JPH0518363B2 - - Google Patents
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- JPH0518363B2 JPH0518363B2 JP62088540A JP8854087A JPH0518363B2 JP H0518363 B2 JPH0518363 B2 JP H0518363B2 JP 62088540 A JP62088540 A JP 62088540A JP 8854087 A JP8854087 A JP 8854087A JP H0518363 B2 JPH0518363 B2 JP H0518363B2
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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)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、特開昭61−79157号公報記載の原理
に基づいて円柱体あるいは線状体等の被験体表面
に形成された膜の膜厚を被験体の各部にわたつて
正確かつ連続的に測定するに適した膜厚測定方法
である。
に基づいて円柱体あるいは線状体等の被験体表面
に形成された膜の膜厚を被験体の各部にわたつて
正確かつ連続的に測定するに適した膜厚測定方法
である。
超音波によつて膜厚を測定する方法では、従来
から基板およびその表面に形成された膜と超音波
発生用のトランスデユーサーの間に超音波伝搬用
の液体を充填して膜および基板に超音波を照射
し、反射超音波あるいは透過超音波を発生用と同
一あるいは別のトランスデユーサーによつて受信
する。これらには、パルス状超音波を入射させ反
射超音波パルスの時間的おくれから膜厚を測る方
法、膜厚が入射波の1/4波長の整数倍のとき共振
することを利用する方法、表面弾性波の音速が膜
厚によつて変化することを利用した方法などがあ
る。特に超音波顕微鏡によつて弾性表面波の音速
変化を測定する場合は、表面からの直接反射波と
弾性表面波との干渉を利用するいわゆるＶ(z)曲線
による方法や、パルス状超音波によつて発生した
パルスの弾性表面波の時間的なおくれを測定する
方法などが知られている。
から基板およびその表面に形成された膜と超音波
発生用のトランスデユーサーの間に超音波伝搬用
の液体を充填して膜および基板に超音波を照射
し、反射超音波あるいは透過超音波を発生用と同
一あるいは別のトランスデユーサーによつて受信
する。これらには、パルス状超音波を入射させ反
射超音波パルスの時間的おくれから膜厚を測る方
法、膜厚が入射波の1/4波長の整数倍のとき共振
することを利用する方法、表面弾性波の音速が膜
厚によつて変化することを利用した方法などがあ
る。特に超音波顕微鏡によつて弾性表面波の音速
変化を測定する場合は、表面からの直接反射波と
弾性表面波との干渉を利用するいわゆるＶ(z)曲線
による方法や、パルス状超音波によつて発生した
パルスの弾性表面波の時間的なおくれを測定する
方法などが知られている。
特開昭61−20803号公報記載の膜厚測定原理に
基づいて、試料膜の表面に一定角度で超音波を入
射し、反射波を採取することで、膜厚を測定する
膜厚測定方法において、被験体が、円柱状あるい
は線状である場合、今までの超音波顕微鏡レンズ
では、被験体側面に直角以外の一定の入射角で超
音波を入射させる事が出来ず、さらに、被験体の
断面半径が小さい場合は、超音波の被照射面が小
さく、十分な照射強度とその反射強度を得ること
が困難であり、かつ、その反射波の位相が乱され
るため、円柱状の被験体側面に形成された膜の厚
さを前記の測定原理にもとづいて測定することが
困難であつた。
基づいて、試料膜の表面に一定角度で超音波を入
射し、反射波を採取することで、膜厚を測定する
膜厚測定方法において、被験体が、円柱状あるい
は線状である場合、今までの超音波顕微鏡レンズ
では、被験体側面に直角以外の一定の入射角で超
音波を入射させる事が出来ず、さらに、被験体の
断面半径が小さい場合は、超音波の被照射面が小
さく、十分な照射強度とその反射強度を得ること
が困難であり、かつ、その反射波の位相が乱され
るため、円柱状の被験体側面に形成された膜の厚
さを前記の測定原理にもとづいて測定することが
困難であつた。
本発明は、以上の如き問題点を解決する為、特
開昭61−20803号公報で定義された角度の二倍の
2θを円錐の頂角にし、円錐底面以外の曲面状に圧
電位を位置させ、かつ、その円錐中心線に円筒あ
るいは直線状体の被験体の中心線を一致させた場
合、圧電体によつて発振された超音波が、被験体
表面に向つて高エネルギー密度に収束され、か
つ、被験体表面で一定の入射角で超音波を入射さ
せる事が出来る事を利用し、同様のレンズを発振
側レンズに相対する様位置させ、これらレンズの
中心線にあいた空洞を通して被験体を通過あるい
は挿入させることで、連続的に被験体表面からの
反射波を広い面積で、かつ、位相のずれに起因す
る受信された信号の周波数分布を観測した時の干
渉による極小現象をおこすこと無く、受信し、膜
厚算出に十分な出力を得、円柱状態あるいは線状
体表面の膜厚を正確に且つ連続的に測定する方法
を提供するものである。
開昭61−20803号公報で定義された角度の二倍の
2θを円錐の頂角にし、円錐底面以外の曲面状に圧
電位を位置させ、かつ、その円錐中心線に円筒あ
るいは直線状体の被験体の中心線を一致させた場
合、圧電体によつて発振された超音波が、被験体
表面に向つて高エネルギー密度に収束され、か
つ、被験体表面で一定の入射角で超音波を入射さ
せる事が出来る事を利用し、同様のレンズを発振
側レンズに相対する様位置させ、これらレンズの
中心線にあいた空洞を通して被験体を通過あるい
は挿入させることで、連続的に被験体表面からの
反射波を広い面積で、かつ、位相のずれに起因す
る受信された信号の周波数分布を観測した時の干
渉による極小現象をおこすこと無く、受信し、膜
厚算出に十分な出力を得、円柱状態あるいは線状
体表面の膜厚を正確に且つ連続的に測定する方法
を提供するものである。
本発明においては、特開昭61−20803号公報記
載の測定法を円柱状体あるいは線状体の側面の膜
厚測定に応用するに際し、超音波伝搬用の液体か
ら、被験体の芯材に入射する超音波の入射角が芯
材、膜、液体の物質に固有の値（θ）でかつ、超
音波の波長と膜厚(d)の比が、芯材、膜、および液
体の物質に固有の(H)の時、超音波の反射率が低下
する事を利用して、反射波の強度が低下する超音
波の波長（λ）を測定し、第６図参照下記(A)式 ｄ＝λ・Ｈ ………(A) によつて膜厚を求める場合に使用する超音波顕微
鏡レンズの圧電体を、頂角2θの円錐表面状に位置
させ、その円錐中心線に円柱あるいは線状の被験
体の中心線が一致する様に位置させる事により、
被験体表面に、高エネルギー密度で、かつ、上記
固有の入射角θで超音波を入射させる事を可能と
し、かつ、被験体が長い場合もそれらレンズ中心
線近傍に空洞を設け通過させる事を可能とするそ
ろばん玉型超音波顕微鏡レンズを用いて膜厚を測
定する方法である。
載の測定法を円柱状体あるいは線状体の側面の膜
厚測定に応用するに際し、超音波伝搬用の液体か
ら、被験体の芯材に入射する超音波の入射角が芯
材、膜、液体の物質に固有の値（θ）でかつ、超
音波の波長と膜厚(d)の比が、芯材、膜、および液
体の物質に固有の(H)の時、超音波の反射率が低下
する事を利用して、反射波の強度が低下する超音
波の波長（λ）を測定し、第６図参照下記(A)式 ｄ＝λ・Ｈ ………(A) によつて膜厚を求める場合に使用する超音波顕微
鏡レンズの圧電体を、頂角2θの円錐表面状に位置
させ、その円錐中心線に円柱あるいは線状の被験
体の中心線が一致する様に位置させる事により、
被験体表面に、高エネルギー密度で、かつ、上記
固有の入射角θで超音波を入射させる事を可能と
し、かつ、被験体が長い場合もそれらレンズ中心
線近傍に空洞を設け通過させる事を可能とするそ
ろばん玉型超音波顕微鏡レンズを用いて膜厚を測
定する方法である。
頂角2θの円錐形では、同じ高ｖをもつ円上から
の法線は第２図に示す様に常に、中心線上ｖ−
ltanθで収束する。この為、円錐形側面に圧電体
を任意の広さで張つた場合も超音波は必らず円錐
中心線上に収束し、かつ、中心線に対して常にθ
の入射角をもつ。
の法線は第２図に示す様に常に、中心線上ｖ−
ltanθで収束する。この為、円錐形側面に圧電体
を任意の広さで張つた場合も超音波は必らず円錐
中心線上に収束し、かつ、中心線に対して常にθ
の入射角をもつ。
次に、円錐中心に沿つて半径ｍの円柱体を設置
した場合も第３図に示す様に円錐表面の圧電体か
ら発した超音波はこの円柱体表面に収束し、この
時の超音波のエネルギー密度は円錐形の側面での
エネルギー密度に対してｍ／ｌ倍となる事がわか
る。
した場合も第３図に示す様に円錐表面の圧電体か
ら発した超音波はこの円柱体表面に収束し、この
時の超音波のエネルギー密度は円錐形の側面での
エネルギー密度に対してｍ／ｌ倍となる事がわか
る。
以上円錐形測面状に圧電体を配した場合におい
て、一定の入射角θで収束超音波を入射でき、か
つ、高エネルギー密度を得ることは遅延材を用い
た場合も同様に成り立つ。このとき、中心線を含
んだ断面に於いては、中心線をｘ軸とすると、圧
電体の位置に相当する面は、 ｙ＝−tanθ・ｘ＋ｈ ０≦ｘ ０≦ｙ …… で表わされる。又、遅延材の対物面２６は、 ｙ＝−tanθ・ｘ＋ｋ ０≦ｘ ０≦ｙ …… で表わされる。ここで、円錐形の中心線に沿つて
被験体１０が通過できるよう貫通した空洞部をも
たせた場合、空洞部は、 ｘ＝ｔ、０≠ｔ＜ｋ ……… によつて表わされる（第４図参照）。このように
レンズ２０，３０を構成した場合、これと同様の
レンズを相対して位置させた場合、第１図に示す
ように発信用の圧電体２２上のＰ点から発信され
た超音波はＰ→Ｒ→Ｓ→Ｔ→Ｕの経路を通り反射
波を受信用圧電体３２により受信することがで
き、空洞部に通された被験体１０を移動すること
で、連続的に円筒表面各部の膜厚を測定できる。
さらに、受信用圧電体３２を第５図に示すように
分割して張れば円筒表面の円周方向の各部分の膜
の厚さの分布も測定が可能である。
て、一定の入射角θで収束超音波を入射でき、か
つ、高エネルギー密度を得ることは遅延材を用い
た場合も同様に成り立つ。このとき、中心線を含
んだ断面に於いては、中心線をｘ軸とすると、圧
電体の位置に相当する面は、 ｙ＝−tanθ・ｘ＋ｈ ０≦ｘ ０≦ｙ …… で表わされる。又、遅延材の対物面２６は、 ｙ＝−tanθ・ｘ＋ｋ ０≦ｘ ０≦ｙ …… で表わされる。ここで、円錐形の中心線に沿つて
被験体１０が通過できるよう貫通した空洞部をも
たせた場合、空洞部は、 ｘ＝ｔ、０≠ｔ＜ｋ ……… によつて表わされる（第４図参照）。このように
レンズ２０，３０を構成した場合、これと同様の
レンズを相対して位置させた場合、第１図に示す
ように発信用の圧電体２２上のＰ点から発信され
た超音波はＰ→Ｒ→Ｓ→Ｔ→Ｕの経路を通り反射
波を受信用圧電体３２により受信することがで
き、空洞部に通された被験体１０を移動すること
で、連続的に円筒表面各部の膜厚を測定できる。
さらに、受信用圧電体３２を第５図に示すように
分割して張れば円筒表面の円周方向の各部分の膜
の厚さの分布も測定が可能である。
長いＮ−Fe42％合金の芯材の上に金のメツキ
膜がしてある円筒状の被験体の金メツキ膜厚を測
定するにおいて、超音波伝搬材に水を使用した時
の入射角θは31゜であつた。このため、頂角62゜の
円錐形レンズを石英で構成し、第１図に示す様に
組み合わせ、圧電体２２が超音波を発振し、圧電
体３２で受信したところ、周波数分布における極
小値は70MHzであつた（第６図参照）。これによ
りＡ式を用いて金の膜厚ｄを計算すると、ｄ＝
3.9μmであつた。
膜がしてある円筒状の被験体の金メツキ膜厚を測
定するにおいて、超音波伝搬材に水を使用した時
の入射角θは31゜であつた。このため、頂角62゜の
円錐形レンズを石英で構成し、第１図に示す様に
組み合わせ、圧電体２２が超音波を発振し、圧電
体３２で受信したところ、周波数分布における極
小値は70MHzであつた（第６図参照）。これによ
りＡ式を用いて金の膜厚ｄを計算すると、ｄ＝
3.9μmであつた。
本発明は以上の様な構成であるので、円柱ある
いは、線状の被験体の芯材及び膜の物質の組み合
わせが定まり、さらに超音波伝搬用液体が定まつ
たら、それらによつて決まる固有の入射角で超音
波を照射して、その反射波の入射波に対する強度
の比すなわち、反射率が極小となる周波数を周波
数計測器で測定し、次にＡ式により、被験体の膜
の膜厚を算出する測定原理において、円柱状体あ
るいは線状体測面に形成された膜の膜厚やその分
布を、被験体をレンズ中心線にそつて移動する事
で、単時間に精度良く測定出来る。さらに受信側
の圧電体を分割し、独立に電気信号を取り出せる
様に構成すれば被験体周囲の膜厚分布を一括して
得る事が出来る。
いは、線状の被験体の芯材及び膜の物質の組み合
わせが定まり、さらに超音波伝搬用液体が定まつ
たら、それらによつて決まる固有の入射角で超音
波を照射して、その反射波の入射波に対する強度
の比すなわち、反射率が極小となる周波数を周波
数計測器で測定し、次にＡ式により、被験体の膜
の膜厚を算出する測定原理において、円柱状体あ
るいは線状体測面に形成された膜の膜厚やその分
布を、被験体をレンズ中心線にそつて移動する事
で、単時間に精度良く測定出来る。さらに受信側
の圧電体を分割し、独立に電気信号を取り出せる
様に構成すれば被験体周囲の膜厚分布を一括して
得る事が出来る。
図面は本発明の方法の実施例を示すものであつ
て、第１図は本発明の応用状態（液体１６は取除
く）を示す正面から見た説明図、第２図、第３
図、第４図はレンズの形状を示す説明図、第５図
は本発明の応用状態を示す斜視図、第６図は受信
用圧電体から得られる電気信号のスペクトル分布
図である。 また、第７図は従来より知られている超音波膜
厚測定技術の原理を示す説明図である。 １０……被験体、１１……被験体中心線、１２
……測定すべき膜、１４……芯材（又は基板）、
１６……（超音波伝搬用）液体、２０……発信用
レンズ、２２……（発信用）圧電体、２４……
（発信用の）遅延材、２６……（遅延材の）対物
面、３０……受信レンズ、３２……（受信用）圧
電体、３４……（受信用の）遅延材、３６……圧
電体。
て、第１図は本発明の応用状態（液体１６は取除
く）を示す正面から見た説明図、第２図、第３
図、第４図はレンズの形状を示す説明図、第５図
は本発明の応用状態を示す斜視図、第６図は受信
用圧電体から得られる電気信号のスペクトル分布
図である。 また、第７図は従来より知られている超音波膜
厚測定技術の原理を示す説明図である。 １０……被験体、１１……被験体中心線、１２
……測定すべき膜、１４……芯材（又は基板）、
１６……（超音波伝搬用）液体、２０……発信用
レンズ、２２……（発信用）圧電体、２４……
（発信用の）遅延材、２６……（遅延材の）対物
面、３０……受信レンズ、３２……（受信用）圧
電体、３４……（受信用の）遅延材、３６……圧
電体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 円筒状体あるいは線状体上に膜厚が形成され
た被験体において、超音波伝搬用の液体から被験
体表面に入射する超音波の入射角が、芯材、液体
および膜の物質の固有の値（θ）で、かつ、超音
波の波長（λ）と、膜厚(d)の比が芯材、液体およ
び膜の物質の固有の値(H)の時、超音波の波長
（λ）を測定し、下記(A)式 ｄ＝λ・Ｈ ………(A) によつて膜厚を求める場合、円錐側面上に圧電体
が形成されたそろばん玉型超音波顕微鏡レンズを
相向い合わせ、且つ、レンズ中心線に、被験体の
中心線が一致する様、位置させ、膜厚を求める膜
厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62088540A JPS63253212A (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 膜厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62088540A JPS63253212A (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 膜厚測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63253212A JPS63253212A (ja) | 1988-10-20 |
| JPH0518363B2 true JPH0518363B2 (ja) | 1993-03-11 |
Family
ID=13945679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62088540A Granted JPS63253212A (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 膜厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63253212A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0835422B1 (fr) * | 1995-06-29 | 1999-06-09 | Bekaert Naamloze Vennootschap | Procede et installation pour la mesure d'epaisseur de couche conductrice non ferromagnetique sur un substrat conducteur ferromagnetique |
| CN102425716A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-04-25 | 航天科工深圳（集团）有限公司 | 输电线路覆冰监测装置的安放支架 |
-
1987
- 1987-04-10 JP JP62088540A patent/JPS63253212A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63253212A (ja) | 1988-10-20 |
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