JPH02216409A - 超音波計測装置 - Google Patents
超音波計測装置Info
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- JPH02216409A JPH02216409A JP1037582A JP3758289A JPH02216409A JP H02216409 A JPH02216409 A JP H02216409A JP 1037582 A JP1037582 A JP 1037582A JP 3758289 A JP3758289 A JP 3758289A JP H02216409 A JPH02216409 A JP H02216409A
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Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、超音波を利用した距離測定や物体の形状測
定１寸法測定装置の改良に関するものである。例えば産
業分野で使用される各種素材の片面から空中を介して超
音波を照射し、素材面で反射されて帰ってくるまでの時
間から素材までの距離を知ることができる。したがって
、その距離から素材の形状を測定したり２両面から照射
することによって厚さなどの寸法を測定することができ
る。また、各種部品の摩耗量の測定にも利用されている
。
定１寸法測定装置の改良に関するものである。例えば産
業分野で使用される各種素材の片面から空中を介して超
音波を照射し、素材面で反射されて帰ってくるまでの時
間から素材までの距離を知ることができる。したがって
、その距離から素材の形状を測定したり２両面から照射
することによって厚さなどの寸法を測定することができ
る。また、各種部品の摩耗量の測定にも利用されている
。
超音波を金属などの固体中へ入射し、固体内部の欠陥の
有無を検査する技術は超音波探傷と呼ばれ、製品検査や
保守検査の有効な手段として広く利用されている。また
、やはりこの超音波を空中へ照射し、物体の有無を検知
したり物体までの距離を測定する装置もすでに実用化さ
れている。
有無を検査する技術は超音波探傷と呼ばれ、製品検査や
保守検査の有効な手段として広く利用されている。また
、やはりこの超音波を空中へ照射し、物体の有無を検知
したり物体までの距離を測定する装置もすでに実用化さ
れている。
第３図は空中に存在する物体の有無や物体までの距離を
超音波によって検出する方法の説明図であり、（Ｉ）は
送信回路、（２）は送信用探触子、（３）は受信用探触
子、（４）は受信回路、（５）は検出対象物体（６）は
データ処理回路である。いま送信回路（１）からの送信
電気パルスを受けて送信用探触子（２）から空中へ超音
波が送出されると、超音波は物体（５）の表面で反射し
て帰ってくる。帰ってきた超音波は受信用探触子（３）
によって再び電気信号に変換され、受信回路（４）で所
定の信号レベルまで増幅された後、データ処理回路（６
）で有無信号や距離信号に変換し出力される。
超音波によって検出する方法の説明図であり、（Ｉ）は
送信回路、（２）は送信用探触子、（３）は受信用探触
子、（４）は受信回路、（５）は検出対象物体（６）は
データ処理回路である。いま送信回路（１）からの送信
電気パルスを受けて送信用探触子（２）から空中へ超音
波が送出されると、超音波は物体（５）の表面で反射し
て帰ってくる。帰ってきた超音波は受信用探触子（３）
によって再び電気信号に変換され、受信回路（４）で所
定の信号レベルまで増幅された後、データ処理回路（６
）で有無信号や距離信号に変換し出力される。
以上説明した例において、空中の超音波速度をｖＡ、探
触子が超音波を送信した時刻から物体で反射して帰って
くるまでの時間をＴｐとすると、探触子（２）、 （３
）から物体（５）までの距離りは下式で求めることがで
きる。
触子が超音波を送信した時刻から物体で反射して帰って
くるまでの時間をＴｐとすると、探触子（２）、 （３
）から物体（５）までの距離りは下式で求めることがで
きる。
［、−（ＶＡ−ＴＰ） ／ ２ −−
−−−−（１）このようにして求められた距ｆｉＬの測
定精度は上式からも解るように超音波の速度ＶＡの変動
と超音波の伝搬時間ＴＰの計測誤差に左右される。
−−−−（１）このようにして求められた距ｆｉＬの測
定精度は上式からも解るように超音波の速度ＶＡの変動
と超音波の伝搬時間ＴＰの計測誤差に左右される。
この内、伝搬時間ＴＰの計測精度は送信回路（１）や受
信回路（４）、データ処理回路（６）での信号処理で決
まり、最近の技術においてはかなり高い精度を確保する
ことができる。一方、超音波の音速ｖＡは伝搬経路であ
る空中の環境条件に大きく影響され、そのなかでも温度
による変動が最も起こりやすい。この超音波の音速ＶＡ
の温度特性は（２）式で与えられ、距離りの計測時にお
ける超音波の伝搬経路の温度が２０°Ｃ近辺である場合
、その変動する割合は約０．１８％／℃となる。
信回路（４）、データ処理回路（６）での信号処理で決
まり、最近の技術においてはかなり高い精度を確保する
ことができる。一方、超音波の音速ｖＡは伝搬経路であ
る空中の環境条件に大きく影響され、そのなかでも温度
による変動が最も起こりやすい。この超音波の音速ＶＡ
の温度特性は（２）式で与えられ、距離りの計測時にお
ける超音波の伝搬経路の温度が２０°Ｃ近辺である場合
、その変動する割合は約０．１８％／℃となる。
ＶＡ＝Ｖ、（１＋Ｔ／２７３）”” −・−（
２）ここでＶ。は０℃における空中の超音波音速であり
、Ｔは測定時の空中の温度（’Ｃ）である。
２）ここでＶ。は０℃における空中の超音波音速であり
、Ｔは測定時の空中の温度（’Ｃ）である。
いま測定圧ＭＬが５０ＩＩＩｍ程度場合、温度Ｔが２０
°Ｃから２１’Ｃの間で１℃変化したとすると音速ｖＡ
は上記のように０．１８％変動し、その結果用ＭＬは５
゜ｘ Ｏ０００１ｇ＝ ０．４９ｍｍ変化することにな
る。一般的に材料の厚さ測定においては数十μｍ程度の
精度を要求されるため、１℃の変化も許されないことに
なる。特に測定対象が高温物体の場合は空中温度への影
響が大きく、超音波による距離の測定では精度の確保が
困難となる。
°Ｃから２１’Ｃの間で１℃変化したとすると音速ｖＡ
は上記のように０．１８％変動し、その結果用ＭＬは５
゜ｘ Ｏ０００１ｇ＝ ０．４９ｍｍ変化することにな
る。一般的に材料の厚さ測定においては数十μｍ程度の
精度を要求されるため、１℃の変化も許されないことに
なる。特に測定対象が高温物体の場合は空中温度への影
響が大きく、超音波による距離の測定では精度の確保が
困難となる。
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
あり、空中での超音波の速度■いを変動させる要因であ
る温度や湿度、空気の流れなどのうち、影響の最も大き
い温度による変動を少なくすることができる超音波計測
装置を得ることを目的とする。
あり、空中での超音波の速度■いを変動させる要因であ
る温度や湿度、空気の流れなどのうち、影響の最も大き
い温度による変動を少なくすることができる超音波計測
装置を得ることを目的とする。
この発明に係る超音波計測装置では、超音波探触子の近
傍に設けたエアーノズルより、一定温度の空気を超音波
の伝搬経路に供給するようにしたものである。
傍に設けたエアーノズルより、一定温度の空気を超音波
の伝搬経路に供給するようにしたものである。
またこの発明の別の発明に係る超音波計測装置は超音波
探触子を恒温ボックスに取付け、その恒温ボックスを被
測定用物体の表面に接近させて配置し、恒温ボックスの
内部へ一定温度の空気を送り込むようにしたものである
。
探触子を恒温ボックスに取付け、その恒温ボックスを被
測定用物体の表面に接近させて配置し、恒温ボックスの
内部へ一定温度の空気を送り込むようにしたものである
。
この発明においては、超音波探触子と測定物体間の超音
波伝搬経路に一定温度の空気を常時供給することによっ
て、空中の温度変動を極力小さくすることで測定結果の
精度を向上させるこきにしたものである。
波伝搬経路に一定温度の空気を常時供給することによっ
て、空中の温度変動を極力小さくすることで測定結果の
精度を向上させるこきにしたものである。
第１図はこの発明による一実施例を示したものであり９
図において（７）は信号用ケーブル、（８）は一定温度
の空気を供給するエアーノズルである。
図において（７）は信号用ケーブル、（８）は一定温度
の空気を供給するエアーノズルである。
超音波探触子（２）には、前記第３図と同様に送信回路
（１）からの電気パルスが信号ケーブル（７）を通じて
供給され、探触子から超音波Ｕ８が発生する。
（１）からの電気パルスが信号ケーブル（７）を通じて
供給され、探触子から超音波Ｕ８が発生する。
空中を伝搬した超音波Ｕ８は測定対象物体（５）の表面
で反射し、再び探触子（３）へもどると電気信号に変換
され、信号ケーブル（７）を通して受信回路（４）へ送
られた後、データ処理回路（６）で処理される。
で反射し、再び探触子（３）へもどると電気信号に変換
され、信号ケーブル（７）を通して受信回路（４）へ送
られた後、データ処理回路（６）で処理される。
なお、第３図においては送信用探触子（２）と受信用探
触子（３）が別々のものとして示したが、第１図のよう
に１個の探触子が送信と受信を兼ねることもあり、いづ
れの場合も測定の原理は同じである。
触子（３）が別々のものとして示したが、第１図のよう
に１個の探触子が送信と受信を兼ねることもあり、いづ
れの場合も測定の原理は同じである。
第一図において、エアーノズル（８）からは常に一定温
度の空気ＡＲが超音波Ｕｓに注がれ、その伝搬経路の温
度を一定に保持することになる。その結果、（２）式よ
り求められる超音波の音速は安定し。
度の空気ＡＲが超音波Ｕｓに注がれ、その伝搬経路の温
度を一定に保持することになる。その結果、（２）式よ
り求められる超音波の音速は安定し。
データ処理回路で（１）式より演算される距離の値も極
めて精度の高いものとなる。なお、第１図では対象物体
（５）までの距離を測定する手段について説明したもの
であるが、超音波探触子を対象物体（５）の両側に対向
するように配置し、それぞれの超音波探触子が対象物体
（５）までの距離を測定することによって、対象物体（
５）の厚さを測定する場合についても同様に適用できる
ものである。
めて精度の高いものとなる。なお、第１図では対象物体
（５）までの距離を測定する手段について説明したもの
であるが、超音波探触子を対象物体（５）の両側に対向
するように配置し、それぞれの超音波探触子が対象物体
（５）までの距離を測定することによって、対象物体（
５）の厚さを測定する場合についても同様に適用できる
ものである。
第２図は、この発明の他の実施例を示す図であり２図に
おいて、（ア）は信号ケーブル、（９）は恒温ボックス
である。探触子（２）、 （３）は恒温ボックス（９）
の−辺に取付けられ、前記第３図と同様に送信回路（１
）からの電気信号を信号ケーブル（７）を通じて受け、
超音波Ｕ８を送信する。超音波Ｕ８は被測定物体Ｓの表
面で反射し、探触子（３）へ戻り、電気信号に変換され
て、信号ケーブル（７）を通じて受信回路（４）へ導入
される。尚、第３図では、送信用と受信用の探触子は別
々の物を使用しているが、第２図は１個の探触子が送信
・受信機能を兼ねることもあり、何れの場合も測定原理
は同じである。第２図（ａ）は恒温ボックス（９）の右
側の穴）Ｉ Ｒから図示していない送風装置からの一定
温度の空気ＡＲが送り込まれる。
おいて、（ア）は信号ケーブル、（９）は恒温ボックス
である。探触子（２）、 （３）は恒温ボックス（９）
の−辺に取付けられ、前記第３図と同様に送信回路（１
）からの電気信号を信号ケーブル（７）を通じて受け、
超音波Ｕ８を送信する。超音波Ｕ８は被測定物体Ｓの表
面で反射し、探触子（３）へ戻り、電気信号に変換され
て、信号ケーブル（７）を通じて受信回路（４）へ導入
される。尚、第３図では、送信用と受信用の探触子は別
々の物を使用しているが、第２図は１個の探触子が送信
・受信機能を兼ねることもあり、何れの場合も測定原理
は同じである。第２図（ａ）は恒温ボックス（９）の右
側の穴）Ｉ Ｒから図示していない送風装置からの一定
温度の空気ＡＲが送り込まれる。
したがって、恒温ボックス（９）の内側の温度は殆ど外
部から供給される空気ＡＲの温度によって決定される。
部から供給される空気ＡＲの温度によって決定される。
これによって次の２つの効果が得られる。第１の効果は
探触子（２）、 （３）を屋外に配置した場合の自然の
風を遮断することによる温度変化の防止である。第２の
効果は、被測定物体（５）自体から発生される熱による
影響を小さくできることである。この理由は物体（５）
からの熱は空中に伝わるがこの空気は外部から供給され
る空気ＡＲの流れに乗って、物体（５）の表面に沿って
恒温ボックス（９）の左側の穴ＨＬよりはき出されるた
め、探触子（２）、 （３）と物体（５）間の距離に占
める物体（５）からの熱によって温度が変化した空気の
距離の割合いを小さくできる為である。
探触子（２）、 （３）を屋外に配置した場合の自然の
風を遮断することによる温度変化の防止である。第２の
効果は、被測定物体（５）自体から発生される熱による
影響を小さくできることである。この理由は物体（５）
からの熱は空中に伝わるがこの空気は外部から供給され
る空気ＡＲの流れに乗って、物体（５）の表面に沿って
恒温ボックス（９）の左側の穴ＨＬよりはき出されるた
め、探触子（２）、 （３）と物体（５）間の距離に占
める物体（５）からの熱によって温度が変化した空気の
距離の割合いを小さくできる為である。
尚、外部から供給する空気ＡＲは２例えば空気調節され
た部屋の空気などである。又恒温ボックスはアルミニウ
ム等の金属や、アクリル、ポリカーボネート等の非金属
で製作されたものである。
た部屋の空気などである。又恒温ボックスはアルミニウ
ム等の金属や、アクリル、ポリカーボネート等の非金属
で製作されたものである。
又第２図（ｂ）は、空気ＡＲの流れる方向を超音波Ｕ８
の方向と平行になるようにした図であり、第２図（ａ）
に対して、恒温ボックス（９）の左右の幅を小さくでき
る特徴をもつ。一方、空気の流れが超音波Ｕｓの方向と
同方向であるため超音波ＵＳの速度ＶＡが空気の流れる
速度骨、加算されることを考慮する必要があることは云
うまでもない。
の方向と平行になるようにした図であり、第２図（ａ）
に対して、恒温ボックス（９）の左右の幅を小さくでき
る特徴をもつ。一方、空気の流れが超音波Ｕｓの方向と
同方向であるため超音波ＵＳの速度ＶＡが空気の流れる
速度骨、加算されることを考慮する必要があることは云
うまでもない。
尚、第２図では被測定物体（５）までの距離を測定する
手段について説明するためのものであるが。
手段について説明するためのものであるが。
探触子をもう１個１図中物体（５）の下面に設置するこ
とによって、同様に距離を測定でき、もって物体（５）
の厚さを測定する装置にも適用できるものである。
とによって、同様に距離を測定でき、もって物体（５）
の厚さを測定する装置にも適用できるものである。
この発明においては、超音波の伝搬経路に常に一定温度
の空気を供給することによって、超音波探触子と検査対
象物体間の空気の温度の変動を極力小さく押さえること
ができるため、空中の超音波音速ｖＡの変化による精度
低下を低減する効果がある。
の空気を供給することによって、超音波探触子と検査対
象物体間の空気の温度の変動を極力小さく押さえること
ができるため、空中の超音波音速ｖＡの変化による精度
低下を低減する効果がある。
第１図はこの発明による一実施例を示す図、第２図はこ
の発明の他の実施例を示す図、第３図は従来の技術を説
明するための図である。 図において、（■）は送信回路、（２）は送信用探触子
（３）は受信用探触子、（５）は検出対象物体、（６）
はデータ処理回路、（７）は信号用ケーブル、（８）は
エアーノズル、（９）は恒温ボックスである。 なお９図中同一符号は同一または相当部分を示す。
の発明の他の実施例を示す図、第３図は従来の技術を説
明するための図である。 図において、（■）は送信回路、（２）は送信用探触子
（３）は受信用探触子、（５）は検出対象物体、（６）
はデータ処理回路、（７）は信号用ケーブル、（８）は
エアーノズル、（９）は恒温ボックスである。 なお９図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (2)
- （１）超音波を送信または受信するための１個または複
数個の超音波探触子と、前記超音波探触子に送信用電気
パルスを供給する送信回路と、上記超音波探触子から受
信した電気信号を増幅する受信回路と、上記超音波探触
子の近傍に設置され、超音波探触子の超音波伝搬経営に
一定量の空気を供給するエアーノズルとを具備したこと
を特徴とする超音波計測装置。 - （２）一方に空気の入口、他方に空気の出口を有し、対
象物体表面近傍に配置される恒温ボックスと、この恒温
ボックスに対象物体表面と対向して取付けられ、超音波
を送信または受信するための１個または複数個の超音波
探触子と、前記超音波探触子に送信用電気パルスを供給
する送信回路と上記超音波探触子から受信した電気信号
を増幅する受信回路と、上記恒温ボックスの空気の入口
側に設けられ、上記恒温ボックス内に有する超音波探触
子の超音波伝搬経路に一定量の空気を供給する手段とを
具備したことを特徴とする超音波計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1037582A JPH02216409A (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 超音波計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1037582A JPH02216409A (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 超音波計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02216409A true JPH02216409A (ja) | 1990-08-29 |
Family
ID=12501535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1037582A Pending JPH02216409A (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 超音波計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02216409A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04313093A (ja) * | 1991-04-10 | 1992-11-05 | Amada Metrecs Co Ltd | 超音波式距離センサー |
| JP2013190294A (ja) * | 2012-03-13 | 2013-09-26 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 液位測定装置 |
-
1989
- 1989-02-17 JP JP1037582A patent/JPH02216409A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04313093A (ja) * | 1991-04-10 | 1992-11-05 | Amada Metrecs Co Ltd | 超音波式距離センサー |
| JP2013190294A (ja) * | 2012-03-13 | 2013-09-26 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 液位測定装置 |
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