JPH0384407A - 超音波による裏面形状の測定方法及び測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波による裏面形状の測定方法及び測定装
置に係るもので、金属又は非金属などの被測定物の平面
もしくは曲面における裏面の腐食、切削などによる形状
変化の状態を測定するのに用いられる。

〔従来の技術〕

超音波によって被測定物の裏面の腐食その他の原因によ
る形状変化を測定するには、従来、被測定物の裏面から
反射する超音波の振幅が予め設定した一定のしきい値を
超える場合、事前に調整された原点と波形の立上りとし
きい値の交点の時間の間隔から、厚さを自動的に算出し
て表示する方法が提供されている。

また、他の方法として、遅延材接触面と被測定物の裏面
から反射する超音波の振幅が予め定められた一定のしき
い値を超える場合、その二つの波形の立上りとしきい値
の交点の時間の間隔から厚さを自動的に算出し、表示す
る方法も公知である。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

前述した従来の測定方法では、被測定物の裏面が腐食な
どを起こしていない平滑面の場合には。

裏面から充分な振幅レベルの反射波形が得られるから正
確に測定することができる。

しかし、被測定物の裏面が腐食などによって凹凸などの
形状変化を来している場合には、超音波の反射指向性が
鈍くなることや１反射波形の進行方向中心線が超音波セ
ンサの受信指向性の中心軸とずれることから１反射波形
の振幅レベルが小さくなってしきい値を超えることがな
く、測定が不可能となるおそれがある。これを解決する
ため、小さな振幅まで測定可能なようにゲインを大きく
してしきい値を超えるように設定すると、接触状態の変
化で発生する雑音を信号と誤認し、誤った値を測定して
表示してしまう欠点があった。

また、測定時に超音波センサが被測定物の表面かられず
かに浮いた場合には、被測定物の裏面から反射する超音
波は、遅延材接触面と被測定物の表面との隙間において
接触媒質として使用される液体を往復する時間だけ遅れ
て超音波センサに到達するから、前述したいずれの方法
でもこの遅れた時間が厚さとして加算され、実際より厚
めに測定表示されて測定精度を欠く欠点があった。

本発明は上記の問題点をすべて解決しようとするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため１本発明の測定方法は、直接
接触式遅延材付き超音波センサから被測定物に発射した
超音波の遅延材接触面、被測定物の表面及び裏面からの
反射波形をＡＤ変換し、遅延材の長さにより予め遅延材
接触面認識範囲と表面認識範囲を設定して遅延材接触面
波形のピークと表面波形のピークを検索し、各ピーク位
置の振幅レベルと時間情報を計測し、この表面波形を基
準として設定した裏面認識範囲で裏面波形を優先して検
索し、この裏面波形のピーク位置の振幅レベルと時間情
報を計測し、前記表面波形及び裏面波形のピークの時間
間隔から厚さを算出し、超音波センサを連続移動させて
被測定物の厚さを連続算出しその裏面形状を測定するこ
とを特徴としている。

この場合、前記遅延材接触面波形と表面波形のピークの
時間間隔が一定値以下のとき、この両波形のピークの振
幅レベルと時間情報から補正値を算出し、表面波形のピ
ークと裏面波形のピークの時間情報の間隔を補正したの
ち厚さを算出することもできる。

また１本発明の装置は２直接接触式遅延材付き超音波セ
ンサを介した超音波の送受信器と、遅延材接触面、被測
定物の表面及び裏面からの反射波形をＡＤ変換しデジタ
ル波形として記憶するデジタイザを有し、遅延材の長さ
により予め設定した遅延材接触面認識範囲と表面認識範
囲内で遅延材接触面波形のピークと表面波形のピークを
検索する手段と、各ピーク位置の振幅レベルと時間情報
を計測する手段と、この表面波形のピーク位置を基準と
して裏面認識範囲を設定しその範囲内で裏面波形を優先
して検索する手段と、この裏面波形のピーク位置の振幅
レベルと時間情報を計測する手段と、前記表面波形及び
裏面波形のピークの時間間隔から厚さを算出する手段と
からなり、連続移動する超音波センサによって被測定物
の厚さを連続算出しその裏面形状を測定することを特徴
としている。

この装置には、遅延材接触面波形と表面波形のピークの
時間間隔から表面波形の時間情報の補正の有無を判断す
る手段と、補正を要するとき、前記両波形のピークの振
幅レベルと時間情報から補正値を算出し、表面波形のピ
ークと裏面波形のピークの時間情報の間隔を補正したの
ち厚さを算出する手段を設けることもできる。

〔作　用〕

超音波センサから発射された超音波は、一部が遅延材接
触面で反射し、一部は被測定物の表面から反射し、さら
に一部が被測定物の裏面から反射して戻ってくる。これ
らの超音波は、超音波送受信器で受信して増幅され、そ
の出力の超音波信号をＡＤ変換し、コントロールパーソ
ナルコンピュータに送られる。この場合、波形認識プロ
グラムにより、遅延材接触面波形、表面波形及び裏面波
形のそれぞれのピークの振幅レベルと時間情報のみの必
要最小限の情報に置き換えて記憶させる。

この波形認識プログラムには予め遅延材接触面認識範囲
及び表面認識範囲が設定され、その時間軸の範囲は、超
音波の送信パルスから遅延材の長さによる遅れ時間と、
超音波センサの浮き上がり及び被測定物の表面の凹凸に
よって生ずる遅延材接触面と被測定物の表面間の間隔の
変化によって設定されている。

このため、超音波センサを被測定物の表面からある程度
浮かして使用すると、遅延材接触面波形と被測定物の表
面波形は時間軸上で分離して表われる。そして、遅延材
接触面認識範囲内では振幅の大きな側から検索し、認識
した遅延材接触面波形のピークの位置を計測する。また
、表面認識範囲内では時間軸の遅れ側から検索し、認識
した表面波形のピークの位置を計測するのであり、これ
により、遅延材接触面波形及び表面波形を優先して認識
することができる。

この表面波形のピーク位置を基準として設定される裏面
認識範囲内では振幅の大きな側から検索し、認識した裏
面波形のピークの位置を計測する。

これによって接触状態の変化で発生する微小レベルの雑
音を信号として誤認することなく、裏面波形が確実に認
識される。

また、測定時に超音波センサの遅延材接触面と被測定物
の表面の間隔が微小又は零になると時間軸上で波形が分
離せずに合成波形となり、それぞれの時間情報と振幅レ
ベルが干渉により変化して測定値に誤差を生ずるおそれ
があるから、二つの波形の時間間隔が一定値以下になっ
たとき、遅延材接触面波形のピークの振幅レベルと時間
情報、及び表面波形の振幅レベルの関係から補正値が算
出される。

上記の各データの信号は厚さ算出プログラムに入力され
、算出された厚さと超音波センサの被測定物上の測定位
置の情報から、図形表示プログラムにより、ＣＲＴに被
測定部分の厚さが平面及び断面で図形表示される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を示す図面について具体的にこ
れを説明する。

第１図は本発明の測定方法及び装置の概念図であり、被
測定物として鋼板裏面の腐食した部分の厚さを測定する
場合を例示しである。こめ鋼板（１）の厚さの測定は、
接触媒質（２）をその表面（３）に塗布し、超音波セン
サ（４）を置き、超音波送受信器（５）から超音波セン
サ（４）の振動子（６）に印加されるパルス電圧にて超
音波を発生させる。この超音波は遅延材（７）を伝播し
てゆくが、一部は遅延材接触面（８）で反射して振動子
（６）に戻り、また、−部は接触媒質（２）に入射して
鋼板の表面（３）から反射し、接触媒質（２）と遅延材
（７）を往復通過して振動子（６）に戻る。さらに、一
部が鋼板（１）に入射して鋼板の裏面（９）から反射し
、鋼板（１）と接触媒質（２）、遅延材（７）を往復通
過して振動子（６）に戻ってくる。

振動子（６）に戻ったこれらの超音波は、超音波送受信
器（５）で受信して増幅され、その出力の超音波信号を
デジタイザ（１０）に入力させてＡＤ変換し、ＡＤメモ
リ（１１）に取り込み、さらに、コントロール（１２）
を介してパーソナルコンピュータ（１３）内のＩＦメモ
リ（１４）へ送り込む。この際、デジタサイズされた超
音波波形を記憶するには大容量のメモリを必要とし、多
数点の測定をするには容量不足となるため、波形認識プ
ログラム（１５）により、遅延材接触面波形、表面波形
及び裏面波形のそれぞれのピークの振幅レベルと時間情
報のみの必要最小限の情報に置き換えＩＯメモリ（１６
）に記憶させる。

第２図はこの波形認識プログラム（１５）の内容を示す
もので、デジタル化されたある時間範囲の超音波信号を
入力させ、予め設定した遅延材接触面認識範囲及び表面
認識範囲内の波形信号の有無を確認し、それぞれの波形
が認識されないときには測定不能として終了する。この
場合、遅延材接触面波形が認識されないときは、超音波
センサや超音波送受信器などのハード系の異常に原因が
あり、表面波形が認識されないときは、被測定物の表面
から超音波センサが浮きあがるとか、接触媒質が塗布さ
れていないなどの原因によると判断することができる。

遅延材接触面波形及び表面波形のいずれもが確認された
場合は、それぞれのピーク位置を計測し、表面波形の時
間情報から裏面認識範囲を設定してこの裏面認識範囲内
の波形信号の有無を確認し、裏面波形が認識されないと
きには測定不能として終了する。この場合には、裏面の
形状に急変部があるか、実際の厚さが測定可能範囲以下
であるか、又は設定された厚さ以上であるとみることが
できる。

裏面波形が確認された場合はそのピーク位置を計測し、
その計測した値は、遅延材接触面波形のピークの振幅レ
ベル（Ａｖ）、時間情報（Ａｔ）、表面波形のピークの
振幅レベル（Ｂｙ）、時間情報（Ｓｔ）、裏面波形のピ
ークの振幅レベル（Ｃｖ）、時間情報（Ｃｔ）としてそ
れぞれ前記ＩＯメモリ（１６）に収納し、その情報信号
は厚さ算出プログラム（１７）に入力させる。

第３図は厚さ算出プログラム（１７）の内容を示したも
のであり、遅延材接触面波形のピークの振幅レベル（Ａ
ｙ）がＯである場合には測定エラー１とし、Ａ　ｖ　＞
　Ｈ工のときは測定エラー２とし、Ａｖ≦Ｈ２のときは
次項に進む、また、表面波形のピークの振幅レベル（Ｂ
ｙ）がＯである場合には測定エラー３とし、Ｂｙ＞Ｏの
ときは次項に進み、　（Ｂｔ−Ａｔ）≧Ｔ１のときは時
間の補正は要しないとして次項に進み、 （Ｃｔ−Ｂｔ）　Ｘ　１／２　Ｘ被測定物の音速により
厚さを算出する。

また、（Ｂｔ−Ａｔ）＜Ｔ□のときは時間の補正を行い
、遅延材接触面に接触媒質を付着させない状態での遅延
材接触面からの反射波形のピークの時間情報をＡｔ、と
して、（Ａｔ−Ａｔｅ）とＡｖに比例しＢｙに反比例す
る関係式から補正値αを算出し、（Ｃｔ−Ｂｔ−α）　
ｘ　１／２　ｘ　被測定物の音速で厚さを算出する。

こうして算出された厚さと超音波センサ（４）の被測定
物上の測定位置の情報から１図形表示プログラム（１８
）により、ＣＲＴ　（１９）に鋼板（１）の厚さの平面
及び断面の図形表示が行われる。

第４図は、前述したように予め設定される遅延材接触面
認識範囲（２０）及び表面認識範囲（２１）と、認識さ
れた表面波形のピーク位置（２２）から設定される裏面
認識範囲（２３）との関係を示したもので。

遅延材、接触媒質、被測定物の材質の音響インピーダン
スの関係から、反射波形の振幅の位相は、遅延材接触面
波形がマイナス、表面波形がプラス、裏面波形がマイナ
スとなるため、遅延材接触面認識範囲（２０）はマイナ
ス側に、表面認識範囲（２１）はプラス側に設定される
。そして、その時間軸の範囲は、超音波の送信パルスか
ら遅延材の長さによる遅れ時間と、超音波センサの浮き
上がり及び被測定物の表面の凹凸によって生ずる遅延材
接触面と被測定物の表面間の間隔の変化によって設定さ
れる。

したがって、超音波センサ（４）を被測定物の表面から
約０．２〜０．５〜程度浮かして使用すると、遅延材接
触面波形と被測定物の表面波形は時間軸上で分離して表
われる。さらに具体的には、送信パルス（２４）から遅
延材（７）の長さを往復する時間だけ遅れた位置に遅延
材接触面波形（２５）が表われ。

この波形（２５）のほぼ１μ前から被測定物の表裏両面
の間の往復時間を少し超える範囲をデジタル化時間範囲
（２６）としてＡＤ変換し、デジタル波形として取り込
まれる。遅延材接触面認識範囲（２０）は、遅延材接触
面波形（２５）の約０．５Ｉｌｓ前から１μｓの時間間
隔で−０，１〜−〇、ＳＶの振幅範囲に設定される。ま
た１表面波形（２７）は、前記波形（２５）とほぼ同位
置か又は少し後の位置に表われる。このため１表面認識
範囲（２１）は遅延材接触面認識範囲（２０）の時間開
始点から２Ｉｌｓの時間範囲で＋０．０５〜＋０．２ｖ
の振幅範囲に設定される。

裏面波形（２８）は、被測定物の表面（３）と裏面（９
）との間を往復する時間遅れた位置に表われてくるから
、裏面認識範囲（２３）は、前述したような位相の関係
からマイナス側に、表面波形（２７）のピーク位置（２
２）を基準として１表面波形（２７）の立ち下がりの約
０．１μｓ後から前記の往復時間を少し超える時間範囲
で−０，０１〜−０，０４Ｖの振幅範囲に設定される。

上記の遅延材接触面認識範囲（２０）内では振幅の大き
な側から検索し、認識した遅延材接触面波形のピーク（
２９）の位置を計測する。また、表面認識範囲（２１）
内では時間軸の遅れ側から検索し、認識した表面波形の
ピーク（２２）の位置を計測するもので、これにより、
遅延材接触面波形及び表面波形を優先して認識すること
ができる。さらに、裏面認識範囲（２３）内では振幅の
大きな側から検索し、認識した裏面波形のピーク（３０
）の位置を計測ｉるのであり、これによって接触状態の
変化で発生する微小レベルの雑音を信号として誤認する
ことなく、裏面波形を確実に認識することができる。

なお、超音波センサ（４）の測定時のブレもしくは被測
定物の表面の凹凸の程度により、遅延材接触面と被測定
物の表面の間隔が微小又は零となった状態で測定すると
、時間軸上で波形が分離せずに合成波形となり、それぞ
れの時間情報と振幅レベルが干渉により変化するから測
定値に誤差を生ずるおそれがある。したがって、この場
合には、二つの波形の時間間隔が一定値以下になったと
き表面波形のピークの時間情報を補正する必要があり、
これは遅延材接触面波形のピークの振幅レベルと時間情
報、及び表面波形の振幅レベルの関係から補正値を算出
するが、この場合については前述した通りである。

〔効　果〕

上記の本発明の測定方法及び装置は、次のような効果を
有している。

（イ）従来のように一定のしきい値を設定することなく
、予め設定する遅延材接触面認識範囲、表面認識範囲は
不要な波形を取り込まない適正な範囲に設定することが
できるから、不必要な雑音信号を取り除いて波形信号の
みを検索認識することができる。

（ロ）表面波形を基準として設定した裏面認識範囲内で
微小レベルまで検索するので、微小な振幅レベルの裏面
波形でも確実に認識され、被測定物の裏面に凹凸などの
変化形状があるときでもこの部分の厚さを正確に測定で
きる。

（ハ）超音波センサを少し浮かすことにより遅延材接触
面波形と表面波形を分離させて計測し、また、超音波セ
ンサが被測定物の表面に近接して両波形が合成し干渉す
る場合には表面波形の時間情報を補正して計測するので
、遅延材接触面と被測定物の表面の間隔の変化による影
響を除去することができ、被測定物が曲面もしくは凹凸
面であっても少しの誤差もなく測定できる。

（ニ）遅延材接触面認識範囲１表面認識範囲内での波形
の検索認識により、測定機器及び測定時の接触状態など
の異常を判別することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定方法及び装置の一実施例を示す概
念図、第２図は波形認識プログラムのフローチャート図
、第３図は被測定物の厚さ算出プログラムのフローチャ
ート図、第４図は遅延材接触面認識範囲１表面認識範囲
及び裏面認識範囲の関係の説明図である。 １・・・被測定物、　　　　３・・・表面、４・・・超
音波センサ、　　５・・・超音波送受信器、８・・・遅
延材接触面、　　９・・・裏面、１３・・・パーソナル
コンピュータ、 １５・・・波形認識プログラム、 １７・・・厚さ算出プログラム、 １８・・・図形表示プログラム、 ２０・・・遅延材接触面認識範囲、 ２１・・・表面認識範囲、　　２２・・・表面波形のピ
ーク、２３・・・裏面認識範囲、　２５・・・遅延材接
触面波形、２６・・・デジタル化時間範囲、 ２７・・・表面波形、　　　２８・・・裏面波形、２９
・・・遅延材接触面波形のピーク。 ３０・・・裏面波形のピーク。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）直接接触式遅延材付き超音波センサから被測定物
   に発射した超音波の遅延材接触面、被測定物の表面及び
   裏面からの反射波形をＡＤ変換し、遅延材の長さにより
   予め遅延材接触面認識範囲と表面認識範囲を設定して遅
   延材接触面波形のピークと表面波形のピークを検索し、
   各ピーク位置の振幅レベルと時間情報を計測し、この表
   面波形を基準として設定した裏面認識範囲で裏面波形を
   優先して検索し、この裏面波形のピーク位置の振幅レベ
   ルと時間情報を計測し、前記表面波形及び裏面波形のピ
   ークの時間間隔から厚さを算出し、超音波センサを連続
   移動させて被測定物の厚さを連続算出しその裏面形状を
   測定することを特徴とする超音波による裏面形状の測定
   方法。
2. （２）前記遅延材接触面波形と表面波形のピークの時間
   間隔が一定値以下のとき、この両波形のピークの振幅レ
   ベルと時間情報から補正値を算出し、表面波形のピーク
   と裏面波形のピークの時間情報の間隔を補正したのち厚
   さを算出する請求項（１）記載の超音波による裏面形状
   の測定方法。
3. （３）直接接触式遅延材付き超音波センサを介した超音
   波の送受信器と、遅延材接触面、被測定物の表面及び裏
   面からの反射波形をＡＤ変換しデジタル波形として記憶
   するデジタイザを有し、遅延材の長さにより予め設定し
   た遅延材接触面認識範囲と表面認識範囲内で遅延材接触
   面波形のピークと表面波形のピークを検索する手段と、
   各ピーク位置の振幅レベルと時間情報を計測する手段と
   、この表面波形のピーク位置を基準として裏面認識範囲
   を設定しその範囲内で裏面波形を優先して検索する手段
   と、この裏面波形のピーク位置の振幅レベルと時間情報
   を計測する手段と、前記表面波形及び裏面波形のピーク
   の時間間隔から厚さを算出する手段とからなり、連続移
   動する超音波センサによって被測定物の厚さを連続算出
   しその裏面形状を測定することを特徴とする超音波によ
   る裏面形状の測定装置。
4. （４）前記遅延材接触面波形と表面波形のピークの時間
   間隔から表面波形の時間情報の補正の有無を判断する手
   段と、補正を要するとき、前記両波形のピークの振幅レ
   ベルと時間情報から補正値を算出し、表面波形のピーク
   と裏面波形のピークの時間情報の間隔を補正したのち厚
   さを算出する手段とを備えた請求項（３）記載の超音波
   による裏面形状の測定装置。