JPH0442011A - 超音波を用いた薄層の厚さ測定方法 - Google Patents
超音波を用いた薄層の厚さ測定方法Info
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- JPH0442011A JPH0442011A JP14840690A JP14840690A JPH0442011A JP H0442011 A JPH0442011 A JP H0442011A JP 14840690 A JP14840690 A JP 14840690A JP 14840690 A JP14840690 A JP 14840690A JP H0442011 A JPH0442011 A JP H0442011A
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Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or 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
（産業上の利用分野］
本発明は、超音波パルス反射法による薄層の厚さを測定
する方法の改良であって、従来法による測定限界を超え
た薄い層の厚さの測定を可能にした方法に関する。 ［従来の技術） 超音波パルスを利用して薄い層の厚さを測定するには、
第１図に示すように、測定すべき試料をに至った超音波
パルスがその表面から反射して来るもの（「表面エコー
Ｓ」とよぶ）と、裏面に達してから反射して来るものく
「裏面エコーＢ」とよぶ）とを受信し、第２図のグラフ
に示すようなＳとＢとの到着時間の差△ｔを知り、試料
中の音速のデータにもとづいてその厚さを計算するとい
う方法が行なわれている。 ２種の物体の間に挟まれた異物の層たとえばスケールや
、さらには空隙の厚さを測定することも同じ原理で可能
であって、第３図および第４図に示すように、超音波パ
ルスの反射波のうち、薄層（３）の表面および裏面から
のそれら、Ｂ１と８２の到着時間の差Δｔを利用して、
厚さを算出する。 上記の原理から当然のことではあるが、薄層の厚さがご
く薄く、その表裏からの反射波の到着する時間の差△↑
が小さくなり、パルスの幅△Ｗに近づいてくると、△ｔ
を正しく知ることが困難になって、厚さを測定すること
は不可能となる。 ［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、超音波パルス反射法に内在する上記の
限界を打破して、従来は測定不可能とされていたごく薄
い層の厚さをも測定できるようにした方法を提供するこ
とにある。
する方法の改良であって、従来法による測定限界を超え
た薄い層の厚さの測定を可能にした方法に関する。 ［従来の技術） 超音波パルスを利用して薄い層の厚さを測定するには、
第１図に示すように、測定すべき試料をに至った超音波
パルスがその表面から反射して来るもの（「表面エコー
Ｓ」とよぶ）と、裏面に達してから反射して来るものく
「裏面エコーＢ」とよぶ）とを受信し、第２図のグラフ
に示すようなＳとＢとの到着時間の差△ｔを知り、試料
中の音速のデータにもとづいてその厚さを計算するとい
う方法が行なわれている。 ２種の物体の間に挟まれた異物の層たとえばスケールや
、さらには空隙の厚さを測定することも同じ原理で可能
であって、第３図および第４図に示すように、超音波パ
ルスの反射波のうち、薄層（３）の表面および裏面から
のそれら、Ｂ１と８２の到着時間の差Δｔを利用して、
厚さを算出する。 上記の原理から当然のことではあるが、薄層の厚さがご
く薄く、その表裏からの反射波の到着する時間の差△↑
が小さくなり、パルスの幅△Ｗに近づいてくると、△ｔ
を正しく知ることが困難になって、厚さを測定すること
は不可能となる。 ［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、超音波パルス反射法に内在する上記の
限界を打破して、従来は測定不可能とされていたごく薄
い層の厚さをも測定できるようにした方法を提供するこ
とにある。
本発明の超音波を用いた薄層の厚さ測定方法は、薄層に
向って超音波パルスを発射し、その表面からの反射波と
裏面からの反射波との到着時間の差を利用して薄層の厚
さを測定する方法において、二種の反射波をゲート回路
を通して抽出した波形を周波数解析し、周波数分布グラ
フにおける谷の部分の周波数を知って、それらの差から
上記到着時間の差を算出して薄層の厚さを測定すること
を特徴とする。 この方法の実施に使用する装置の構成は、第５図に示す
とおりである。
向って超音波パルスを発射し、その表面からの反射波と
裏面からの反射波との到着時間の差を利用して薄層の厚
さを測定する方法において、二種の反射波をゲート回路
を通して抽出した波形を周波数解析し、周波数分布グラ
フにおける谷の部分の周波数を知って、それらの差から
上記到着時間の差を算出して薄層の厚さを測定すること
を特徴とする。 この方法の実施に使用する装置の構成は、第５図に示す
とおりである。
前述のように、超音波パルスの２種の反射波の到着時間
の差が小さくなると、時間の関数で直接計測することは
不可能になって、周波数関数を利用しなければならない
。 超音波パルスの反射波をゲート回路を用いで抽出す
ると、第６図へに示すような波形であり、その周波数分
布は第６図Ｂのような正規分布に近いものとなることが
わかっている。 いま、反射波ＳとＢまたはＢ１とＢ２とが第７図Ａにみ
るように合成された波形をもって必られれる場合、これ
を周波数解析すると、第７図Ｂのような、周波数ｆ、、
ｆ２およびｆ３において周波数成分が欠落して、谷が生
じたグラフが得られる。 この周波数の差△ｆが、反射
波の到着時間の差に対応することは、つぎのように説明
できる。 いま、第１図および第２図の場合の超音波パルス反射波
の波形を、時間関数としてｆ（１）であられすと、その
フーリエ変換はつぎのようになる。 パワースペクトラムとしてＰｌ（Ｗ）を観測すると、 ＊ ここで、Ｆ （Ｗ）はＦｌ（Ｗ）の共役項である。 次に、第３図および第４図の場合、フーリエ変換は、 Ｆ２（Ｗ） −ｆ （ｆ （ｔ） 十Ａ ｆ （ｔ−Ｔ） ） ｅ
−Ｊｗ”ｄｔ＝ （１＋Ａｅ”Ｊ”） Ｆｌ （ｗ）パ
ワースペクトラムは、 Ｐ （Ｗ）−１＋Ａ”＋２Ａｃｏｓ（ｗ）Ｔｗ＝２π
ｆであるから、 ２πｆＴ−π／２，３π／２，５π／２．・・・で最小
、 すなわち、 ｆ＝１／４Ｔ、３／４Ｔ、５．／４Ｔ、・・・で最小 となる。 各項の差１／２丁が△ｆに等しい。
の差が小さくなると、時間の関数で直接計測することは
不可能になって、周波数関数を利用しなければならない
。 超音波パルスの反射波をゲート回路を用いで抽出す
ると、第６図へに示すような波形であり、その周波数分
布は第６図Ｂのような正規分布に近いものとなることが
わかっている。 いま、反射波ＳとＢまたはＢ１とＢ２とが第７図Ａにみ
るように合成された波形をもって必られれる場合、これ
を周波数解析すると、第７図Ｂのような、周波数ｆ、、
ｆ２およびｆ３において周波数成分が欠落して、谷が生
じたグラフが得られる。 この周波数の差△ｆが、反射
波の到着時間の差に対応することは、つぎのように説明
できる。 いま、第１図および第２図の場合の超音波パルス反射波
の波形を、時間関数としてｆ（１）であられすと、その
フーリエ変換はつぎのようになる。 パワースペクトラムとしてＰｌ（Ｗ）を観測すると、 ＊ ここで、Ｆ （Ｗ）はＦｌ（Ｗ）の共役項である。 次に、第３図および第４図の場合、フーリエ変換は、 Ｆ２（Ｗ） −ｆ （ｆ （ｔ） 十Ａ ｆ （ｔ−Ｔ） ） ｅ
−Ｊｗ”ｄｔ＝ （１＋Ａｅ”Ｊ”） Ｆｌ （ｗ）パ
ワースペクトラムは、 Ｐ （Ｗ）−１＋Ａ”＋２Ａｃｏｓ（ｗ）Ｔｗ＝２π
ｆであるから、 ２πｆＴ−π／２，３π／２，５π／２．・・・で最小
、 すなわち、 ｆ＝１／４Ｔ、３／４Ｔ、５．／４Ｔ、・・・で最小 となる。 各項の差１／２丁が△ｆに等しい。
第８図に示すような、アルミ類のシリンダー外枠（４）
の中に鋼製シリンダーライナー（５）を挿入した自動車
用エンジン部品において、ライナーと外枠との間の密着
の度合すなわち空隙（６）の大きさを測定するため、内
部に水を満たし、探触子（１）から周波数’１５．Ｑｌ
’ｌＨ２の超音波パルスを発射して、第５図に示す構成
の装置で反射波（第３図の８１およびＢ２ ＞を受信し
た。 発射された超音波パルスの波形は第９図Ａのとおりであ
り、その周波数解析の結果は第９図Ｂに示したとおりで
あって、第６図Ｂのように、はぼ正規分布をしている。 反則波の合成波は、第１０図Ａにみるとおりであって、
それを周波数解析した結果は第１０図Ｂのとおりであっ
た。 第１０図Ｂは、ｆ１＝５゜０ＨＨｚ 、 ｆ２
＝ １１ 、５ＨＨｚおよびｆ３＝１７゜５ ＭＨｚに
おいて波形に谷があり、第７図Ｂと実質上同じ形であっ
た。 従ってこの測定方法は、各種のセラミックスヤ金属たと
えば超硬合金などの薄層の厚さを測定する方法として有
用であり、とくに実施例を挙げて示したように、非破壊
検査により金属の密着度合をしらべることができるとい
うことは、広い分野への適用の可能性を示すものである
。 空気中の音速を３４０ｍ／ｓｅｃとして空隙の厚さを計
算すると、 ３４０÷（６Ｘ１０６）＝５７ｘ１０−３（Ｍ）となっ
て、５７μｍという値が得られた。 ［発明の効果１ 本発明の方法によれば、従来の超音波パルス反射法では
測定不可能であった極薄の層の厚さを測定することがで
きる。
の中に鋼製シリンダーライナー（５）を挿入した自動車
用エンジン部品において、ライナーと外枠との間の密着
の度合すなわち空隙（６）の大きさを測定するため、内
部に水を満たし、探触子（１）から周波数’１５．Ｑｌ
’ｌＨ２の超音波パルスを発射して、第５図に示す構成
の装置で反射波（第３図の８１およびＢ２ ＞を受信し
た。 発射された超音波パルスの波形は第９図Ａのとおりであ
り、その周波数解析の結果は第９図Ｂに示したとおりで
あって、第６図Ｂのように、はぼ正規分布をしている。 反則波の合成波は、第１０図Ａにみるとおりであって、
それを周波数解析した結果は第１０図Ｂのとおりであっ
た。 第１０図Ｂは、ｆ１＝５゜０ＨＨｚ 、 ｆ２
＝ １１ 、５ＨＨｚおよびｆ３＝１７゜５ ＭＨｚに
おいて波形に谷があり、第７図Ｂと実質上同じ形であっ
た。 従ってこの測定方法は、各種のセラミックスヤ金属たと
えば超硬合金などの薄層の厚さを測定する方法として有
用であり、とくに実施例を挙げて示したように、非破壊
検査により金属の密着度合をしらべることができるとい
うことは、広い分野への適用の可能性を示すものである
。 空気中の音速を３４０ｍ／ｓｅｃとして空隙の厚さを計
算すると、 ３４０÷（６Ｘ１０６）＝５７ｘ１０−３（Ｍ）となっ
て、５７μｍという値が得られた。 ［発明の効果１ 本発明の方法によれば、従来の超音波パルス反射法では
測定不可能であった極薄の層の厚さを測定することがで
きる。
第１図および第２図は、超音波パルス反射法による薄層
の厚さを測定する方法の原理を説明１６図であって、第
１図は超音波パルスの伝播の状況を示し、第２図はその
波形をあられす。 第３図および第４図も、超音波パルス反射法による薄層
の厚さを測定する方法の原理を説明覆るものであって、
第３図は第１図と、そして第４図は第２図と同様な図で
ある。 第５図は、本発明の方法に使用する装置の構成を示すブ
ロックダイアグラムである。 第６図は、超音波パルスまたはその反射波の波形（Ａ＞
と、その周波数解析の結果（Ｂ）を示す概念的なグラフ
である。 第７図は第６図に類似の図であって、超音波とその反射
波、または２種の反射波が合成された波形（Ａ）と、そ
の周波数解析の結果（Ｂ）を示す概念的なグラフである
。 第８図は、本発明の方法を、エンジンのシリンダーとそ
のライナーとの間の空隙の大きざの測定に利用している
ところを示す配置図でおる。 第９図は、第８図に示した実施例における、超音波パル
スの波形（Ａ＞およびその周波数分布（Ｂ）を示す、第
６図に対応する実際のグラフである。 第１０図は、同じく第８図に示した実施例における、超
音波パルスの反射波２種の合成波の波形（Ａ）およびそ
の周波数分布（Ｂ）を示す、第７図に対応する実際のグ
ラフである。 １・−・超音波探触子 ２・・・測定試料 ３・・・薄層 ４・・・シリンダー外枠 ５・・・シリンダーライナー ６・・・空 隙
の厚さを測定する方法の原理を説明１６図であって、第
１図は超音波パルスの伝播の状況を示し、第２図はその
波形をあられす。 第３図および第４図も、超音波パルス反射法による薄層
の厚さを測定する方法の原理を説明覆るものであって、
第３図は第１図と、そして第４図は第２図と同様な図で
ある。 第５図は、本発明の方法に使用する装置の構成を示すブ
ロックダイアグラムである。 第６図は、超音波パルスまたはその反射波の波形（Ａ＞
と、その周波数解析の結果（Ｂ）を示す概念的なグラフ
である。 第７図は第６図に類似の図であって、超音波とその反射
波、または２種の反射波が合成された波形（Ａ）と、そ
の周波数解析の結果（Ｂ）を示す概念的なグラフである
。 第８図は、本発明の方法を、エンジンのシリンダーとそ
のライナーとの間の空隙の大きざの測定に利用している
ところを示す配置図でおる。 第９図は、第８図に示した実施例における、超音波パル
スの波形（Ａ＞およびその周波数分布（Ｂ）を示す、第
６図に対応する実際のグラフである。 第１０図は、同じく第８図に示した実施例における、超
音波パルスの反射波２種の合成波の波形（Ａ）およびそ
の周波数分布（Ｂ）を示す、第７図に対応する実際のグ
ラフである。 １・−・超音波探触子 ２・・・測定試料 ３・・・薄層 ４・・・シリンダー外枠 ５・・・シリンダーライナー ６・・・空 隙
Claims (1)
- 薄層に向って超音波パルスを発射し、その表面からの反
射波と裏面からの反射波との到着時間の差を利用して薄
層の厚さを測定する方法において、二種の反射波をゲー
ト回路を通して抽出した波形を周波数解析し、周波数分
布グラフにおける谷の部分の周波数を知って、それらの
差から上記到着時間の差を算出して薄層の厚さを測定す
ることを特徴とする超音波を用いた薄層の厚さ測定方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14840690A JPH0442011A (ja) | 1990-06-06 | 1990-06-06 | 超音波を用いた薄層の厚さ測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14840690A JPH0442011A (ja) | 1990-06-06 | 1990-06-06 | 超音波を用いた薄層の厚さ測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0442011A true JPH0442011A (ja) | 1992-02-12 |
Family
ID=15452074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14840690A Pending JPH0442011A (ja) | 1990-06-06 | 1990-06-06 | 超音波を用いた薄層の厚さ測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0442011A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030030115A (ko) * | 2001-10-08 | 2003-04-18 | 현대자동차주식회사 | 실린더라이너의 밀착성 측정장치 |
| DE10338063A1 (de) * | 2003-08-19 | 2005-03-17 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren zur Messung der Wandstärke einer in einem Kurbelgehäuse eingegossenen Zylinderlaufbuchse |
| JP2007192546A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-08-02 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | 耐火物煉瓦間の空隙検査方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145489A (ja) * | 1984-12-17 | 1986-07-03 | ナシヨナル ニユークリア コーポレーシヨン リミテツド | 原子炉用遮蔽体 |
| JPS62284209A (ja) * | 1986-03-26 | 1987-12-10 | ザ・バブコツク・アンド・ウイルコツクス・カンパニ− | ボイラ−管の内側面の酸化物スケ−ルを測定するための高周波超音波技術 |
| JPH0365608A (ja) * | 1989-08-02 | 1991-03-20 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 配管内のスケール厚さ計測方法及び装置 |
-
1990
- 1990-06-06 JP JP14840690A patent/JPH0442011A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61145489A (ja) * | 1984-12-17 | 1986-07-03 | ナシヨナル ニユークリア コーポレーシヨン リミテツド | 原子炉用遮蔽体 |
| JPS62284209A (ja) * | 1986-03-26 | 1987-12-10 | ザ・バブコツク・アンド・ウイルコツクス・カンパニ− | ボイラ−管の内側面の酸化物スケ−ルを測定するための高周波超音波技術 |
| JPH0365608A (ja) * | 1989-08-02 | 1991-03-20 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 配管内のスケール厚さ計測方法及び装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030030115A (ko) * | 2001-10-08 | 2003-04-18 | 현대자동차주식회사 | 실린더라이너의 밀착성 측정장치 |
| DE10338063A1 (de) * | 2003-08-19 | 2005-03-17 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren zur Messung der Wandstärke einer in einem Kurbelgehäuse eingegossenen Zylinderlaufbuchse |
| JP2007192546A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-08-02 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | 耐火物煉瓦間の空隙検査方法 |
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