(57)【要約】【課題】超音波を用いた厚みの測定において、反射波が微小にしか得られない被測定物であっても精度よく厚みの測定を行えるようにする。【解決手段】発せられた超音波についての反射波のうち、被測定物の表面から到来したものと該被測定物の裏面から到来したものとの間での到来時間の差の観測を行い、該到来時間の差から該表面と該裏面との間の距離を算出することによって行われる当該被測定物の厚みの測定を複数回行い、当該測定の度に得られた被測定物の厚みを示す複数個の測定値をＳ３０からＳ３２にかけての工程において取得する。Ｓ３３の測定値処理の工程においては、反射波として誤って観測され得るノイズの影響を受けていないとみなされる測定値を当該複数個の測定値から抽出し、抽出された測定値に基づいて被測定物の厚みを算出する。この算出された値を被測定物の厚みの測定結果としてＳ３４の工程において提示する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発せられた超音波についての反射波のうち、被測定物の表面から到来したものと該被測定物の裏面から到来したものとの間での到来時間の差の観測を行い、該到来時間の差から該表面と該裏面との間の距離を算出することによって該被測定物の厚みの測定を行う超音波厚み測定方法において、
前記測定を複数回行うことによって測定の度に得られた前記被測定物の厚みを示す複数個の測定値を取得し、
前記反射波として誤って観測され得るノイズの影響を受けていないとみなされて前記複数個の測定値から抽出される測定値に基づいて算出がされる値を前記被測定物の厚みの測定結果として提示する、
ことを特徴とする超音波厚み測定方法。
【請求項２】
前記抽出は、前記複数個の測定値についての度数分布に基づいて行われることを特徴とする請求項１に記載の超音波厚み測定方法。
【請求項３】
前記提示は、前記複数個の測定値の個数に対する前記ノイズの影響を受けていないとみなされて抽出された測定値の個数の割合が所定の割合以上であったと判定された場合に行われることを特徴とする請求項１に記載の超音波厚み測定方法。
【請求項４】
前記提示は、前記複数個の測定値に揺らぎがないと判定された場合に行われることを特徴とする請求項１に記載の超音波厚み測定方法。
【請求項５】
前記提示のために行われる算出では、前記抽出がされた測定値についての当該測定値の取得個数に基づいた加重平均の算出を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波厚み測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して物体の厚みの測定を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波を利用して物体の厚みの測定を行う技術の一例として、特許文献１に開示されている技術について図３を参照しながら説明する。
図３では、ハンドリング装置１０１に押圧調整手段１０５を介して保持されている超音波探触子１０３における被測定物１０２側に位置する面に超音波透過性の弾性体１０４を配置していることを示している。ここで、押圧調整手段１０５により超音波探触子１０３で弾性体１０４を介して被測定物１０２を押圧する。こうすると、超音波探触子１０３は面直状態を保ったまま弾性体１０４を介して被測定物１０２の測定点に対し接触配置され、しかも、押圧調整手段１０５による押圧調整により弾性体１０４の弾性変形度合いは一定に保たれる。
【０００３】
この状態において、超音波探触子１０３から超音波ｍを送信し、弾性体１０４を通じて被測定物１０２内へ被測定物１０２の表面に対し面直な方向から入射させる。この超音波ｍは被測定物１０２の底面で反射されて再び被測定物１０２の表面に対し面直な方向に向かい、弾性体１０４を通じて超音波探触子１０３へ戻る。このときに超音波探触子１０３で受信される、超音波探触子１０３から出射した超音波についての被測定物１０２表面及び裏面の各々からの戻り超音波の検出タイミングの時間差等から被測定物１０２の厚さ情報を得る。
【０００４】
特許文献１には、以上のようにして被測定物１０２の厚み測定を自動化するという技術が開示されている。
上述した厚み測定の方法において、超音波探触子１０３で受信される超音波の測定波形としては、例えば図４の（ａ）に示すものが得られる。なお、図４（ａ）及び（ｂ）の横軸は時間の経過を示しており、縦軸は超音波の振幅の大きさを示している。
【０００５】
図４（ａ）において、送信波波形１０の後に現れる波形が、被測定物１０２の表面からの反射波の波形である表面波波形１１、若しくは被測定物１０２の裏面からの反射波の波形である裏面波波形１２のいずれかの反射波波形であるとしてそれぞれ認定するための条件として、閥値２０が一般的に設定されている。
【０００６】
ところで、例えば被測定物がごく小さなものであることにより、あるいは超音波反射面の形状の影響により、この反射波が微小にしか得られない被測定物を対象として厚み測定を行う場合には、ー般的には増幅器を用いることによる反射波形信号の増幅が行われる。
【０００７】
図４（ａ）の例のように、反射波波形のみが開値２０を超えているときには、表面波波形１１と閥値２０との交点から裏面波波形１２と閥値２０との交点までの時間、及び既知の音速から被測定物１０２の厚みを算出することができる。
ここで、超音波探触子１０３で受信される超音波の測定波形における基線２１は通常は平坦であるものの、測定器内外からの電磁波等の影響により、実際には測定波形に微小なノイズ成分が絶えず混入している。そのため、信号レベルの大きなノイズ成分が突発的に混入すると、図４の（ｂ）に示すように、そのノイズ波形３０が増幅器によって増幅されることにより、瞬間的に閥値２０に到達してしまうことがある。この図４（ｂ）の場合には、ノイズ波形３０を裏面からの反射波による波形と誤認して厚さを算出してしまうため、厚み測定の結果として誤った値を測定結果としてしまう。
【０００８】
この課題を解決するために、例えば特許文献２においては、あらかじめ表面波波形１１と裏面波波形１２とが出現する時刻を予め把握しておき，その時刻付近以外には測定波形を無視するための禁止ゲートを設けることでノイズ成分を無視する手法が提案されている。図５は特許文献２に開示されている手法における測定値の取り扱いの工程をフローチャートで示したものであり、ノイズ成分を無視するための禁止ゲートを設けたことにより、Ｓ６０の工程において前述した手法により厚み測定値の算出結果を取得した後はＳ６１の工程でそのままの測定値を出力することで正しい厚み測定値を提示することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２３３９５２号公報
【特許文献２】
特開平９−１５２３２５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献２に開示されている、禁止ゲートでノイズ成分を除去する手法においては、正規の反射波の波形が現れる測定波形上の位置を把握しておかなければならない。
【００１１】
また、測定波形において、正規の反射波の波形と禁止ゲートとの間の隙間をゼロにすることは困難である。このため、この隙間の部分にノイズ成分が混入してしまうと厚みの測定結果に誤りが生じてしまう。
また、反射波が微小にしか得られない被測定物においては、測定波形に微小な揺らぎが生じることがあり、この揺らぎによって数ミクロン程度の測定値のばらつきが生じてしまい、測定精度が低下するという課題がある。
【００１２】
本発明は上述した問題を鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、超音波を用いた厚みの測定において、反射波が微小にしか得られない被測定物であっても精度よく厚みの測定を行えるようにすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発せられた超音波についての反射波のうち、被測定物の表面から到来したものと該被測定物の裏面から到来したものとの間での到来時間の差の観測を行い、該到来時間の差から該表面と該裏面との間の距離を算出することによって該被測定物の厚みの測定を行う厚み測定方法を前提とする。
【００１４】
そして、本発明の態様のひとつである超音波厚み測定方法は、前述した測定を複数回行うことによって測定の度に得られた当該被測定物の厚みを示す複数個の測定値を取得し、前述した反射波として誤って観測され得るノイズの影響を受けていないとみなされて当該複数個の測定値から抽出される測定値に基づいて算出がされる値を当該被測定物の厚みの測定結果として提示するようにすることによって前述した課題を解決する。
【００１５】
こうすることにより、ノイズ混入の影響を受けていない測定値に基づいて被測定物の厚みの測定結果が算出されるので、反射波が微小にしか得られない被測定物であっても精度よく厚みの測定を行えるようになる。
なお、上述した本発明に係る超音波厚み測定方法において、前述した抽出は、当該複数個の測定値についての度数分布に基づいて行われるようにすることができる。
【００１６】
ノイズの発生は不規則であり、また、ノイズが測定に影響を及ぼす頻度も決して多くはないので、当該複数個の測定値の度数分布のうち、その度数が最大のものは少なくともノイズ混入の影響を受けていない適正な測定値であるとみなすことができ、また、その度数が最大のものの近傍の測定値についても適正な測定値であるとみなすことができる。従って、このような測定値を抽出して被測定物の厚みの測定結果の算出に使用することにより、反射波が微小にしか得られない被測定物であっても精度よく厚みの測定を行えるようになる。
【００１７】
また、前述した本発明に係る超音波厚み測定方法において、前述した提示は、当該複数個の測定値の個数に対する当該ノイズの影響を受けていないとみなされて抽出された測定値の個数の割合が所定の割合以上であったと判定された場合に行われるようにすることができる。
【００１８】
こうすることにより、取得された複数の測定値にノイズ混入の影響を受けているものが多く含まれているときには、被測定物の厚みの測定結果が提示されないので、厚みの測定結果の精度がノイズ混入の影響によって著しく低下することがない。
【００１９】
また、前述した本発明に係る超音波厚み測定方法において、前述した提示は、前記複数個の測定値に揺らぎがないと判定された場合に行われるようにすることができる。
例えば、適正な測定値であるとみなすことができるものである、当該複数個の測定値の度数分布のうち度数が最大のものの度数が、その近傍の測定値の度数に比べて顕著に大きければ、前記複数個の測定値に揺らぎがないと判定することができる。この判定を行うことにより、厚みの測定結果の精度の低下が抑制される。
【００２０】
なお、前述した本発明に係る超音波厚み測定方法において、前述した提示のために行われる算出では、当該抽出がされた測定値についての当該測定値の取得個数に基づいた加重平均の算出を行うようにすることができる。
こうすることにより、被測定物の厚みの測定結果の精度を高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超音波を利用して物体の厚みの測定を行う方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、本実施形態においては、超音波を被測定物に対して面直な方向から入射させたときにその超音波が被測定物の表面及び裏面において反射することによって到来する反射波である表面波及び裏面波を検出し、この表面波と裏面波との到来時間の差に音速を乗じる計算を行うことによって被測定物の厚みを測定結果の値として得る方法は、図３を用いて説明した方法をそのまま使用するものとする。
【００２２】
まず図１について説明する。同図は本発明に係る厚み測定結果の処理方法の手順をフローチャートで示したものである。
まず、Ｓ３０の工程において、図３に示した方法により得られた被測定物の厚みについての測定結果である測定値を取得し、続くＳ３１の工程において、その測定値を示すデータを半導体メモリ等の記憶装置に保存する。なお、このデータの保存数は任意に設定可能であり、本実施形態においてはこの保存数がｉ個に設定されているものとする。また、本実施形態においては、被測定物の厚みの測定値がマイクロメートル（μｍ）のオーダーで得られるものとする。
【００２３】
Ｓ３２の工程では、Ｓ３０の工程において行われる測定値の取得回数ｎが、設定されているデータの保存数ｉ以上となったか否かが判定され、この判定結果がＹｅｓならばＳ３３に手順を進める。一方、この判定結果がＮｏならばＳ３０へと手順を戻し、上述したＳ３０及びＳ３１の工程が繰り返される。
【００２４】
Ｓ３３の工程では、前述したＳ３１の工程によって保存されている測定値に対して後述する測定値処理が施され、続くＳ３４の工程では、その測定値処理の結果が被測定物の厚みの測定結果として出力されて測定者に提示され、この図１に示した手順が終了する。
【００２５】
次に、図１におけるＳ３３の工程において行われる測定値処理の処理内容について、図２に示すフローチャートに沿って説明する。
まず、Ｓ４０の工程では、図１のＳ３１の工程によって保存されている測定値の度数分布が調べられ、このうち最も出現回数（度数）の大きい測定値（以下、「最頻値」と称することとする）が抽出され、続くＳ４１の工程において、保存されている測定値における最頻値の出現回数が求められる。この最頻値の出現回数は保存される。
【００２６】
Ｓ４２の工程では、図１のＳ３１の工程によって保存されている測定値において、上述した最頻値の値から１［μｍ］だけ大きい値が測定値として出現した回数が求められる。
Ｓ４３の工程では、図１のＳ３１の工程によって保存されている測定値において、上述した最頻値の値から１［μｍ］だけ小さい値が測定値として出現した回数が求められる。
【００２７】
Ｓ４４の工程では、上述したＳ４１からＳ４３にかけての各工程において求められた出現回数の合計が算出され、この合計数についての、図１のＳ３１の工程によって保存されている測定値の保存数に対する割合が算出され、この割合が所定の割合以上であるかどうかが判定される。この所定の割合は任意に設定することが可能であり、例えば９０％などと設定される。この、「最頻値±１［μｍ］」の割合が所定割合以上であれば、複数回行われた被測定物の厚み測定の測定結果としては、ノイズ成分の混入による測定への影響は許容し得るものであると考えることができる。
【００２８】
Ｓ４４の工程の判定により、「最頻値±１［μｍ］」の割合が所定割合以上と判定されたときには、続くＳ４５の工程において、前述した最頻値に揺らぎがなく、被測定物の厚み測定の測定結果としてこの最頻値が安定して得られているかどうかが判定される。この安定性の判定方法としては、例えば、下記の不等式
（最頻値の出現回数）＞［｛（最頻値＋１［μｍ］）の出現回数｝＋｛（最頻値−１［μｍ］）の出現回数｝］
が成立するか否かを判定することによって行うようにする。
【００２９】
このＳ４５の工程の判定により、最頻値が被測定物の厚み測定の測定結果として揺らぎがなく安定して得られていると判定されたときには、Ｓ４６の工程により、測定者に提示する被測定物の測定結果を、図１のＳ３１の工程によって保存されている測定結果のデータから下記の式に従って算出する。
（測定結果）＝［（最頻値の出現回数）×（最頻値）＋｛（最頻値＋１［μｍ］）の出現回数｝×（最頻値＋１［μｍ］）＋｛（最頻値−１［μｍ］）の出現回数｝×（最頻値−１［μｍ］）］÷［（最頻値の出現回数）＋｛（最頻値＋１［μｍ］）の出現回数｝＋｛（最頻値−１［μｍ］）の出現回数｝］
なお、上式は、加重平均を算出するもの、すなわち、最頻値及び最頻値±１［μｍ］に対して最頻値及び最頻値±１［μｍ］の値の各々の出現回数に基づいた重み付けを施した上でこれらの平均を算出するものである。つまり、前述したＳ３１の工程によって保存されている複数の測定値のうち、ノイズ成分の混入による測定への影響がないとみなせる、最頻値及び最頻値±１［μｍ］の値に基づいて被測定物の厚みの測定結果の算出が行われる。
【００３０】
なお、加重平均を算出するために用いる式としては上掲した算出式に限定されるものではなく、他の算出式を用いてもよい。
以上までの工程により得られた測定結果が図１のＳ３４の工程によって被測定物の厚みの測定結果として出力されて測定者に提示される。
【００３１】
以上のようにすることで、図３を用いて説明した方法をそのまま使用して行う厚み測定であっても、被測定物の厚さの測定を複数回行って得られた測定値が処理されることでノイズ成分の混入による測定への影響が抑圧されるので、被測定物の厚さを精度良く得ることが可能となる。
【００３２】
なお、上述したＳ４４及びＳ４５の工程のうちのいずれかにおいて、保存されている測定値が適切なものではないと判定された場合には、被測定物の厚み測定をやり直すようにする。
その他、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、発せられた超音波についての反射波のうち、被測定物の表面から到来したものと該被測定物の裏面から到来したものとの間での到来時間の差の観測を行い、該到来時間の差から該表面と該裏面との間の距離を算出することによって該被測定物の厚みの測定を行うときに、当該測定を複数回行うことによって測定の度に得られた当該被測定物の厚みを示す複数個の測定値を取得し、当該反射波として誤って観測され得るノイズの影響を受けていないとみなされて当該複数個の測定値から抽出される測定値に基づいて算出がされる値を当該被測定物の厚みの測定結果として提示するようにする。
【００３４】
こうすることにより、反射波が微小にしか得られない被測定物であっても精度よく厚みの測定を行えるようになるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測定方法の手順をフローチャートで示した図である。
【図２】測定値処理の処理内容をフローチャートで示した図である。
【図３】超音波を用いた厚み測定の方法を示す図である。
【図４】超音波の測定波形の例を示す図である。
【図５】従来の方法における測定値の取り扱い方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０  送信波波形
１１  表面波波形
１２  裏面波波形
２０  閾値
２１  基線
３０  ノイズ波形
１０１  ハンドリング装置
１０２  被測定物
１０３  超音波探触子
１０４  弾性体
１０５  押圧調整手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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