JPH04160309A

JPH04160309A - 超音波厚み計

Info

Publication number: JPH04160309A
Application number: JP21262390A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Yakida; 康信八木田; Toshiaki Miyamoto; 年昭宮本; Yuichi Maita; 雄一舞田; Yasuhiro Nakagami; 中上　恭宏; Keishin Ohara; 佳信尾原
Original assignee: Honda Electronics Co Ltd; Sekisui Plastics Co Ltd
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd; Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1992-06-03
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JP2651269B2

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、超音波を送信してからその反射波を検出する
までの時間差、および物体を伝播する音速に基づいて、
物体の厚みを測定する超音波厚み計に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来から、物体（被測定物）の厚みを測定するために、
マイクロメータ等が使用されているが、被測定物の形状
−（例えば曲面形状）によっては正確な測定が不可能な
場合もある。

また、一般に、超音波を利用した超音波厚み計は、組織
を破壊す葛ことなく金属やプラスティック材料などの厚
みを測定できることが知られている。すなわち、超音波
厚み計から送信された超音波が、被測定物（厚みを測定
したい物体）の一方の面に入射波として照射され、対向
する面によって反射される。この反射波は、超音波厚み
計によって検出され、超音波を送信してから反射波を検
出するまでの時間差、および被測定物中を伝播する音速
に基づいて物体の厚みを測定するようになっている。

〔発明が解決しようとする課Ｂ］しかし、上記従来の超音波厚み計では、物体の厚みを正
確に測定するために、超音波は被測定物に対して垂直に
照射される必要がある。しかし、測定者は超音波が被測
定物に対して垂直に照射されているかどうかが認識でき
ず、また被測定物が傷や小孔を有する場合には物体の正
確な厚みを測定することができないという問題点を有し
ており、測定の信頼性向上が望まれている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る超音波厚み計は、上記課題を解決するため
に、超音波を送信する送信手段（例えば超音波振動子）
と、物体からの反射波を受信する受信手段（例えば超音
波振動子）とからなり、物体に接触されるプローブと、上記プローブを介して、超音波が送信されてから受信さ
れるまでの時間差を検出すると共に、物体の材質が既知
の場合には物体中を伝播する音速および上記時間差に基
づいて物体の厚みを算出する一方、物体の材質が不明の
場合には該物体と同じ材質で且つ厚みの既知の標準物か
ら音速を算出し、この音速および上記時間差に基づいて
物体の厚みを算出する演算手段（例えばＣＰＵ）と、演
算手段により算出された厚みおよび音速を表示すると共
に、送信された超音波の発信波形、物体に入射された入
射波形、物体からの反射波形を表示する表示手段（例え
ば液晶表示装置）とからなる厚み計本体とを備えたこと
を特徴としている。

〔作　用〕

上記の構成によれば、パワーオンされると、厚み計本体
の表示手段に発信波形が表示されるので、送信手段から
超音波が発信されていることが確認できる。そして、プ
ローブが被測定物に接触すると、厚み計本体の表示手段
に、上記発信波形と共に、物体に入射された入射波形、
物体からの反射波形が表示される。測定者は、この入射
波および反射波の波形高さを見ながら、入射波形高さに
対して反射波形高さが所定のレベル以上になるようにプ
ローブの接触部位を変えて行く。これにより、プローブ
が物体に対して垂直にセットされているかどうかを確認
でき、高精度な厚み測定が行なえる。

例えば、物体の材質が既知の場合には、物体中を伝播す
る音速および上記時間差に基づいて物体の厚みが演算手
段により算出され、表示手段にその値が表示される。

一方、物体の材質が不明の場合にも、該物体と同じ材質
で且つ厚みの既知の標準物から演算手段により音速が算
出される。そして、この音速および上記時間差に基づい
て物体の厚みが算出され、表示手段にその値が表示され
る。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図ないし第８図に基づいて説明
すれば、以下のとおりである。

本発明に係る超音波厚み計は、第１図に示すように、超
音波厚み計重体４およびプローブ５がら構成されている
。超音波厚み計重体４とプローブ５とは、第２図に示す
ように、ケーブル６で互いに接続されている。

超音波厚み計本体４は、主として演算手段としての中央
処理装置（以下ＣＰＵと称す）１、表示手段としの液晶
表示袋Ｗ（以下ＬＣＤと称す）２、キースイッチ群３か
ら成っている。

ＣＰＵＩば、超音波厚み計の制御中枢をなすものであり
、プローブ５を介して、超音波が送信されてから受信さ
れるまでの時間差を検出するようになっている。また、
ＣＰＵＩは、物体の材質が既知の場合には物体中を伝播
する音速（既知）および上記時間差に基づいて物体の厚
みを算出する一方、物体の材質が不明の場合には該物体
と同じ材質で且つ厚みの既知の標準物から音速を算出し
、この音速および上記時間差に基づいて物体の厚みを計
測するようになっている。

ＬＣＤ２は、第３図に示すように、超音波厚み計重体４
の上方に設けられ、ＣＰＵＩにより算出された厚みおよ
び音速を表示する（ＬＣＤ２のはぼ上半分の領域に表示
される）と共に、送信された超音波の発信波形２ａ、物
体に入射された入射波形２ｂ、物体からの反射波形２Ｃ
を表示する（ＬＣＤ２のほぼ下半分の領域（以下Ａモー
ドスコープと称す）に表示する）ようになっている。入
射波形２ｂに対して、反射波形２０が所定のレベル（便
宜上、図中、破線で示すサンプリングレベル）に達した
かどうかを目視することによって、測定者は、物体に対
して超音波が垂直に発せられているかどうかを確認でき
るようになっている。

上記サンプリングレベルは、任意に変えることができ、
例えばポリスチレンやポリプロピレンの場合には入射波
形２ｂの高さの８０％に設定し、ウレタンやシリコンの
場合には５０％に設定すると、それぞれ高精度に厚みを
測定できる。

また、ＬＣＤ２は、音速計測および厚み計測のうち、何
れの計測が行われているかが目視できるように表示する
ようになっている。なお、音速計測は音速計測キー８ａ
により行われ、厚み計測は厚み計測キー９ａにより行わ
れる。さらに、ＬＣＤ２は、バッテリーチエ・ツクキー
１２を操作することによって、備えられたバッテリーの
放電状態、即ちバッテリーを交換する必要があるがどう
ががわかるバッテリーインジケータ機能を有している。

キースイッチ群３は、第３図に示すように、超音波厚み
計重体４の下方に配せられ、物体の厚みを測定するのに
必要な種々のデータをＣＰＵＩに入力するようになって
いる。キースイッチ群３は、超音波厚み計重体４をパワ
ーオンするパワーオンキー７、音速計測キー８ａ、厚み
計測キー９ａ、音速入カキ−８ｂ、厚み入カキ−９ｂ、
種々の入力されたデータを所定のメモリエリアにメモリ
するエントリーキー１１、測定年月日をセットする日付
キー１６、被測定物の厚みが５ｍｍ以上かどうかの情報
をＣＰＵＩに人力するモードキー１７、および上記バッ
テリーチエツクキー１２からなっている。

材質の不明な被測定物の厚みを測定する場合、音速計測
キー８ａが操作されると、該被測定物と同じ材質で、且
つ厚みの既知の標準物中を伝播する音速が計測され、こ
の音速に基づいて被測定物の厚みが計測されるようにな
っている。音速入カキ−８ｂは、設定された音速値を変
更したい場合に使用するキーで、このキーを操作した後
、所望の音速がキースイッチ群３を介して設定できるよ
うになっている。

厚み計測キー９ａが操作されると、被測定物の厚みが計
測されるようになっている。厚み入カキ−９ｂは、材質
の不明な被測定物の厚みを測定する場合、標準物中を伝
播する音速を計測する際に必要な標準物の厚みを入力す
るためのものであり、このキーの操作後、所望の厚みが
キースイッチ群３を介して設定できるようになっている
。

また、超音波厚み計重体４は、上記構成要素以外に、プ
ローブ５を介して被測定物からの反射波を広帯域にわた
って増幅する増幅器、この反射波をアナログ／ディジタ
ル変換する高速サンプリングＡ／Ｄ変換器、Ａ／Ｄ変換
器の出力を記憶するバッファメモリ、動作プログラム等
が格納されているＲＯＭ、ＣＰＵＩのアドレスバスを適
宜切り替える回路、バッファメモリの出力を高速サンプ
リングするカウンタ、基準クロック（例えば２０ＭＨ２
）発生回路を含むタイミング制御回路、プローブ５から
超音波を出射する際に高圧を発生するインバータ回路、
インバータ回路の出力を所定の周波数を有するパルスに
変換するインパルス発生回路等（何れも図示しない）を
備えている。さらに、超音波厚み計本体４は、オシロス
コープ等で上記各種波形を観測するための外部出力端子
（図示しない）を備えていると共に、ケーブル６を介し
てプローブ５と接続するための外部出力端子（図示しな
い）を備えている。

上記プローブ５は、第４図に示すように、主として、送
信手段および受信手段としての超音波振動子１４（例え
ばＰｂＺｒ０＊とＰｂＴｉＯ２との固溶体からなる振動
子）および接触部１５からなっている。接触部１５は、
同図に示すように、略コーン状に形成されており、その
先端部１５ａは平坦で、物体との接触面積が小さくなる
（例えば２−径）ように設定されている。これにより、
被測定物体が一様に平坦でなく、例えば曲面形状であっ
ても対応できるようになっている。上記超音波振動子１
４および接触部１５は、第４図に示すように、例えばＡ
ＢＳ樹脂からなる部材により保持されている。プローブ
５は、本実施例においては、２種類のプローブ５ａ・５
ｂが用意されており、プローブ５ａは被測定物の厚みが
５ｗ以下の場合に使用され、プローブ５ｂは被測定物の
厚みが５１！ｌ［１１以上の場合に使用されるようにな
っている。また、プローブ５ａ・５ｂの何れが選択され
ているかを超音波厚み計本体４に対して認知させるのに
モードキー１７が使用される。例えば、モードキー１７
を操作後、数字１キーを押圧することによって、プロー
ブ５ａが選択されたことを超音波厚み計本体４は認知す
る。′一方、モードキー１７を操作後、数字２キーを押
圧することによって、プローブ５ｂが選択されたことを
超音波厚み計本体４は認知する。

ここで、本発明に係る超音波厚み計の動作を第５図（ａ
）〜（ｊ）、および第６図〜第８図に基づいて、以下に
詳細に説明する。

まず、第５図（ａ）に示す初期状態において、パワーオ
ンキー７が操作されると、第５図（ｂ）に示すように、
ＬＣＤ２上に、音速００００　ｍ／ｓ、および被測定物
の厚み００００　ｍｍが表示される。

第６図のフローチャートに示すように、被測定物の厚み
が５Ｗ以上かどうかを測定者が判断しくＳｌ）、被測定
物が５ｍｍ以上の場合にはプローブ５ｂを選択し、モー
ドキー１７を操作後に数字２キーを押圧する（Ｓ２）。

Ｓｌにおいて、被測定物が５ｍ＋＋以下の場合にはプロ
ーブ５ａを選択し、モードキー１７を操作後に数字１キ
ーを押圧する（Ｓ３）。そして、選択されたプローブ５
ａまたは５ｂのゼロ調整が行われる（Ｓ４）。

次に、測定者は被測定物の材質が既知かどうかを判断し
くＳ５）、既知の場合には、音速入カキ−８ｂを操作後
、被測定物中の音速値をキースイッチ群３の数字キーを
介して入力する（Ｓ６）。

つまり、第５図（ｃ）（ｄ）に示すように、被測定物中
の音速値（例えば４桁）を高位の桁からキースイッチ群
３の数字キーを使用して入力する（３６）。例えば、被
測定物がポリスチレンの場合には、その音速値（２３５
０ｍ八）を入力し、入力値に間違いのないことを確認し
てからエントリーキー１１を操作すると、該音速値（２
３５０ｍ／ｓ）がメモリされ、表示が固定する（同図（
ｄ）参照）。

なお、入力ミスが生じた場合、キースイッチ群３中のカ
ーソルキー（例えば２．４．６．８の各数字キー）を使
用して、訂正したい桁まで移動した後、正しい音速値を
再入力できる。そして、被測定物の厚みを計測するサブ
ルーチン（厚み計測ルーチン）へ移行する（Ｓ２０）。

ここで、厚みを計測するサブルーチンを第８図に基づい
て以下に説明する。

厚み計測サブルーチンの処理は、厚み計測キー９ａが操
作された後に行われるようになっている、厚み計測キー
９ａが操作されると、超音波厚み計本体４はパワーオン
されているので、プローブ５からは超音波が発信され、
その発信波形がＬＣＤ２のＡモードスコープに表示され
る（第５図（ｅ）参照）。プローブ５を被測定物に接触
させて、超音波を被測定物に対して照射すると（Ｓ２１
）、第５図（ｆ）に示すように、上記発信波形と共に被
測定物への入射波形、および被測定物からの反射波形が
Ａモードスコープに表示される（Ｓ２２）。測定者は、
Ａモードスコープの表示を観測しながら、プローブ５の
接触部位を変えて行く（Ｓ２３）。そして、反射波形高
さが入射波形高さに対して所定のレベル以上になったか
どうかを判定する（Ｓ２４）。この時、反射波形高さが
入射波形高さに対して所定のレベル以上でない場合には
Ｓ２３に戻る一方、所定レベル以上の場合にはＳ２５へ
移行する。Ｓ２５では、第５図（ｆ）に示すように、入
射波形と反射波形の間隔は、被測定物の厚みに応じて変
化するようになっており、超音波が送信されてから受信
されるまでの時間差と、物体中を伝播する音速（上記Ｓ
６で被測定物中を伝播する音速値がメモリされている）
に基づいて物体の厚み（例えば１０．５０　＋＋ｕｙ＋
）が前記ＣＰＵｌによって算出され、ＬＣＤ２に表示さ
れる。

なお、上記所定のレベルは、サンプリングレベルをキー
スイッチ群３（例えば数字８キーおよび数字２キー）を
操作して変えることもできる。

上記Ｓ５（第６図参照）において、被測定物の材質が不
明の場合には、被測定物中を伝播する音速を計測するサ
ブルーチン（音速計測ルーチン）へ移行する（ＳＩＯ）
。このサブルーチンを第７図に基づいて、以下に説明す
る。

音速計測ルーチンの処理は、音速計測キー８ａが操作さ
れた後に行われるようになっている。音速計測キー８ａ
の操作後、被測定物と同じ材質を有し、且つ厚みが既知
の標準物を準備し、厚み入カキ−９ｂを操作後、標準物
の厚みをキースイッチ群３の数字キーを介して入力する
（Ｓｌｌ）。

例えば、標準物の厚みが１０．００−一の場合には、第
５図（ｇ）（ｈ）に示すように、カーソルの移動（左か
ら右）に応じて高位の桁から順次入力して行き、設定す
べき厚みが間違いなく入力されたことを確認して、エン
トリーキー１１を操作する。

これにより、厚み（１０，００ａｍ）がメモリされる。

この標準物に対して、プローブ５を介して超音波を照射
する（Ｓ１２）と、第５図（ｉ）に示すように、発信波
形、入射波形、反射波形が前記と同様に、ＬＣＤ２のＡ
モードスコープに表示される（Ｓ１３）。測定者は、上
記各波形高さを観測しながら、反射波形高さが入射波形
高さに対して所定のレベル以上になるように、プローブ
５の接触部位を変える（Ｓ１４）。この時、第５図（ｉ
）に示すように、標準物中を伝播する音速値（例えばポ
リスチレンやポリプロピレンの場合は２３５ｏ■／ｓ）
がＬＣＤ２に表示される（Ｓ１５）、測定者は、ＬＣＤ
２の音速値の表示が安定したかどうかを判定しく５１６
）、安定しておればエントリーキー１１を操作してその
音速値をメモリした（Ｓ１７）後メインルーチンへ戻り
、３２０へ移行して、以下、上記と同様の処理が行われ
、例えば１４．７０１１１ｍという被測定物の厚みがＬ
ＣＤ２に表示される（第５図（ｊ）参照）。一方、Ｓ１
６において、音速値の表示が安定していなければ、Ｓ１
４へ移行して、音速値の表示が安定するまで上記と同様
の操作を繰り返す。

以上のように、本実施例の超音波厚み計によれば、Ａモ
ードスコープに発信波形、入射波形、反射波形がそれぞ
れ表示されるので、これらの波形を目視しながら被測定
物の厚みを正確に計測できる。また、被測定物の材質が
未知の場合でも、厚みの既知の同材質の標準物中を伝播
する音速を計測することによって、高精度に被測定物の
厚みを計測できる。また、プローブ５の接触部１５の先
端部１５ａの面積が非常に小さいので、例えばボイドや
クランク等が被測定物中にあってもＡモードスコープを
観測することによって、その影響を回避して、被測定物
の厚みを高精度に計測できるようになっている。

〔発明の効果〕本発明に係る超音波厚み計は、以上のように、超音波を
送信する送信手段と、物体からの反射波を受信する受信
手段とからなり、物体に着脱自在に取着されるプローブ
と、上記プローブを介して、超音波が送信されてから受信さ
れるまでの時間差を検出すると共に、物体の材質が既知
の場合には物体中を伝播する音速および上記時間差に基
づいて物体の厚みを算出する一方、物体の材質が不明の
場合には該物体と同じ材質で且つ厚みの既知の標準物か
ら音速を算出し、この音速および上記時間差に基づいて
物体の厚みを算出する演算手段と、演算手段により算出
された厚みおよび音速を表示すると共に、送信された超
音波の発信波形、物体に入射された入射波形、物体から
の反射波形を表示する表示手段とからなる厚み計本体と
を備えた構成である。

これにより、測定者は、超音波が物体に対して垂直に照
射されているかどうかを確認することができるので、物
体の厚みを正確に測定することができると共に、物体が
傷や小孔を有する場合でも物体の正確な厚みを測定する
ことができる。また、物体の材質が不明な場合でも、物
体の正確な厚みが測定できるので、測定の信頼性向上を
図ることができるという効果を併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は、本発明の一実施例を示すもので
ある。第１図は、本発明に係る超音波厚み計の構成の要部を示
すブロック図である。第２図は、超音波厚み計本体とプローブとの接続関係を
示す説明図である。第３図は、超音波厚み計本体の各部材の配列を示す正面
図である。第４図は、プローブの構成の要部を示す説明図である。第５図（ａ）〜（ｊ）は、超音波厚み計の動作に伴うＬ
ＣＤの表示の変化を示す説明図である。第６図は、超音波厚み計の動作のメインルーチンを説明
するフローチャートである。第７図は、第６図で示したフローチャートにおける音速
計測ルーチンの動作を説明するフローチャートである。第８図は、第６図で示したフローチャートにおける厚み
計測ルーチンの動作を説明するフローチャートである。１はｃＰＵ（演算手段）、２はＬｃＤ（表示手段）、５
はプローブ、８ａは音速計測キー、９ａは厚み計測キー
、１４は超音波振動子（送信手段、受信手段）である。特許出願人　　　　積水化成品工業株式会社同　　上　
　　　本　多　電　子株式会社第１図第２図第３図第５図（ａ）第５図（Ｃ）第５図（ｂ）第５図（ｄ）第５図（ｅ）第５図（９）見５図（ｆ）第５図（ｈ）第６図

Claims

【特許請求の範囲】１、超音波を送信する送信手段と、物体からの反射波を
受信する受信手段とからなり、物体に接触されるプロー
ブと、上記プローブを介して、超音波が送信されてから受信さ
れるまでの時間差を検出すると共に、物体の材質が既知
の場合には物体中を伝播する音速および上記時間差に基
づいて物体の厚みを算出する一方、物体の材質が不明の
場合には該物体と同じ材質で且つ厚みの既知の標準物か
ら音速を算出し、この音速および上記時間差に基づいて
物体の厚みを算出する演算手段と、演算手段により算出
された厚みおよび音速を表示すると共に、送信された超
音波の発信波形、物体に入射された入射波形、物体から
の反射波形を表示する表示手段とからなる厚み計本体と
を備えたことを特徴とする超音波厚み計。