエコー持続時間増加量ΔＴを用いてＲ−Ｂ１方式による測定誤差推定値ＥＲＢ−１を次の式３で求める。
ＥＲＢ−１ ＝ α×ΔＴ −（式３）
ここでαは比例定数である。
【００１９】
次の式４に示すように、Ｒ−Ｂ１方式により測定した厚さＤＲＢ−１から式３で推定した誤差ＥＲＢ−１を除去した厚さＤを求めてこの値を厚さ測定値として使用する。
Ｄ ＝ ＤＲＢ−１−ＥＲＢ−１ ＝ １／２×Ｃ×ｔ−α×ΔＴ （ｍ） −（式４）
ここでＣおよびｔはそれぞれ測定物の音速およびＲ−Ｂ１方式で測定した伝搬時間である。以上がこの発明の一実施形態である。
【００２０】
【実施例】
しきい値を２０％としてＳエコー持続時間増加量ΔＴを測定し、比例定数αを１．８６（ｍｍ／μｓ）として式４により求めた厚さ分布を従来技術によるものと比較した結果を図４に示す。Ｒ−Ｂ１方式およびＳ−Ｂ１方式に比べて本発明による測定結果は実際の厚さ分布に近い分布を示している。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、腐食等による凹凸を有する測定面において、Ｒ−Ｂ１方式を適用した際に発生する誤差を補正することが可能となり正確な厚さ測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を表した図である。
【図２】超音波厚さ測定の原理を表した図である。
【図３】厚さ測定方式の種類を表した図である。
【図４】腐食した鋼板の厚さ分布を、従来の測定方式（Ｒ−Ｂ１方式およびＳ−Ｂ１方式）と本発明による測定方式の両方で測定して比較した実験結果を表した図である。
【図５】腐食した鋼板を用いて、Ｒ−Ｂ１方式による誤差とＳエコーの持続時間増加量との関係を調べた実験結果を表した図である。
【図６】腐食等による凹凸を有する測定面に従来技術を適用した場合の問題点を表した図である。
【符号の説明】
１ Ｓエコーピーク
２ Ｂ１エコーピーク
３ しきい値
４ Ｓエコー持続時間
５ Ｓエコー持続時間増加量
６ Ｓエコーピーク
７ Ｂ１エコーピーク
８ 伝搬時間
９ Ｓエコー持続時間
１０ しきい値
１１ 超音波探触子
１２ 測定面
１３ 測定物
１４ 裏面
１５ 超音波パルス
１６ 音響遅延材
１７ 伝搬時間
１８ 表面エコー
１９ 底面エコー
２０ 受信波形
２１ 超音波探触子
２２ 音響遅延材
２３ Ｓエコー
２４ 接触媒質
２５ 測定物
２６ Ｂ１エコー
２７ 超音波探触子
２８ 音響遅延材
２９ Ｓエコー
３０ 接触媒質
３１ 測定物
３２ Ｂ１エコー
３３ Ｓエコー
３４ Ｂ１エコー
３５ 伝搬時間
３６ Ｓエコー
３７ Ｂ１エコー
３８ 伝搬時間
３９ 誤差
【発明が属する技術分野】
この発明は、測定面に腐食等による凹凸を有する測定物の厚さ測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波厚さ測定は、超音波を利用して測定物の厚さを片面から測る非破壊的な厚さ測定方法である。その測定原理を図２により説明する。厚さＤの測定物１３の中に超音波探触子１１から超音波パルス１５が送信される。この超音波パルス１５の一部は、測定面１２で反射して表面エコー（Ｓエコー）１８を発生し、残りの超音波パルスは測定物１３中を進み、裏面１４で反射して同じ経路を戻って再び超音波探触子１１で底面エコー（Ｂエコー）１９として受信される。ここで、Ｓエコー１８とＢエコー１９との間の時間を測定して伝搬時間ｔ（１７）を求める。測定物の音速Ｃが既知であれば、厚さＤはＣとｔにより次の式１から求めることができる。
Ｄ＝１／２×Ｃ×ｔ −（式１）
以上が超音波厚さ測定の原理である。
【０００３】
従来の超音波厚さ測定は、使用するエコーの種類によって図３に示すような３種類の測定方式に分類される。
【０００４】
Ｒ−Ｂ１方式は、既知の厚さによって補正した零点（Ｒ）を設定し、それと第１回底面エコー（Ｂ１）との間の間隔から測定物の厚さ（Ｄ）を求める方法であり、現在、デジタル表示超音波厚さ計等に最も広く使用されている方式である。
【０００５】
Ｂ１−Ｂ２方式は、多重エコーのうち、第１回底面エコー（Ｂ１）と第２回底面エコー（Ｂ２）との間隔から厚さ（Ｄ）を求める方法である。Ｂ１とＢ２の間隔を利用することにより、測定物表面の塗膜等の影響を除くことができる長所を持つ。
【０００６】
Ｓ−Ｂ１方式は、測定物の表面エコー（Ｓ）と第１回底面エコー（Ｂ１）の間隔から厚さ（Ｄ）を求める方法であり、ＦＲＰの厚さ測定等に用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の従来技術（測定方式）では、腐食等による凹凸を有する測定面での厚さ測定が困難であるという欠点がある。その詳細を図６により説明する。
【０００８】
超音波厚さ測定では、超音波を測定物（２５および３１）に伝達させるために油、グリセリン等の接触媒質（２４および３０）を測定面に塗布するが、接触媒質と測定物とでは音速が異なるため、測定面の凹凸により接触媒質層３０が厚くなると平滑な対比試験片で零点補正を行うＲ−Ｂ１方式では測定物３１と接触媒質３０の音速差による誤差を生じる。
【０００９】
一方、Ｂ１−Ｂ２方式では、表面の接触媒質の厚さを除いた測定ができるため、Ｒ−Ｂ１方式と同様の接触媒質層に起因する誤差は無いものの、測定面に凹凸があると感度が著しく低下するためＢ２エコーの検出が難しくなる欠点がある。
【００１０】
また、Ｓエコーを基準に伝搬時間を測定するＳ−Ｂ１方式では、測定面の凹凸によってＳエコー波形（２９および３６）が乱れて誤差が生じるとともにＲ−Ｂ１方式と同様の接触媒質層に起因する誤差もある。
【００１１】
以上を示す例として、腐食した鋼板の厚さ分布をＲ−Ｂ１方式とＳ−Ｂ１方式により測定して実際の厚さ分布と比較した結果を図４に示す。実際の厚さ分布に対し、Ｒ−Ｂ１、Ｓ−Ｂ１のいずれの方式も平均で１ｍｍ程度実際より厚く測定していることが分かる。
【００１２】
以上のように、これら従来の超音波厚さ測定方式では、測定面に凹凸を有する測定物の厚さを正確に測定することはできない。そのため、現状では、グラインダー等による測定面の平滑化が必要となり、費用と労力を要する問題点がある。
【００１３】
そこで、この発明は、腐食等による凹凸を有する測定面においても正確に厚さを測定できる超音波厚さ測定方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明においては、腐食等による凹凸を有する測定面に超音波厚さ測定を適用した場合に発生する測定誤差をＳエコーから得られる情報により補正して厚さを求める。
【００１５】
そして、測定面の平滑な対比試験片のＳエコーに対する測定物のＳエコーの持続時間の増加量を求め、その値に比例定数を乗じた値を測定誤差推定値とし、Ｒ−Ｂ１方式により測定した厚さ測定値からこの測定誤差推定値を除去することにより測定誤差を補正する。
【００１６】
本発明においては、音響遅延材付きの超音波探触子を用いて、測定面の平滑な対比試験片と測定物の両方についてＳエコー波形を測定して、それぞれのＳエコーについて、ピーク振幅値の１０％から３０％の範囲において共通なしきい値を設定し、それぞれのＳエコー波形の中でしきい値を超える部分の時間を前記Ｓエコー持続時間とするとともに、１. ７（ｍｍ／μｓ）から２. ０（ｍｍ／μｓ）の範囲の値を前記比例定数としてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１に示す。音響遅延材付きの超音波探触子を用いて、Ｒ−Ｂ１方式による厚さ測定を行うと同時に測定面の平滑な対比試験片と測定物の両方についてＳエコー波形を測定する。両方のＳエコーに、それぞれのピーク振幅（振幅の最大値）（１および６）を基準とする共通のしきい値ｋ％（３および１０）を設定して、Ｓエコーのしきい値を超える部分の時間（４および９）を、それぞれ対比試験片および測定物のＳエコー持続時間ＴＲおよびＴＴとして定義する。さらに、対比試験片に対する測定物のＳエコー持続時間の増加量５をＳエコー持続時間増加量ΔＴと定義する。つまり、Ｓエコー持続時間増加量ΔＴは次の式２のように定義される。
ΔＴ ＝ ＴＴ−ＴＲ −（式２）
【００１８】
Ｒ−Ｂ１方式による測定誤差ＥＲＢ−１とＳエコー持続時間の増加量ΔＴとの間には、図５の実験結果に示す相関関係があることから、この関係を利用して、Ｓエコー持続時間増加量ΔＴを用いてＲ−Ｂ１方式による測定誤差推定値ＥＲＢ−１を次の式３で求める。
ＥＲＢ−１ ＝ α×ΔＴ −（式３）
ここでαは比例定数である。
【００１９】
次の式４に示すように、Ｒ−Ｂ１方式により測定した厚さＤＲＢ−１から式３で推定した誤差ＥＲＢ−１を除去した厚さＤを求めてこの値を厚さ測定値として使用する。
Ｄ ＝ ＤＲＢ−１−ＥＲＢ−１ ＝ １／２×Ｃ×ｔ−α×ΔＴ （ｍ） −（式４）
ここでＣおよびｔはそれぞれ測定物の音速およびＲ−Ｂ１方式で測定した伝搬時間である。以上がこの発明の一実施形態である。
【００２０】
【実施例】
しきい値を２０％としてＳエコー持続時間増加量ΔＴを測定し、比例定数αを１．８６（ｍｍ／μｓ）として式４により求めた厚さ分布を従来技術によるものと比較した結果を図４に示す。Ｒ−Ｂ１方式およびＳ−Ｂ１方式に比べて本発明による測定結果は実際の厚さ分布に近い分布を示している。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、腐食等による凹凸を有する測定面において、Ｒ−Ｂ１方式を適用した際に発生する誤差を補正することが可能となり正確な厚さ測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を表した図である。
【図２】超音波厚さ測定の原理を表した図である。
【図３】厚さ測定方式の種類を表した図である。
【図４】腐食した鋼板の厚さ分布を、従来の測定方式（Ｒ−Ｂ１方式およびＳ−Ｂ１方式）と本発明による測定方式の両方で測定して比較した実験結果を表した図である。
【図５】腐食した鋼板を用いて、Ｒ−Ｂ１方式による誤差とＳエコーの持続時間増加量との関係を調べた実験結果を表した図である。
【図６】腐食等による凹凸を有する測定面に従来技術を適用した場合の問題点を表した図である。
【符号の説明】
１ Ｓエコーピーク
２ Ｂ１エコーピーク
３ しきい値
４ Ｓエコー持続時間
５ Ｓエコー持続時間増加量
６ Ｓエコーピーク
７ Ｂ１エコーピーク
８ 伝搬時間
９ Ｓエコー持続時間
１０ しきい値
１１ 超音波探触子
１２ 測定面
１３ 測定物
１４ 裏面
１５ 超音波パルス
１６ 音響遅延材
１７ 伝搬時間
１８ 表面エコー
１９ 底面エコー
２０ 受信波形
２１ 超音波探触子
２２ 音響遅延材
２３ Ｓエコー
２４ 接触媒質
２５ 測定物
２６ Ｂ１エコー
２７ 超音波探触子
２８ 音響遅延材
２９ Ｓエコー
３０ 接触媒質
３１ 測定物
３２ Ｂ１エコー
３３ Ｓエコー
３４ Ｂ１エコー
３５ 伝搬時間
３６ Ｓエコー
３７ Ｂ１エコー
３８ 伝搬時間
３９ 誤差
Claims (2)
- 腐食等による凹凸を有する測定面に超音波厚さ測定を適用した場合に発生する測定誤差をＳエコーから得られる情報により補正して厚さを求める超音波厚さ測定方法であって、 測定面の平滑な対比試験片のＳエコーに対する測定物のＳエコーの持続時間の増加量を求め、その値に比例定数を乗じた値を測定誤差推定値とし、Ｒ−Ｂ１方式により測定した厚さ測定値からこの測定誤差推定値を除去することにより測定誤差を補正することを特徴とする超音波厚さ測定方法。
- 音響遅延材付きの超音波探触子を用いて、測定面の平滑な対比試験片と測定物の両方についてＳエコー波形を測定して、それぞれのＳエコーについて、ピーク振幅値の１０％から３０％の範囲において共通なしきい値を設定し、それぞれのＳエコー波形の中でしきい値を超える部分の時間を前記Ｓエコー持続時間とするとともに、１. ７（ｍｍ／μｓ）から２. ０（ｍｍ／μｓ）の範囲の値を前記比例定数とした請求項１記載の超音波厚さ測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002012265A JP3632084B2 (ja) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | 超音波厚さ測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002012265A JP3632084B2 (ja) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | 超音波厚さ測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003214834A JP2003214834A (ja) | 2003-07-30 |
| JP3632084B2 true JP3632084B2 (ja) | 2005-03-23 |
Family
ID=27649509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002012265A Expired - Lifetime JP3632084B2 (ja) | 2002-01-22 | 2002-01-22 | 超音波厚さ測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| JP6678708B2 (ja) * | 2018-08-03 | 2020-04-08 | 本田技研工業株式会社 | ボルト軸力測定方法及びこの方法に使用するボルト |
| JP2022000615A (ja) * | 2020-06-19 | 2022-01-04 | 株式会社ディスコ | 超音波厚さ測定器、及び研削装置 |
-
2002
- 2002-01-22 JP JP2002012265A patent/JP3632084B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP2003214834A (ja) | 2003-07-30 |
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