JPH10197233A - 遅延材支援膜厚計 - Google Patents
遅延材支援膜厚計Info
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- JPH10197233A JPH10197233A JP35112196A JP35112196A JPH10197233A JP H10197233 A JPH10197233 A JP H10197233A JP 35112196 A JP35112196 A JP 35112196A JP 35112196 A JP35112196 A JP 35112196A JP H10197233 A JPH10197233 A JP H10197233A
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Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラスチック材料の上に施された膜の厚さを
測定するための膜厚測定装置用プローブにおける遅延材
に、金属材を設けることにより温度補正精度向上を可能
にする。 【解決手段】 振動子と遅延材を金属ケースに封入し、
あるいは遅延材の外周に金属帯を巻きつけることによ
り、外部からの熱が遅延材に一様に伝わり遅延材の変形
を減少できる。
測定するための膜厚測定装置用プローブにおける遅延材
に、金属材を設けることにより温度補正精度向上を可能
にする。 【解決手段】 振動子と遅延材を金属ケースに封入し、
あるいは遅延材の外周に金属帯を巻きつけることによ
り、外部からの熱が遅延材に一様に伝わり遅延材の変形
を減少できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、素材の上に施された塗
装膜の膜厚を測定するための膜厚計に関する。
装膜の膜厚を測定するための膜厚計に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】プラスチック材料などの素地
の上に塗装、吹付けなどの方法により施された膜の厚さ
を膜厚測定装置用プローブを用いて測定する場合、以下
の手順で行うのが一般的である。図１に示すようにま
ず、超音波センサーと遅延材を貼り合わせたプローブを
キャリブレーションのため空中に向けてプローブ先端に
おける超音波反射波に応じた電気信号の波形Ｓ１を測定
し記憶しておく。次にプローブを測定面に押し当てたと
きの塗装膜と素地の境界からの反射波に応じた電気信号
の波形Ｓ２を測定し記憶しておく。そしてＳ１とＳ２の
時間差を検出し、膜厚を推定する。Ｓ３は送信パルスに
よって発した信号である。ｔ１とｔ２は、送信パルスＳ
３が送信されてから反射波Ｓ１とＳ２が戻ってくるまで
の時間である。すなわちｔ１、ｔ２の時間の大部分は超
音波が厚い遅延材を伝播するために要する時間でありこ
れは、遅延材の材料の音速に依存するが、音速は温度に
依存するためキャリブレーション時と測定時の温度が同
じでなければ測定誤差が発生してしまう。これは環境温
度の変化だけでなく、計測操作のためにプローブを保持
する手からあるいは測定対象素地から熱の伝播を受け、
又は遅延材の接触表面への超音波媒介物質の塗布、拭き
取り等による熱の影響も受け、１〜２ｓｅｃの間に測定
値が変化してしまうこともある。したがって、かなり頻
繁にキャリブレーションを行わなければ安定した測定が
できなくなり、実用上非常に不都合である。遅延材のた
めの樹脂材料はケースの金属よりも硬度が小さく、膜厚
測定のための押し当て荷重による変形即ち機械的歪みが
生じると膜厚計測値の誤差の原因となる。
の上に塗装、吹付けなどの方法により施された膜の厚さ
を膜厚測定装置用プローブを用いて測定する場合、以下
の手順で行うのが一般的である。図１に示すようにま
ず、超音波センサーと遅延材を貼り合わせたプローブを
キャリブレーションのため空中に向けてプローブ先端に
おける超音波反射波に応じた電気信号の波形Ｓ１を測定
し記憶しておく。次にプローブを測定面に押し当てたと
きの塗装膜と素地の境界からの反射波に応じた電気信号
の波形Ｓ２を測定し記憶しておく。そしてＳ１とＳ２の
時間差を検出し、膜厚を推定する。Ｓ３は送信パルスに
よって発した信号である。ｔ１とｔ２は、送信パルスＳ
３が送信されてから反射波Ｓ１とＳ２が戻ってくるまで
の時間である。すなわちｔ１、ｔ２の時間の大部分は超
音波が厚い遅延材を伝播するために要する時間でありこ
れは、遅延材の材料の音速に依存するが、音速は温度に
依存するためキャリブレーション時と測定時の温度が同
じでなければ測定誤差が発生してしまう。これは環境温
度の変化だけでなく、計測操作のためにプローブを保持
する手からあるいは測定対象素地から熱の伝播を受け、
又は遅延材の接触表面への超音波媒介物質の塗布、拭き
取り等による熱の影響も受け、１〜２ｓｅｃの間に測定
値が変化してしまうこともある。したがって、かなり頻
繁にキャリブレーションを行わなければ安定した測定が
できなくなり、実用上非常に不都合である。遅延材のた
めの樹脂材料はケースの金属よりも硬度が小さく、膜厚
測定のための押し当て荷重による変形即ち機械的歪みが
生じると膜厚計測値の誤差の原因となる。
【０００３】
【問題点解決のための手段、作用効果及び実施例】本発
明の目的は、上述の問題点を解決し素材の上に施された
塗装膜の膜厚を測定するための膜厚測定装置を提供する
ことである。本発明によれば、プラスチック材料の上に
施された膜の厚さを測定するための膜厚測定装置であっ
て、パルス信号を発生するパルス発生器と、前記パルス
発生器に接続された超音波センサーと、前記センサーに
設けられ、内部に不連続部分を備え、膜厚被測定物に押
し当てるための材料と、前記材料の外周を囲む金属ケー
スと、前記膜厚被測定物の両面から反射する超音波信号
を膜厚に変換する際、前記不連続部分からの反射信号を
用いて厚さの補正を行う計測回路とを有する膜厚測定装
置が提供される。
明の目的は、上述の問題点を解決し素材の上に施された
塗装膜の膜厚を測定するための膜厚測定装置を提供する
ことである。本発明によれば、プラスチック材料の上に
施された膜の厚さを測定するための膜厚測定装置であっ
て、パルス信号を発生するパルス発生器と、前記パルス
発生器に接続された超音波センサーと、前記センサーに
設けられ、内部に不連続部分を備え、膜厚被測定物に押
し当てるための材料と、前記材料の外周を囲む金属ケー
スと、前記膜厚被測定物の両面から反射する超音波信号
を膜厚に変換する際、前記不連続部分からの反射信号を
用いて厚さの補正を行う計測回路とを有する膜厚測定装
置が提供される。
【０００４】図２に示すようにパルス電圧を超音波振動
子１に印加すると、超音波振動子１は固有の周波数の超
音波を発射し、遅延材２、測定対象の塗装膜３及び素地
であるプラスチック４に伝播する。超音波は音響特性の
違う材料の境界で反射する特性があることから、遅延材
と塗装膜との境界からその一部が反射し、また塗装膜内
に伝播した超音波の一部が塗装膜と素地との境界から反
射する。これらの弾性波は超音波振動子１により反射波
出力電圧として取り出される。図３に示す回路構成にお
いて、制御器２１から発した制御信号１１に従ってパル
ス発生器２２から出力された電気パルスが、プローブの
超音波振動子を含むセンサー２３に印加され超音波が発
射される。温度補正用反射スリット（後述）、遅延材と
塗装膜との境界、塗装膜と素地との境界で反射した超音
波は同じ超音波振動子で電気信号に変換され、プリアン
プ２４に入力され増幅される。その出力はさらにゲイン
コントロールアンプ２５により増幅される。ゲインコン
トロールアンプの出力はＡ／Ｄ変換器２６に入力され２
つの超音波反射波の間の時間差に応じたデジタル信号に
変換後、演算処理器２７及びメモリー２９によって既知
の塗装膜内信号伝播速度を用いて膜厚値を算出して表示
器２８に表示される。
子１に印加すると、超音波振動子１は固有の周波数の超
音波を発射し、遅延材２、測定対象の塗装膜３及び素地
であるプラスチック４に伝播する。超音波は音響特性の
違う材料の境界で反射する特性があることから、遅延材
と塗装膜との境界からその一部が反射し、また塗装膜内
に伝播した超音波の一部が塗装膜と素地との境界から反
射する。これらの弾性波は超音波振動子１により反射波
出力電圧として取り出される。図３に示す回路構成にお
いて、制御器２１から発した制御信号１１に従ってパル
ス発生器２２から出力された電気パルスが、プローブの
超音波振動子を含むセンサー２３に印加され超音波が発
射される。温度補正用反射スリット（後述）、遅延材と
塗装膜との境界、塗装膜と素地との境界で反射した超音
波は同じ超音波振動子で電気信号に変換され、プリアン
プ２４に入力され増幅される。その出力はさらにゲイン
コントロールアンプ２５により増幅される。ゲインコン
トロールアンプの出力はＡ／Ｄ変換器２６に入力され２
つの超音波反射波の間の時間差に応じたデジタル信号に
変換後、演算処理器２７及びメモリー２９によって既知
の塗装膜内信号伝播速度を用いて膜厚値を算出して表示
器２８に表示される。
【０００５】図４に側面図と上面図を示すように遅延材
２の先端に近い部分に遅延材の中心軸に垂直な面内にス
リットを入れる。これによって測定した反射波形を図５
（Ａ）に示す。Ｓ６は発信した波形で、Ｓ７は温度補正
用反射スリットでの反射波形、Ｓ４はプローブ先端にお
ける超音波反射波による波形である。Ｓ７の受信後に受
信される波形としては、塗装が薄いときには図５（Ｂ）
に示すようにＳ５は遅延材と塗装の境界からの反射と塗
装と素地の境界からの反射が合成された形となるであろ
う（図５（Ｂ））。塗装が厚いときにはこれはふたつの
波形に分かれるであろう。後者の場合はふたつの波形の
間の時間が、遅延材を伝搬する時間の温度変化により受
ける影響の割合は小さいが、前者ではＳ５とＳ７の間の
測定時間に対する遅延材伝搬時間の温度変化による影響
が無視できないため次のような補正法を使用する。あら
かじめプローブを空中に向けて反射波を記憶して発信か
ら反射までの時間差を検出する（図５（Ａ）、ｔ５、ｔ
６）。次にプローブを測定面に押し当てて反射波の測定
を行う。温度変化によりｔ５はｔ５′に、ｔ６は温度変
化によることと遅延材と塗装の境界からの反射波と塗装
と素地の境界からの反射波が合成されることによってｔ
６′に変化する。遅延材の音響特性がスリットの上下で
ほぼ均質に作られてあればｔ６の温度変化の割合とｔ５
の温度変化の割合は同じであるため
２の先端に近い部分に遅延材の中心軸に垂直な面内にス
リットを入れる。これによって測定した反射波形を図５
（Ａ）に示す。Ｓ６は発信した波形で、Ｓ７は温度補正
用反射スリットでの反射波形、Ｓ４はプローブ先端にお
ける超音波反射波による波形である。Ｓ７の受信後に受
信される波形としては、塗装が薄いときには図５（Ｂ）
に示すようにＳ５は遅延材と塗装の境界からの反射と塗
装と素地の境界からの反射が合成された形となるであろ
う（図５（Ｂ））。塗装が厚いときにはこれはふたつの
波形に分かれるであろう。後者の場合はふたつの波形の
間の時間が、遅延材を伝搬する時間の温度変化により受
ける影響の割合は小さいが、前者ではＳ５とＳ７の間の
測定時間に対する遅延材伝搬時間の温度変化による影響
が無視できないため次のような補正法を使用する。あら
かじめプローブを空中に向けて反射波を記憶して発信か
ら反射までの時間差を検出する（図５（Ａ）、ｔ５、ｔ
６）。次にプローブを測定面に押し当てて反射波の測定
を行う。温度変化によりｔ５はｔ５′に、ｔ６は温度変
化によることと遅延材と塗装の境界からの反射波と塗装
と素地の境界からの反射波が合成されることによってｔ
６′に変化する。遅延材の音響特性がスリットの上下で
ほぼ均質に作られてあればｔ６の温度変化の割合とｔ５
の温度変化の割合は同じであるため
【数１】ｔ６′−（ｔ６／ｔ５）×ｔ５′……（１） を計算することによってｔ６′の温度による変化分をキ
ャンセル遅延材と塗装の境界からの反射波と塗装と素地
の境界からの反射波の合成により生じた遅れ時間を抽出
することができる。したがってたとえ膜厚が薄くとも、
プローブと塗装の境界からの反射波と塗装と素地の境界
からの反射波が互に近付いて合成された波形を用いた膜
厚計測を実施することが可能となる。
ャンセル遅延材と塗装の境界からの反射波と塗装と素地
の境界からの反射波の合成により生じた遅れ時間を抽出
することができる。したがってたとえ膜厚が薄くとも、
プローブと塗装の境界からの反射波と塗装と素地の境界
からの反射波が互に近付いて合成された波形を用いた膜
厚計測を実施することが可能となる。
【０００６】しかし、遅延材の音響特性が均質であって
も遅延材の熱伝導率が低く、（アクリルやポリスチレン
で約０．１〜０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ）遅延材に熱が不均一
に伝わるため、ｔ５の温度変化の割合とｔ６の温度変化
の割合が違ってしまい、音速の温度変化が正しく補正出
来なくなってしまう。そこで図６に示すように、プロー
ブの超音波振動子１と遅延材２を熱伝導のよい（アルミ
ニウムや鉄で約１００〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ）金属ケース
６に封入することにより外部からの熱が遅延材に一様に
伝わるようになり、上述の温度補正の精度が向上する。
振動子と遅延材を金属ケースに接着する際、エポキシ系
接着剤などを用いて、電気的絶縁を保つとともに熱的接
触を良好にすることが望ましい。また遅延材が金属ケー
ス先端から突出する長さは極力短くしたほうが効果は大
きくなる。振動子両面に施した送受信用電極８に接続さ
れる引出し線９は振動子内に設けた穴を通して外部のパ
ルス発生器及びプリアンプに接続される。
も遅延材の熱伝導率が低く、（アクリルやポリスチレン
で約０．１〜０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ）遅延材に熱が不均一
に伝わるため、ｔ５の温度変化の割合とｔ６の温度変化
の割合が違ってしまい、音速の温度変化が正しく補正出
来なくなってしまう。そこで図６に示すように、プロー
ブの超音波振動子１と遅延材２を熱伝導のよい（アルミ
ニウムや鉄で約１００〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ）金属ケース
６に封入することにより外部からの熱が遅延材に一様に
伝わるようになり、上述の温度補正の精度が向上する。
振動子と遅延材を金属ケースに接着する際、エポキシ系
接着剤などを用いて、電気的絶縁を保つとともに熱的接
触を良好にすることが望ましい。また遅延材が金属ケー
ス先端から突出する長さは極力短くしたほうが効果は大
きくなる。振動子両面に施した送受信用電極８に接続さ
れる引出し線９は振動子内に設けた穴を通して外部のパ
ルス発生器及びプリアンプに接続される。
【０００７】図７は、遅延材へ熱を一様に伝えるための
プローブの別の実施例である。例えば、遅延材２を交換
する機構、例えば振動子１を内部に包摂する振動子ケー
ス７の外周に設けたネジ山に適合するネジ切りを内周に
施した押さえ金具１０のついた膜厚測定装置用プローブ
の場合、構造上遅延材が振動子ケースから剥き出しにな
る。そのような場合は、遅延材２の外周に熱伝導のよい
金属帯３１を嵌込み又は巻きつけることにより遅延材を
金属ケースに封入したときと同じ効果になり、外部から
の熱が遅延材に一様に伝わるようになる。遅延材２の外
周部は、ほぼこの金属帯により覆われ遅延材中の超音波
伝播条件の安定性に寄与する。プローブを被測定物に押
し当てる時にはさみつける力に対して金属ケースが変形
しない厚さを有することが望ましく、金属ケースの熱容
量を増大させ、遅延材の温度変化を更に減少させる効果
を有する。
プローブの別の実施例である。例えば、遅延材２を交換
する機構、例えば振動子１を内部に包摂する振動子ケー
ス７の外周に設けたネジ山に適合するネジ切りを内周に
施した押さえ金具１０のついた膜厚測定装置用プローブ
の場合、構造上遅延材が振動子ケースから剥き出しにな
る。そのような場合は、遅延材２の外周に熱伝導のよい
金属帯３１を嵌込み又は巻きつけることにより遅延材を
金属ケースに封入したときと同じ効果になり、外部から
の熱が遅延材に一様に伝わるようになる。遅延材２の外
周部は、ほぼこの金属帯により覆われ遅延材中の超音波
伝播条件の安定性に寄与する。プローブを被測定物に押
し当てる時にはさみつける力に対して金属ケースが変形
しない厚さを有することが望ましく、金属ケースの熱容
量を増大させ、遅延材の温度変化を更に減少させる効果
を有する。
【図１】本発明による膜厚測定原理を示す波形図。
【図２】本発明による膜厚測定原理を示す模式図。
【図３】本発明による膜厚測定装置内部の回路構成図。
【図４】本発明による膜厚測定プローブの構成を示す
図。
図。
【図５】本発明による膜厚測定原理を示す波形図。
【図６】本発明による膜厚測定プローブの構成を示す
図。
図。
【図７】本発明の別の実施例による膜厚測定プローブの
構成を示す図。
構成を示す図。
１ 超音波振動子 ２ 遅延材 ３ 測定対象膜 ４ 素地 ５ 温度補正用スリット ６ 金属ケース ７ 振動子ケース ８ 送受信用電極 ９ 引出し線 １０ ナット式押え金具 ２１ 制御器 ２２ パルス発生器 ２３ センサー ２４ プリアンプ ２５ ゲインコントロールアンプ ２６ Ａ／Ｄ変換器 ２７ 演算処理器 ２８ 表示器 ２９ メモリー ３１ 金属帯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大矢 茂正 長野県上田市踏入２−10−19 上田日本無 線株式会社内 (72)発明者 大森 聡 長野県上田市踏入２−10−19 上田日本無 線株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 素材の上に施された膜の厚さを測定する
ための膜厚測定装置であって、パルス信号を発生するパ
ルス発生器と、前記パルス発生器に接続された超音波セ
ンサーと、前記センサーに設けられ、内部に不連続部分
を備え膜厚被測定物に押し当てるための材料と、前記被
測定物の両面から反射する超音波信号を膜厚に変換する
際、前記不連続部分からの反射超音波信号を用いて厚さ
の補正を行う計測回路と、前記材料を保持する金属ケー
スとを有することを特徴とする膜厚測定装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の膜厚測定装置であって、
前記膜厚被測定物に押し当てるための材料の側面に金属
帯を巻きつけることにより前記膜厚被測定物に押し当て
るための材料に熱を一様に伝えることを特徴とする前記
膜厚測定装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の膜厚測定装置であって、
前記材料の側面に巻きつける前記金属帯の幅を前記材料
の側面をほぼ覆うようにしたことを特徴とする前記膜厚
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35112196A JPH10197233A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 遅延材支援膜厚計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35112196A JPH10197233A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 遅延材支援膜厚計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10197233A true JPH10197233A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=18415196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35112196A Pending JPH10197233A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 遅延材支援膜厚計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10197233A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104990985A (zh) * | 2015-07-15 | 2015-10-21 | 常州市常超电子研究所有限公司 | 带延迟直探头 |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP35112196A patent/JPH10197233A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104990985A (zh) * | 2015-07-15 | 2015-10-21 | 常州市常超电子研究所有限公司 | 带延迟直探头 |
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