開放特許抄録集機械関係

整理番号:0177

表面粗さ評価方法

利用分野

機械加工部品、軟質材料、粘性流体等の表面粗さ測定。（切削加工中の工具の磨耗状態等をインプロセスで評価）

発明者

井原　郁夫
デデンディアンスクマナ

発明の目的

超音波散乱を利用して、数μm～数百μm程度の多種多様の評価対象物の表面粗さをインプロセスで評価できるようにすることを目的とします。

　また、既存の測定手法の適用が難しい測定対象、例えば、液体、粉体、ゲル、紙、繊維などの軟質材料の表面性状を定量的に測定することを目的とします。

概要

評価対象物の表面に空気超音波送信子からのパルス超音波を入射して、この表面で反射するパルス超音波のコヒーレント成分を検出し、このコヒーレント成分の強度を鏡面反射におけるコヒーレント成分の強度で除して正規化した値と、前記パルス超音波の周波数（ｆ）とから、演算装置（パソコン）によって評価対象物の表面凹凸の高さ方向情報を定量的に評価します。

また、反射波の非コヒーレント成分を活用することで表面凹凸の横方向情報を定量的に評価します。

特徴・効果

１）
本発明の方法を用いると、評価対象物の表面粗さを製造工程でリアルタイムに評価できます。

２）
また、数μｍ～数百μｍ程度の表面粗さの評価が可能ですので、例えば機械加工中における工具の磨耗状態や表面粗さの他、工作機械の状態監視等もインプロセスで評価できます。

３）
さらに、二次元平面に限らず回転軸の表面等の三次元平面でもよく、また金属等固体の表面以外に液状体やゲル状体の表面等、超音波を反射する評価対象物の表面であればその殆どが評価可能です。
すなわち、既存の手法では困難であった軟質材料（液体、粉体、紙、ゲル、等）の表面性状を定量的かつ非接触で評価することができます。

発明の詳細・図面等

【特許請求の範囲】

評価対象物の表面に空気超音波送信子からパルス超音波を入射して前記表面で反射するパルス超音波を空気結合超音波センサにより検出し、前記空気結合超音波センサにより検出したコヒーレント成分の強度を鏡面反射におけるコヒーレント成分の強度で除して正規化した値（AU）と、前記パルス超音波の周波数（f）とから求まる各スペクトルにおける理論値と、そのスペクトルにおける計測値との差の総和が最小となるよう算出する最適化手法により評価対象物の表面の凹凸高さ（Rq）を求め、

以下の数式から計算される非コヒーレント成分の理論値から、計測により得られる非コヒーレント成分の計測値を差し引いた絶対値が最小となるように決定される最適化手法により評価対象物の表面の相関長（λ0）を求めることを特徴とする表面粗さ評価方法。

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【数１】

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【詳細】

図のように、評価対象物の表面10にパルス超音波発生器14によって駆動されるトランスミッター11から、パルス超音波12を入射してこの表面で反射するパルス音波15のコヒーレント成分を検出し、前記コヒーレント成分の強度を鏡面反射におけるコヒーレント成分の強度で除して正規化した値と、前記パルス超音波１２の周波数ｆとから演算装置18（パソコン）によって評価対象物の表面10の凹凸高さを求めて評価します。

なお、この場合、パルス超音波12の入射角θ１は概ね３０度～６０度程度で、センサ13の装着は反射角θ２が入射角θ１と同一となるように固定されます。

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表面粗さ評価の概要図