| 【発明の名称】 |
板厚測定方法および装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小池 正浩
【氏名】松井 祐二
【氏名】永島 良昭
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| 【要約】 |
【課題】精度の良いオーバーラップ法を用いて板厚を測定する場合において、オーバーラップ法での板厚測定が難しくなることがある板厚急変部においても、板厚を測定できる板厚測定方法および装置を提供する。
【解決手段】オーバーラップ法により板厚を測定し、該板厚が予め設定している許容範囲（例えば設計板厚）から外れた場合には、他の測定方法で板厚を測定する。また、任意の測定位置における評価板厚と周囲の評価板厚を比較し、周囲の評価板厚と異なる場合には、前記任意の測定位置における評価板厚を、周囲の評価板厚の平均値などとする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 音響のパルス反射法を用いた板厚測定方法において、多重反射波を用いての伝搬時間測定法であるオーバーラップ法による板厚測定と他の板厚測定方法とを組合せて板厚を測定することを特徴とした板厚測定方法。
【請求項２】 請求項１記載の板厚測定方法において、他の板厚測定方法として、音響波形の２個のピーク強度間の時間差を用いた測定方法であることを特徴とした板厚測定方法。
【請求項３】 請求項１記載の板厚測定方法において、他の板厚測定方法として、音響波形の２個の反射波の立ち上がり時間差を用いた測定方法であることを特徴とした板厚測定方法。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項記載の板厚測定方法において、板厚の特異点除去方法を設けたことを特徴とした板厚測定方法。
【請求項５】 音響のパルス反射法を用いた板厚測定方法において、多重反射波を用いての伝搬時間測定法であるオーバーラップ法による板厚測定と板厚の特異点除去方法とを組合せて板厚を測定することを特徴とした板厚測定方法。
【請求項６】 材料中へ音響を送信する手段と、前記材料中を伝搬してきた音響を受信する手段とを設け、受信信号から前記材料の板厚を測定する装置において、オーバーラップ法により板厚を評価する手段と、他の方法により板厚を評価する手段と、オーバーラップ法での評価板厚と予め決めた許容範囲とを比較するための比較手段と、比較結果に基づいてオーバーラップ法による評価板厚と他の方法による評価板厚を切替える手段とを備えたことを特徴とする板厚測定装置。
【請求項７】 請求項４記載の板厚測定装置において、測定位置における評価板厚を記憶する手段と、複数の評価板厚に基づいて板厚の特異点を除去する手段とを備えたことを特徴とする板厚測定装置。
【請求項８】 材料中へ音響を送信する手段と、前記材料中を伝搬してきた音響を受信する手段とを設け、受信信号から前記材料の板厚を測定する装置において、オーバーラップ法により板厚を評価する手段と、測定位置における評価板厚を記憶する手段と、複数の評価板厚に基づいて板厚の特異点を除去する手段とを備えたことを特徴とする板厚測定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響を用いて材料の厚さ（板厚）を測定する方法および装置に係わり、特に、材料の減肉等を測定するのに好適な方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】音響を用いて板厚を測定する方法は、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ２３５５「超音波パルス反射法による厚さ測定方法」等に記載されている。
【０００３】材料中を伝わる音響の速度（音速）は、材料固有のものであることから、音響が材料中を伝搬した時間を測定することにより、伝搬時間ｔと音速ｖとの積から、音響が伝搬した距離を求めることができる。図７に示すように、材料１の表面に音響センサ２を設置して、該音響センサ２から音響３を送信し、該材料１の底面で反射した音響３を、該音響センサ２で受信した場合には、材料１の板厚Ｔを、式（１）から求めることができる。
【０００４】
【数１】Ｔ＝ｖ×ｔ／２ （１）
すなわち、音響を用いて板厚を測定することは、材料中の伝搬時間ｔを測定すれば良いことになる。
【０００５】図７（ａ）に示す体系においては、図７（ｂ）に示すような受信波形（ＲＦ信号とそれを処理した検波信号）が得られる。このような受信波形から、伝搬時間を測定する方法には、音響を送信してから受信するまでの時間を測定する方法や、材料１の底面からの１回目の反射波と２回目の反射波（３回目や４回目でも良い）との時間差を測定する方法等がある。また、１回目の反射波と２回目の反射波との時間差を測定する方法として、反射波（受信波）のピーク強度間の時間差を測定する方法、受信波の立ち上がり時間差を測定する方法(ゼロクロス法)や、予め設定した任意のしきい値を越えた時間差を測定する方法がある。さらに、１回目と２回目の反射波同士の相関係数が最も良くなるように、２回目の反射波を時間軸上で移動させて、その移動量から伝搬時間を測定する方法（オーバーラップ法）などがある。一般的には、これらの測定方法のうち、１つの測定法を用いて材料の板厚を測定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】オーバーラップ法は、他の音速測定法に比べて、一般的に伝搬時間を精度良く測定できる方法である。しかし、図８に示すように、板厚が急激に変化している部分においては、材料１の厚い部分からの反射波３ａ、薄い部分からの反射波３ｂ、角の部分からの反射波３ｃとが干渉して受信波形が乱れる。そのため、１回目と２回目の反射波同士の相関係数が乱れ、伝搬時間差を精度良く測定されない場合がある。
【０００７】本発明の目的は、精度の良いオーバーラップ法を用いた場合において、板厚が急激に変化している部分においても、板厚を測定できる板厚測定方法および装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するため、オーバーラップ法により板厚を測定し、該板厚があらかじめ設定している許容範囲（例えば設計板厚）から外れた場合には、他の測定法で伝搬時間を測定する。これによって、オーバーラップ法で測定が難しい板厚変化が急激な部分でも伝搬時間が測定でき、板厚を評価できる。
【０００９】また、任意の測定位置における評価板厚と周囲の評価板厚を比較し、周囲の評価板厚と異なる場合には、前記任意の測定位置における評価板厚を、周囲の評価板厚の平均値などとする。これによって、オーバーラップ法で測定が難しい板厚変化が急激な部分でも板厚を評価できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施例について図面を用いて説明する。
【００１１】図１は、本発明に係る板厚測定方法の一例を示す図である。音響を送受信するためのセンサを目的の測定開始位置に設置し（図１のステップ１００）、音響を送信および受信する（ステップ１０１）。次に受信した音響波形（受信波形）を用いて、オーバーラップ法により伝搬時間を算出し、式（１）に基づいて板厚を評価する（ステップ１０２）。オーバーラップ法では、板厚が急激に変化する部分で、板厚を正確に評価できない場合があるので、オーバーラップ法での板厚評価結果が間違っていないかどうかを判定するため、予め決めておいた許容範囲（例えば、設計板厚）を読み込む（ステップ１０３）。評価した板厚と該許容範囲とを比較し（ステップ１０４）、もし、評価板厚が大きい場合には、ゼロクロス法などの他の測定方法で板厚を評価する（ステップ１０５）。板厚を評価後、予め決めておいた測定すべき最終位置（最終測定位置）を読み込み（ステップ１０６）、現在の測定位置と最終測定位置とを比較する（ステップ１０７）。最終測定位置に達していない場合には、音響センサを次の測定位置に移動し（ステップ１０８）、ステップ１０１以下の流れを行う。
【００１２】図２は、図１の板厚測定方法を実施するための装置構成の一例をしました図である。図２において、１は板厚を測定する材料（被検査体）である。音響センサ２を材料１表面の目的の位置に設置する。送信器４からの信号に基づいて、音響センサ２から材料１内に音響３を送信する。材料１底面で反射した音響を該音響センサ２および受信器５で受信する。受信した音響信号（受信波形）を波形記憶器６に記憶する。オーバーラップ法信号処理器７では、記憶した受信波形に基づいて、材料１底面からのｍ回目の反射波とｎ回目の反射波との時間差（例えば、ｍ＝１、ｎ＝２）を、オーバーラップ法で測定し、材料１の音速と該時間差から板厚を評価する。オーバーラップ法による評価板厚を板厚比較器９に送り、該板厚比較器９では、該評価板厚と予め許容範囲記憶器８に記憶しておいた許容範囲とを比較する。オーバーラップ法による評価板厚が該許容範囲内であれば、板厚比較器９から、オーバーラップ法による評価板厚が、切替え器１１、測定位置比較器１３を経由して表示器１４に送られる。測定位置比較器１３では、駆動制御器１６から送られてくる現在の測定位置と、予め決めて最終測定位置記憶器１２に記憶しておいた最終測定位置を比較し、現在の測定位置が最終測定位置に達していない場合には、駆動制御装置１６、駆動機構１５とにより、音響センサ２を次の測定位置に移動する。
【００１３】オーバーラップ法による評価板厚が該許容範囲外である場合には、板厚比較器９から、ゼロクロス法信号処理器１０に処理開始の信号、切替え器１１にゼロクロス法信号処理器１０と表示器１２とを接続する切替え信号が送られる。ゼロクロス法信号処理器１０では、該処理開始信号に基づいて、材料１底面からのｍ回目の反射波とｎ回目の反射波との時間差（例えば、ｍ＝１、ｎ＝２）を、ゼロクロス法で測定し、材料１の音速と該時間差から板厚を評価する。ゼロクロス法による評価板厚は、切替え器１１を経由して表示器１２に送られる。
【００１４】表示器１２では、材料１の断面図（横軸に位置、縦軸に板厚を取って表示した図）等を表示させることができる。
【００１５】駆動機構１５、駆動制御器１６を設けずに、音響センサ２を手動走査することも可能である。
【００１６】図３は、図１の実施例に、現在の測定位置における評価板厚を記憶するステップ（ステップ１０９）と、複数の測定位置における評価板厚を用いた特異点除去処理（ステップ１１０）を追加した一実施例である。この実施例は、ステップ１０５までは図１と同じである。ステップ１０２もしくは１０５で評価した板厚を、仮の板厚として記憶する（ステップ１０９）。最終測定位置までの板厚評価が終了した後に、該仮の板厚を用いて、特異点除去処理を実施して、各測定位置における板厚を決定する（ステップ１１０）。ステップ１１０で実施する特異点除去処理としては、例えば、任意の測定位置の板厚をＴiが、その前後の測定位置での板厚Ｔi-1、Ｔi+1と異なる場合には、特異点として除去してＴi＝Ｔi-1とする方法や、前後数点の平均値から標準偏差のｎ倍（ｎ＞０）以上異なる場合に特異点として除去して、Ｔi＝（平均値）とする方法などがある。また、比較データとして、前の数点、後ろの数点との比較でも良い。さらに、Median Filterなどを用いて、特異点を除去しても良い。
【００１７】図４は、図３の板厚測定方法を実施するための装置構成の一例をしました図である。図４中の１〜１６の番号は、図１と同じ装置を示す。オーバーラップ法信号処理器７もしくはゼロクロス法信号処理器１０で評価した板厚を、現在の位置での仮の板厚として、板厚記憶器１７に、現在の測定位置とともに記憶する。駆動制御器１６から送られてくる現在の測定位置と、予め決めて最終測定位置記憶器１２に記憶しておいた最終測定位置とを、測定位置比較器１３で比較する。もし、現在の測定位置が最終測定位置に達していない場合には、駆動制御装置１６、駆動機構１５とにより、音響センサ２を次の測定位置に移動する。最終測定位置に達した場合には、特異点除去処理器１８において、前後測定位置での板厚との比較などにより、特異点を除去する。
【００１８】図３、４では、特異点除去処理を測定位置比較の後に配置しているが、測定位置比較の前に配置して、特異点除去処理に必要な測定点数が終了したたびごとに実施する構成にすることも可能である。
【００１９】さらに、特異点除去処理を追加した場合には、オーバーラップ法による板厚評価のみを行い、他の板厚評価方法を用いなくても、同様な効果が得られる。すなわち、図５に示すように、ステップ１０３〜１０５を省くことができ、図６に示すように、８〜１１の装置を省くことができる。これにより、処理や装置を簡素化できる効果がある。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、オーバーラップ法と他の測定方法とを組合せることにより、急激な板厚変化部分でオーバーラップ法による板厚評価が難しくなった場合においても、板厚が評価できる効果がある。
【００２１】請求項３もしくは６によれば、オーバーラップ法による板厚評価後に板厚の特異点を除去する処理を実施することにより、急激な板厚変化部分でオーバーラップ法による板厚評価が難しくなった場合においても、周囲の評価板厚から板厚を評価できる効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年６月２４日（１９９９．６．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】作田 康夫
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| 【公開番号】 |
特開２００１−４３５５（Ｐ２００１−４３５５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月１２日（２００１．１．１２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１７７７６５ |
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