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超音波厚さ計 初めての方へ


超音波厚さ計 初めての方

超音波厚さ計は、超音波を利用して、金属や樹脂、ガラスの厚さを測定することができる装置です。
測定箇所の片側にプローブ(探触子、トランスデューサー)と呼ばれるセンサーを接触させるだけで厚さを測定できるので、タンクや配管など、ノギスやマイクロメーターで測定できない箇所の厚さも測定可能です。

超音波厚さ計の仕組み

超音波とは?

超音波とは

超音波とは、私たち人間の耳では聞くことができない高い音のことです。
人は通常、約20Hz(ヘルツ)〜20KHz(キロヘルツ)の周波数を聴くことができますが、 人が聴くことができない20KHz以上の高い音波のことを、超音波と呼んでいます。
動物では、イルカやコウモリなどが、20KHz以上の超音波を利用していることが知られています。

超音波厚さ測定や探傷試験は1930年頃から行われており、技術的に確立した信頼できる検査方法です。
また、妊婦のエコー検査でも使用されていることから分かるように、人体への安全性にも優れています。

超音波の仕組み

超音波厚さ計は、探触子(プローブ、トランスデューサー)を呼ばれる超音波センサーから発信した超音波が、測定物の裏面で反射し戻ってくるまでの時間(伝播時間)を測定し、厚さを算出します。
超音波は材質の境界面で反射するという特性がありますので、測定面の両側に探触子を当てる必要なく、片側からだけで測定することができるのです。

厚さ = 伝播時間(÷2)× 音速

超音波厚さ計は、測定した伝播時間に、測定物の音速を掛けて、厚さを算出します。
音速とは、超音波の伝わる速さです。材質により超音波の伝わる音速はおおよそ決まっており、鋼なら約5,900m/秒です。
下は、主な材質の音速です。金属でも材質により音速が異なります。
例えば、鉄を測定するのに銅の音速で測定してしまうと、2割ぐらい実際の厚さよりも薄く表示されてしまいます。

材質 音速(m/秒)
5,900
アルミニウム 6,320
ステンレス 5,800
4,700

超音波厚さ計の種類

超音波厚さ計には、一般・腐食検査用と、精密検査用の2つのタイプがあります。

一般・腐食検査用

一般・腐食検査用

一般・腐食検査用の超音波厚さ計は、腐食による減肉や、各種素材の厚さ測定に用いられます。
1/10mmや1/100mm単位での厚さ測定が可能で、主に1mm以上の厚さ測定で使用されます。
探触子には、発信と受信が分かれた二振動子探触子を使用します。
市場に流通している超音波厚さ計の9割以上が一般・腐食検査用の厚さ計で、非常に幅広い分野で使用されています。

超音波厚さ計の仕組み

精密検査用

精密検査用の超音波厚さ計は、高い精度が必要とされる厚さ測定に用いられます。
2/1,000mmや1/1,000mm単位での測定が可能で、わずかな厚さの違いも判別することができます。
また、0.15mmの厚さから測定することができるため、腐食検査用では測定することができない薄い材料を、測定することができます。
精密検査用の超音波厚さ計には、受発信を一つの振動子で行う一振動子探触子を使用します。

測定方法

超音波厚さ測定には、様々な測定方法があります。
ここでは、代表的な厚さ測定方法について、分かりやすく説明します。

1回測定法

最も基本的な測定方法です。測定箇所にトランスデューサー(探触子、プローブ)をあて、表示された厚さを測定値とします。

2回測定法

1度厚さを測定した後に、にトランスデューサー(探触子、プローブ)を90度回転させて、もう1度同じ箇所を測定します。 2回の測定の内、表示された厚みの薄い方を測定値として採用します。
2回測定法は、1回測定法に比べより正確に減肉を把握することができるため、腐食の進行が想定される場所では、2回測定法が推奨されています。

2回測定法
(測定イメージ)

多点測定法

測定点を中心とする直径30mmの円の内側を、多数回測定する方法です。
表示された厚みの内、もっとも薄い値を測定値とします。

多点測定法
(測定イメージ)

精密測定法

精密測定法は、腐食の進行が予想されている箇所で、減肉の分布状況を確認するために行う測定方法です。
10mm間隔の格子状に測定点を設定し、測定を行います。

精密測定法
(測定イメージ)

連続測定法

連続測定法は、厚さの変化を確認するために行う測定方法です。
測定線上を、1回測定法により5mm間隔で測定を行うか、もしくは、連続的に測定(スキャン)を行います。

連続測定法
(測定イメージ)

管材の測定方法

管材の厚さ測定では、トランスデューサー(探触子、プローブ)の接触方向が非常に重要です。
誤った方向で接触させると、正しい厚さを測定することができなくなります。

外径25mm以上の場合

外径が25mm以上の場合は、配管・パイプの軸方向に対して、トランスデューサー(探触子、プローブ)を垂直に接触させ、測定を行います。

外径25mm以下の場合

外径が25mm以下の配管・パイプの測定では、まず25mm以上の測定と同様に、トランスデューサー(探触子、プローブ)を垂直に接触させ測定を行います。次に、配管・パイプの軸に対して、トランスデューサーを平行に接触させ測定し、表示された2つの厚みの内、薄い値を測定値として採用します。

「測定方法」は、ダコタ・ジャパン株式会社の許諾を得て転載しています。

よくある質問

  • どのような材質の厚さを測れますか?
  • 厚さを測定する際の条件は?
  • 厚さ計はどのような仕組みで、厚さを測定するのでしょうか?
  • ペンキ(塗装)を塗った鉄の厚さを測れますか?
  • ペンキ(塗装)を塗ってある材質の上から、母材の厚さだけを測りたいのですが、可能ですか?
  • 表面が錆止めでざらついている角パイプの母材の厚さを測りたいのですが、測定できますか?
  • 配管の厚みを測りたいのですが、可能ですか?
  • 配管の内側から厚さを測りたいのですが、測れますか?
  • 水が入っている容器の厚さを測れますか?
  • プラスチック(樹脂)の厚さは測定できますか?
  • 遊具の厚さを測りたいのですが、可能ですか?
  • 測定面の裏側が腐食しているが、測定できますか?

どのような材質の厚さを測れますか?

鉄、アルミ、ステンレス、銅、真鍮等の金属だけでなく、ガラスやプラスチックなどの厚みを測定することができます。
一方で、木材や発泡スチロール、ウレタン等、内部に気泡があるものや、ゴム、ジェル等の柔らかいものは測定することができません。コンクリートやセメント、岩石も測定することができません。
*一部の金属やガラス、プラスチックでは測定できない場合もあります。「この材質は測れるかな?」と迷ったら、お気軽にお問い合わせください。

厚さを測定する際の条件は?

以下の3つの条件があります。

  1. 形状:表面と裏面が平行なもの、表面が粗くないもの、外径20mm以上の配管などの円筒形状を、測定することができます。
    また、プローブの先端を完全に密着させられることも、測定の条件です。
  2. 厚さ:平板の場合は厚さ1mm弱〜、円筒状の場合は厚さ2mm以上が目安です。(鋼の場合)
  3. 材質:鉄、アルミ、ステンレス、銅、真鍮等の金属や、ガラスやプラスチックなどの厚みを測定することができます。

厚さ計はどのような仕組みで、厚さを測定するのでしょうか?

超音波厚さ計は、プローブから超音波を発して、測定物の底面に反射して戻ってくるまでの時間を計測し、この時間に、音速をかけて厚さを表示します。
弊社で販売している厚さ計だけでなく、すべての超音波厚さ計は、この仕組みをもとに厚さを測定しています。

ペンキ(塗装)を塗った鉄の厚さを測れますか?

測定できます。
ただし、ペンキの厚さは実際の3倍程度厚く測定されます。

表示値 =(母材の厚さ)+(ペンキの厚さ×3)

このような結果となりますので、注意が必要です。場合によっては、ペンキの厚さのみが測定されることもあります。
ペンキの上から、母材の厚さのみを測定する場合の方法・注意点については、この次の質問をご参照ください。

ペンキ(塗装)を塗ってある材質の上から、母材の厚さだけを測りたいのですが、可能ですか?

可能です。 スルーペイント機能が搭載された厚さ計をお使いいただけば、測定が可能です。ただし、以下の条件を満たしている必要があります。

  1. 塗装に塗りむらが無いこと
  2. 腐食・さびがないこと
  3. 塗装の厚さが1mm程度未満であること
  4. 本体の厚みが、3mm〜20mm以内であること(材質が鉄の場合)

上記の条件が満たされていれば、「スルーペイントモード」で塗装の上から母材の厚さのみを測ることができます。

表面が錆止めでざらついている角パイプの母材の厚さを測りたいのですが、測定できますか?

以下の条件を満たしていれば、問題なく測定できます。

  1. 母材の厚さが3mm〜20mm以内
  2. さび止めの厚さが1mm以下
  3. 測定面が腐食していない(ざらついている程度なら測定できます)

配管の厚みを測りたいのですが、可能ですか?

配管の厚さ、形状によって、測れるものとそうでないものがあります。 以下の条件に合致するものであれば、測定が可能です。

  1. 厚さ:厚さ2mm以上であること。
  2. 形状:外径20mm以上であること。

配管の内側から厚さを測りたいのですが、測れますか?

内径の大きさが1,000mm以上なら測れます。
それを下回ると、探触子と測定面が密着せず、間に空気の層が入るため、測定が困難になります。
接触媒質を多めに塗布すると、測定値が表示されることがありますが、接触媒質の厚さと母材の厚さを足した厚さを表示しているので、実際より厚い数値が出ます。

水が入っている容器の厚さを測れますか?

測定できます。
容器の中に水などの液体が入っていても、問題なく測定できます。
ただし、塩ビ管などのプラスチック容器に水が入っている場合は、5MHzのプローブでは測定できない場合がありますので、2MHzのプローブを推奨しています。

プラスチック(樹脂)の厚さは測定できますか?

測定できる場合とできない場合があります。
2MHzのプローブを使用すれば、ほとんどのプラスチックは測定することができます。ただし、柔らかいものや厚みがあるもの等、一部測定できない場合もあります。詳しくは担当までご連絡ください。

遊具の厚さを測りたいのですが、可能ですか?

可能です。
ただし、スルーペイント機能は使えません。スタンダードモードでの測定となり、母体と塗装あわせた厚さが表示されます。 塗装の厚さは実際の3倍程度厚く表示されるので、注意が必要です。
正確な厚さを測定する場合は、塗装をはがして測定する必要があります。

測定面の裏側が腐食しているが、測定できますか?

測定できます。
測定面の裏側が腐食していても、厚さ測定は可能です。
ただし、スルーペイント機能を使用する場合は、裏側が腐食していると測定できない場合があります。

用語集

エコー
超音波のことです。非破壊検査の分野では、Aスコープ画面上に表示されたきず等に反射し戻ってきた超音波のことを特にエコーと呼びます。
超音波
人間が聞くことができない20KHz以上の音波のことを超音波と呼んでいます。超音波厚さ計・探傷器では、一般的に1MHz〜20MHzの超音波を使用します。
探触子
超音波の受発信を行うセンサーのことです。トランスデューサー、プローブとも呼ばれています。
トランスデューサー
探触子を参照してください。
プローブ
探触子を参照してください。
一振動子探触子
超音波の発信と受信を1つの振動子で行う探触子のことです。直進性に優れ正確な厚さ測定が可能なため、精密検査用の厚さ計で使用されます。
二振動子探触子
超音波の発信部と受信部が別々に設置された探触子のことです。表面状態が悪い場合でも測定が可能で、腐食検査等で高いパフォーマンスを発揮するため、一般・腐食検査用の厚さ計で使用されています。
エコー・エコー方式
1回目の底面エコーと、2回目の底面エコーから厚さを求める方法です。表面に塗装がされていても、母材の厚さのみを測定することができます。多重エコー方式、スルーペイント機能、スルーコート機能とも呼ばれています。
多重エコー方式
エコー・エコー方式を参照してください。
スルーコート
エコー・エコー方式を参照してください。
スルーペイント
エコー・エコー方式を参照してください。
パルス・エコー方式
ゼロ点調整により設定したゼロ点と、1回目の底面エコーから厚さを求める方法。ゼロ点・第一回底面エコー方式とも呼ばれています。
ゼロ点・第一回底面エコー方式
パルス・エコー方式を参照してください。
音速
音の伝わる速度のことです。 各材質の音速は、音速一覧表をご確認ください。
カップリングチェック
探触子が測定物ときちんと接触し、超音波の受発信が適切に行われているかをチェックする、またはチェックする機能のことです。
超音波厚さ計
超音波を利用して厚さを測定する装置のことです。本体と探触子とよぶセンサー部からなります。超音波厚さ計は、一般・腐食検査用厚さ計と精密厚さ計の2つに分けることができます。
カプラント
超音波の伝達のために、探触子と測定物の間に介在させる液体のことです。水や油を使用することができますが、専用剤の方が超音波の伝達に優れており、正確に測定することができます。接触媒質とも呼ばれています。
接触媒質
カプラント参照してください。
底面エコー
測定物の底面に反射し戻ってきたエコー(超音波)のことです。
Aスコープ
縦軸に受信した超音波(エコー)の強さ、横軸に時間をとり、超音波を表示する方法です。
Bスコープ
縦軸に距離、横軸に方位を示す方法で、試験体の断面方向の情報を得ることができます。断面表示とも呼ばれます。
断面表示
Bスコープを参照してください。
1回測定法
最も基本的な測定方法です。測定箇所に探触子をあて、表示された厚さを測定値とする測定方法です。
2回測定法
1度厚さを測定した後に、探触子を90度回転させて、もう1度同じ箇所を測定する方法です。 2回の測定の内、表示された厚みの薄い方を測定値として採用します。
多点測定法
測定点を中心とする直径30mmの円の内側を、多数回測定する方法です。表示された厚みの内、もっとも薄い値を測定値とします。
精密測定法
腐食の進行が予想されている箇所で、減肉の分布状況を確認するために行う測定方法です。10mm間隔の格子状に測定点を設定し、測定を行います。
連続測定法
連続測定法は、厚さの変化を確認するために行う測定方法です。測定線上を1回測定法により5mm間隔で測定を行う、もしくは、連続的に測定(スキャン)を行います。

「用語集」は、ダコタ・ジャパン株式会社の許諾を得て転載しています。



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