JP4126817B2 - 膜厚測定方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は膜厚測定方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、母材表面に形成した厚さ0.5mm前後の溶射皮膜などの膜厚を計測する手段として電磁膜厚計が用いられている。
【0003】
この電磁膜厚計は、渦電流によって生じる磁場の強度に基づき、皮膜表面から皮膜と母材との界面までの距離を求めるものであるため、膜厚測定にあたっては、皮膜が非磁性で且つ母材が磁性をもつことが条件となる。
【0004】
そこで近年、図5に示すように、母材1上に形成された膜厚を測定すべき溶射皮膜2の表面に、一振動子型超音波探触子3の送受信兼用振動子3aを当接させ、該送受信兼用振動子3aから溶射皮膜2及び母材1に超音波Pを伝播させるとともに、該超音波Pが溶射皮膜2と母材1との界面、あるいは母材1の底面で反射する反射波Eを送受信兼用振動子3aで受信し、図6に示すように、時刻を横軸とし且つ反射波Eの強度を縦軸とした波形から、該波形中における溶射皮膜2と母材1との界面相当部分を識別し、溶射皮膜2の膜厚を求めることが検討されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一振動子型超音波探触子3を用いた膜厚測定では、超音波P及びその反射波Eが多孔質である溶射皮膜2の内部を伝播しにくいこと、並びに、溶射皮膜2の膜厚が薄いことに起因して、反射波Eの波形に含まれている溶射皮膜2と母材1との界面相当部分を容易に識別できないことがある。
【0006】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、皮膜の膜厚を確実に測定できるようにする膜厚測定方法及び装置を提供することを目的としている。
【0007】
【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に記載の膜厚測定方法では、母材上に形成された溶射皮膜の表面に、二振動子型超音波探触子の送信用振動子及び受信用振動子を当接させ、送信用振動子から溶射皮膜及び母材へ超音波を伝播させ且つその反射波を受信用振動子で受信し、時刻を横軸とし且つ反射波強度を縦軸とする反射波の波形をもとに特定周波数成分を取り除いた波形を求めるウェーブレット変換を順次行なって、溶射皮膜の多孔質に起因したノイズ成分を除去し且つ溶射皮膜と母材の界面相当部位を波形にピーク値として発現させ、時刻に対する界面相当部位の位置に基づき溶射皮膜の膜厚を算出する。
【0008】
本発明の請求項2に記載の膜厚測定装置では、送信用振動子及び受信用振動子を有する二振動子型超音波探触子と、前記の受信用振動子で受信した超音波の反射波を時刻を横軸とし且つ反射波強度を縦軸とする波形として表示するオシロスコープと、該オシロスコープにより得た反射波の波形をもとに特定周波数成分を取り除いた波形を求めるウェーブレット変換を順次行なって、溶射皮膜の多孔質に起因したノイズ成分を除去し且つ溶射皮膜と母材の界面相当部位を波形にピーク値として発現させる波形変換手段と、該波形変換手段により得た変換後の波形中のピーク値から溶射皮膜と母材との界面相当部分を識別し且つ時刻に対する界面相当部位の位置に基づき溶射皮膜の膜厚を算出し得る演算手段とを備えてなることを特徴とする膜厚測定装置。
【0009】
本発明の請求項1に記載の膜厚測定方法においては、受信用振動子で得た反射波の波形に対して順次ウェーブレット変換を行なって、反射波の波形に含まれている皮膜と母材との界面相当部分の形状を顕著化させ、当該界面相当部分の波形中での位置に基づき皮膜の膜厚を求める。
【0010】
本発明の請求項2に記載の膜厚測定装置においては、受信用振動子で反射波を受信した後、波形変換手段により反射波の波形に対して順次ウェーブレット変換を行なって、波形に含まれている皮膜と母材との界面相当部分の形状を顕著化させ、当該界面相当部分の波形中での位置に基づき皮膜の膜厚を求める。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0012】
図1は本発明の膜厚測定方法を実施するための装置の一例であり、この膜厚測定装置は、二振動子型超音波探触子4、パルサーレシーバ5、オシロスコープ6、波形変換手段7、演算手段8、及び表示器9を備えている。
【0013】
二振動子型超音波探触子4には、母材1上に形成された溶射皮膜2の表面に当接可能な送信用振動子4a及び受信用振動子4bが設けられており、送信用振動子4aから溶射皮膜2及び母材1に超音波Pを伝播させるとともに、溶射皮膜2と母材1との界面、あるいは母材1の底面で反射する超音波Pの反射波Eを受信用振動子4bで受信し得るように構成されている。
【0014】
オシロスコープ6は、パルサーレシーバ5を介して得た受信用振動子4bで得た反射波Eの信号4sを、図2に示すように、時刻を横軸とし且つ反射波強度を縦軸とした原波形S0として表示する機能を有している。
【0015】
なお、図2における原波形S0は、200点のプロットを連続した線状にしたものである。
【0016】
波形変換手段7は、オシロスコープ6に表示された原波形信号6sに対して、図2に示す波形D1,A1,D2,A2,D3,A3のように、順次ウエーブレット変換を行なう機能を有している(図2における波形D4〜D6、波形A4〜A6は参考用)。
【0017】
演算手段8は、波形変換手段7からの波形信号7sに基づいて、図3における波形A3に含まれている溶射皮膜2と母材1との界面相当部分K(波形A3のピーク値)を識別する機能と、時刻に対する界面相当部分Kの位置に基づき、溶射皮膜2の膜厚を算出する機能とを有している。
【0018】
表示器9は、演算手段8から出力される膜厚信号8sに応じて、溶射皮膜2の膜厚を表示するように構成されている。
【0019】
母材1上に形成された溶射皮膜2の膜厚を測定する際には、該溶射皮膜2の表面に、二振動子型超音波探触子4の送信用振動子4aと受信用振動子4bとを当接させた状態で、送信用振動子4aから溶射皮膜2及び母材1に超音波Pを伝播させると、受信用振動子4bが超音波Pの反射波Eを受信し、受信用振動子4bからパルサーレシーバ5を介してオシロスコープ6へ、反射波Eの信号4sが超音波Pの影響を受けることなく送信される。
【0020】
オシロスコープ6は、信号4sを、横軸を時間とし且つ縦軸を反射波強度とした原波形S0として表示する。
【0021】
波形変換手段7は、オシロスコープ6からの原波形信号6sにより、原波形S0における特定周波数成分(たとえば40MHz)の波形D1を求め且つ原波形S0から波形D1に相当する周波数成分を取り除いた波形A1を求めるウェーブレット変換、波形A1における前記の特定周波数成分の1/2の周波数成分(20MHz)の波形D2を求め且つ波形A1から波形D2に相当する周波数成分を取り除いた波形A2を求めるウェーブレット変換、波形A2における前記の特定周波数成分の1/4の周波数成分(10MHz)の波形D3を求め且つ波形A2から波形D3に相当する周波数成分を取り除いた波形A3を求めるウェーブレット変換を順次行なう。
【0022】
上述したように、原波形S0に対して3段階のウェーブレット変換を行なった波形A3には、溶射皮膜2が多孔質であることに起因したノイズが除去され、溶射皮膜2と母材1との界面相当部分Kがピーク値として顕著に現れる。
【0023】
また、原波形S0のプロットが400点である場合には、波形A3における前記の特定周波数成分の1/8の周波数成分(5MHz)の波形D4を求め且つ波形A3から波形D4に相当する周波数成分を取り除いた4段階のウェーブレット変換で得られる波形A4に、上記の界面相当部分Kがピーク値として現れることになる。
【0024】
つまり、原波形S0のプロットを倍にすると、波形D1において2倍の周波数成分の解析が可能になり、結果として、波形A4に界面相当部分が現れることになる。
【0025】
波形A3における界面相当部分Kの位置は、図3に示すように、溶射皮膜2の厚さが薄いほど左側へ移動する。
【0026】
演算手段8は、波形変換手段7からの波形信号7sにより、波形A3の界面相当部分Kを識別し且つ時刻に対する界面相当部分Kの位置に基づいて溶射皮膜2の膜厚を算出する。
【0027】
すなわち、予め、種々の厚さの溶射皮膜2を母材1上に形成した複数の試験片を用いて、図4に示すように、時間軸に対する界面相当部分Kの位置を把握しておくことにより、溶射皮膜2の厚さを知ることができる。
【0028】
更に、表示器9は、演算手段8から出力される膜厚信号8sに応じて、溶射皮膜2の膜厚を数値表示する。
【0029】
このように、図1に示す膜厚測定装置においては、二振動子型超音波探触子4の受信用振動子4bで受信した反射波Eをオシロスコープ6により表示した後、波形変換手段7により反射波強度の原波形S0に対して順次ウェーブレット変換を行なって、波形A3中の溶射皮膜2と母材1との界面相当部分Kを顕著化させるので、母材1及び溶射皮膜2の物性の影響を受けることなく、界面相当部分Kの波形A3中での位置に基づいて溶射皮膜2の膜厚を確実に測定することができる。
【0030】
なお、本発明の膜厚測定方法及び装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【0031】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の膜厚測定方法及び装置によれば、下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【0032】
(1)本発明の請求項1に記載の膜厚測定方法においては、受信用振動子で得た反射波の波形に対して順次ウェーブレット変換を行なって、反射波の波形に含まれている皮膜と母材との界面相当部分を顕著化させ、当該界面相当部分の波形中での位置に基づき皮膜の膜厚を求めるので、皮膜及び母材の物性の影響を受けることなく、皮膜の膜厚を確実に測定することが可能になる。
【0033】
(2)本発明の請求項2に記載の膜厚測定装置においては、受信用振動子で受信した反射波をオシロスコープにより表示させた後、波形変換手段により反射波強度の波形に対して順次ウェーブレット変換を行なって、波形に含まれている皮膜と母材との界面相当部分を顕著化させ、当該界面相当部分の波形中での位置に基づき皮膜の膜厚を求めるので、皮膜及び母材の物性の影響を受けることなく、皮膜の膜厚を確実に測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の膜厚測定方法を実施するための装置の一例を示す概念図である。
【図2】膜厚300μmの皮膜が形成されている試験片の反射波の原波形と該原波形に対して順次ウェーブレット変換を行なった波形を示すグラフである。
【図3】種々の膜厚の皮膜が形成されている試験片の反射波の原波形と該原波形に対して界面相当部分が顕著になる状態までウェーブレット変換を行なった波形を示すグラフである。
【図4】各試験片の皮膜の膜厚と界面相当部分検出時刻との関係を示すグラフである。
【図5】近年検討されている膜厚測定方法の一例を示す概念図である。
【図6】近年検討されている膜厚測定方法で得られる時刻と反射波強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 母材
2 溶射皮膜
4 二振動子型超音波探触子
4a 送信用振動子
4b 受信用振動子
6 オシロスコープ
7 波形変換手段
8 演算手段
E 反射波
K 界面相当部分
P 超音波
Claims (2)
- 母材上に形成された溶射皮膜の表面に、二振動子型超音波探触子の送信用振動子及び受信用振動子を当接させ、送信用振動子から溶射皮膜及び母材へ超音波を伝播させ且つその反射波を受信用振動子で受信し、時刻を横軸とし且つ反射波強度を縦軸とする反射波の波形をもとに特定周波数成分を取り除いた波形を求めるウェーブレット変換を順次行なって、溶射皮膜の多孔質に起因したノイズ成分を除去し且つ溶射皮膜と母材の界面相当部位を波形にピーク値として発現させ、時刻に対する界面相当部位の位置に基づき溶射皮膜の膜厚を算出することを特徴とする膜厚測定方法。
- 送信用振動子及び受信用振動子を有する二振動子型超音波探触子と、前記の受信用振動子で受信した超音波の反射波を時刻を横軸とし且つ反射波強度を縦軸とする波形として表示するオシロスコープと、該オシロスコープにより得た反射波の波形をもとに特定周波数成分を取り除いた波形を求めるウェーブレット変換を順次行なって、溶射皮膜の多孔質に起因したノイズ成分を除去し且つ溶射皮膜と母材の界面相当部位を波形にピーク値として発現させる波形変換手段と、該波形変換手段により得た変換後の波形中のピーク値から溶射皮膜と母材との界面相当部分を識別し且つ時刻に対する界面相当部位の位置に基づき溶射皮膜の膜厚を算出し得る演算手段とを備えてなることを特徴とする膜厚測定装置。
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