JPH11118457A - アレイ型超音波被膜厚測定装置及び超音波探傷装置 - Google Patents

アレイ型超音波被膜厚測定装置及び超音波探傷装置

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JPH11118457A
JPH11118457A JP9297855A JP29785597A JPH11118457A JP H11118457 A JPH11118457 A JP H11118457A JP 9297855 A JP9297855 A JP 9297855A JP 29785597 A JP29785597 A JP 29785597A JP H11118457 A JPH11118457 A JP H11118457A
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JP
Japan
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ultrasonic
ultrasonic transducer
film thickness
array
flaw
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JP9297855A
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Tomikazu Ishii
富美一 石井
Kenichi Shimizu
賢一 清水
Satoshi Omori
聡 大森
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Ueda Japan Radio Co Ltd
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Ueda Japan Radio Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

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)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波を利用して基板上の被膜厚を測定する
被膜厚測定装置及び素地内部の傷(例えば空洞、剥離部
等を含む)等を超音波を利用して探知する超音波探傷装
置を提供すること。 【解決手段】 超音波遅延材料2と超音波振動子1とか
ら構成される超音波振動子ユニットの複数個を、一次元
的又は二次元的に配列してアレイ型超音波探触子T1及
びT2とし、更に該アレイ型超音波探触子T1、T2の
複数超音波振動子ユニットのそれぞれに対して、時分割
スイッチ8を利用して超音波パルス信号を順次割当て、
被膜からの反射パルス信号を用いて被膜厚を測定する、
一次元的又は二次元的の極めて広い範囲に亙って被測定
物である被膜厚や素地内部の傷等を少ない測定操作で確
実に検出可能する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
基板上の被膜厚を測定する被膜厚測定装置及び素地内部
の傷(例えば空洞、剥離部等を含む)等を超音波を利用
して探知する超音波探傷装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の装置においては、図5に
示すような単一の超音波振動子1と遅延材2と保護ケー
ス(図示しない)とから構成される超音波振動子ユニッ
トを、測定すべき素地4上の被膜3の表面に押し当て、
その被膜3の厚さを測定するものであった。超音波パル
ス入力が超音波振動子1に入力されると、超音波振動子
1は固有の周波数の超音波パルスを放射し、遅延材2を
通過して測定対象である被膜3及び素地4へと伝搬する
(矢印R1)。超音波パルスは音響特性の異なる材料の
境界で反射を行う特性があることから、遅延材2と被膜
3との境界において、その一部が矢印R2で示すように
反射し、また被膜3内に伝搬した超音波パルスの一部が
被膜3と素地4との境界から矢印R3で示すように反射
する。この反射波R2及びR3が反射波パルス出力とし
て受信され被膜厚の測定に供される。このような被膜厚
測定方法について、図6を用いて以下に述べる。まず、
超音波振動子を空中に向けて遅延材料表面からの反射波
に応じた電気信号波形S1を測定し制御器の所定のメモ
リに記憶しておく。次に、超音波振動子を被測定表面に
圧し当てたときの、被膜と素地との境界面からの反射波
に応じた電気信号波形S2を測定し、前述と同様に制御
器の他の所定のメモリに記憶しておく。次に、電気信号
S1とS2の時間差を検出し、予め測定済みの被膜音速
と比較することにより被膜の厚さが測定可能となる。図
6における電気信号S3は送信パルスによって発生した
信号である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、超
音波振動子ユニットを当接した箇所の被膜厚は測定でき
るが、その箇所だけでなく一定の範囲(一次元又は二次
元領域)に亙る被膜厚を測定するには、該単一超音波振
動子の位置を順次移動させつつ測定を行わねばならず、
移動量が多くそのため測定作業効率の点で不都合であっ
た。また、移動させながら所定範囲の被膜厚を測定する
場合、被測定物へ超音波振動子を押し当てる圧力を移動
動作中常に一定に保つことは困難であり、また超音波振
動子の被膜面に対する方向が必ずしも一定とはならず、
そのため測定精度の均一性が保たれないという不都合が
あった。
【0004】本発明は上述した従来技術の問題点を解決
するようにしたアレイ型超音波被膜厚測定装置及び探傷
装置の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来技術の問題点を解決するために、超音波遅延材料と超
音波振動子とから構成される超音波振動子ユニットの複
数個を、一次元又は二次元に配列してアレイ型超音波探
触子とし、更に該アレイ型超音波探触子の複数超音波振
動子ユニットのそれぞれに対して、時分割スイッチを利
用して超音波パルス信号を順次割当て、被膜からの反射
パルス信号を用いて被膜厚を測定して、一次元的又は二
次元的の広い範囲に亙って被測定物である被膜厚や素地
内部の傷等を少ない測定操作で確実に検出可能とした構
成を特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につき
図1から図4までを参照して詳説する。
【0007】図1から図4までにおいて、従来技術を示
す図5で示した部材と同一若しくは同等の部材には同一
の参照符号を使用してその詳細な説明を省略する。
【0008】図1(A)及び(B)は、本発明の一次元
アレイ型超音波探触子T1の一実施形態を示す。この一
次元アレイ型超音波探触子T1は、一列に配列された複
数個(N個)の超音波振動子ユニットの集合体からな
り、その各々の超音波振動子ユニットは、従来例で述べ
たと同様に超音波振動子1と遅延材2を機械的強度を補
強する目的及び温度補正の目的で使用する材料ケース5
(以下補強材料という)に封入した構成から成る。この
ような一次元アレイ型超音波探触子T1によれば、従来
例で述べた単体の超音波振動子ユニットに較べて、1回
の測定操作で超音波振動子ユニットの個数分に対応した
面積の被膜厚が同時に測定可能となる。この際、超音波
振動子ユニットの被膜への押圧力と、超音波振動子ユニ
ットの被膜面に対する方向が必然的に一定となり、その
ため測定精度の均一性が十分に保たれる。
【0009】図2は、本発明の他の実施形態として示す
二次元アレイ型超音波被探触子T2である。図1に示し
たアレイ型超音波被膜厚測定装置は一次元配列であった
が、図2のものは複数の超音波振動子ユニットが二次元
的に、即ち平面的に配列されたものである。このような
二次元アレイ型超音波被膜厚測定装置によれば、一次元
の場合に述べたと同様に、1回の測定操作で超音波振動
子ユニットの個数分に対応した極めて広い面積の被膜厚
が同時に測定可能となる。
【0010】図3は、図1及び図2で示した一次元又は
二次元アレイ型超音波探触子T1及びT2を用いた超音
波被膜厚測定装置の回路構成を示す。制御器6から発し
た制御信号C1に基づいてパルサー7から出力されたパ
ルス電圧が、この制御器6からの制御信号C1によって
切り換え動作を行う、例えばマルチプレクサー等の時分
割スイッチ8を介して、前述の超音波探触子T1又はT
2内の、或る時刻に選択された1つの超音波振動子ユニ
ットに印加され、超音波パルスが遅延材を介して放射さ
れる。図5を用いて前に説明したように、遅延材2と被
膜3との境界、被膜3と素地4との境界でそれぞれ反射
した超音波パルスR2及びR3は、同一の超音波振動子
ユニットで電気信号に変換されて、再び時分割スイッチ
8及びレシーバー9を介して制御器6に入力され、図6
に関連して既に説明したように制御器6によって被膜厚
が算出される。この被膜厚は表示器10によって、一次
元又は二次元映像として表示される。このように、時分
割スイッチ8を用いて電気的に超音波振動子ユニットを
切り換えることにより、即ち測定箇所を切り換えること
により、測定範囲内の被膜厚、その平均値、最大値、最
小値、及びばらつき等の統計的計算が使用者にとっては
1回の測定操作でも可能となり、測定操作の効率化が促
進されるばかりでなく、測定精度の均一化が達成され
る。本発明は、この時分割スイッチの採用によって、測
定回路構成を最小化したものであり、更に測定結果をよ
り迅速に検出及び表示したい場合には、パルサー7又は
レシーバー9を、又はその両者を複数個採用することが
可能である。
【0011】図4は、被膜厚測定結果を二次元的に表示
する素地断面の一例を示す。このように、測定距離(測
定位置)を横軸に、素地の深さを縦軸にとって、測定し
た結果の被膜層Aと素地層Bとを、表示器10において
二次元的に表示させることにより、被膜厚の深さ方向分
布を視覚的に容易に把握することが可能となる。更に、
前述した制御器6において、測定対象物の良否判定を行
う手段を具備させることによって、本発明アレイ型超音
波被膜厚測定装置を、素地内部に存在する例えば空洞、
剥離部等の傷を探査する探傷装置とすることも可能であ
る。制御器6において、測定対象物の良否判断、例えば
被膜厚さの適/不適、傷の大きさ、傷の位置、傷が空洞
であるのか又は傷が剥離部であるのか等の良否判断を行
う手段を具備することも可能である。例えば、図4に示
されるような傷を自動認識させることも可能となり、そ
れによって製造ラインの自動化を一層促進させることが
可能となる。
【0012】
【発明の効果】以上述べたような構成の本発明によれ
ば、次のような顕著な効果が発揮され得る。
【0013】(1)一次元的又は二次元的に配列された
アレイ型超音波探触子によれば、従来例で述べた単体の
超音波振動子ユニットに較べて、1回の測定操作で超音
波振動子ユニットの個数分に対応した広い面積の被膜厚
が同時に測定可能となる。この際、超音波振動子ユニッ
トの被膜への押圧力と、超音波振動子ユニットの被膜面
に対する方向が必然的に一定となり、そのため測定精度
の均一性が十分に保たれる効果が発揮される。
【0014】(2)本発明は、時分割スイッチを用いて
電気的に複数超音波振動子ユニットを順次切り換えるこ
とにより、即ち測定箇所を切り換えることにより、測定
範囲内のそれぞれの被膜厚、それらの平均値、最大値、
最小値、及び各超音波振動子ユニット間のばらつき等の
統計的計算が使用者にとっては1回の測定操作でも可能
となり、測定操作の効率化が促進されるばかりでなく、
測定精度の均一化が達成される。
【0015】(3)本発明はこの時分割スイッチの採用
によって、測定回路構成をコンパクト化したものであ
り、更に図7に示すようにパルサー又はレシーバーを、
又はその両者を複数個採用することにより、測定結果を
より迅速に検出及び表示することが可能となる。
【0016】(4)本発明アレイ型超音波被膜厚測定装
置を、素地内部に存在する例えば空洞、剥離部等の傷を
探査する探傷装置とすることも可能である。例えば、図
4に示されるような傷3を自動認識させることも可能と
なり、それによって製造ラインの自動化を一層促進させ
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明に採用される一次元アレイ型超
音波探触子の一実施形態を示し、(A)はその概略構成
図、(B)は斜視図である。
【図2】図2は、本発明に採用される二次元アレイ型超
音波探触子の一実施形態を示す斜視図である。
【図3】図3は、図1及び2で示したアレイ型超音波探
触子を用いた超音波被膜厚測定装置の回路構成図であ
る。
【図4】図4は、被膜厚測定結果を二次元的に表示する
素地断面図である。
【図5】図5は、従来の単体超音波振動子ユニットの一
例を示す概略断面図である。
【図6】図6は、被膜厚の測定方法の一例を説明するた
めに超音波信号振幅を示すグラフである。
【図7】図7は、パルサー又はレシーバーを複数個使用
した一例を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
1 超音波振動子 2 超音波遅延材料 3 被膜 4 素地 5 補強材料 6 制御器 7 パルサー 8 時分割スイッチ 9 レシーバー 10 表示器 T1 一次元アレイ型超音波探触子 T2 二次元アレイ型超音波探触子 C1 第1制御信号 C2 第2制御信号 R1 透過波 R2 被膜からの反射波 R3 素地からの反射波

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波遅延材料と、該超音波遅延材料上
    に設けられ、遅延パルス信号を送受信するための超音波
    振動子とから構成される超音波振動子ユニットの複数個
    が、一次元又は二次元に配列されたアレイ型超音波探触
    子と、 前記アレイ型超音波探触子の複数超音波振動子ユニット
    に対して順次超音波パルス信号を、第1制御信号に基づ
    いて供給するパルサーと、 前記パルサーからの超音波パルス信号を、第2制御信号
    の制御の基に、前記アレイ型超音波探触子の各超音波振
    動子ユニットに順次割当てる時分割スイッチと、被測定
    物である被膜からの反射パルス信号を、前記割当てられ
    た各超音波振動子ユニットを介して入力するレシーバー
    と、 該レシーバーからの反射パルス信号を入力して被膜厚を
    演算し、前記第1及び第2制御信号を前記パルサー及び
    前記時分割スイッチにそれぞれ出力する制御器と、 前記制御器からの出力信号を映像表示するための表示器
    とを具備したことを特徴とするアレイ型超音波被膜厚測
    定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記各超音波振動子
    ユニットは、前記超音波遅延材料と、該超音波遅延材料
    上に設けられた超音波振動子と、及びそれらを、機械的
    強度補強及び温度補正を目的とした補強材料で収容する
    ケースとから構成されていることを特徴とするアレイ型
    超音波被膜厚測定装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記表示器は、測定
    された被膜厚を二次元的又は三次元的に映像表示するこ
    とを特徴とするアレイ型超音波被膜厚測定装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記時分割スイッチ
    を利用して電気的に前記超音波振動子ユニットを切り換
    えることにより、即ち測定箇所を切り換えることによ
    り、測定範囲内のそれぞれの箇所の被膜厚、その平均
    値、最大値、最小値、及びばらつき等の統計的計算が使
    用者にとっては1回の測定操作でも可能となることを特
    徴とするアレイ型超音波被膜厚測定装置。
  5. 【請求項5】 請求項1において、前記制御器が、測定
    対象物の良否判断、例えば被膜厚さの適/不適、傷の大
    きさ、傷の位置、傷が空洞であるのか又は傷が剥離部で
    あるのか等の良否判断を行う手段を具備したことを特徴
    とする超音波探傷器。
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