長岡技術科学大学開放特許 整理番号 0177 表面粗さ評価方法 発明者 井原 利用分野 ・ 適用製品 郁夫 デデン ディアン スクマナ 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） ライセンス情報 ●特許登録番号 ：第５２５６４５０号 ●実施許諾 ：可 ●登録日 ：H２５年５月２日 （２０１３年） ●権利譲渡 ：可 ●権利満了日 ：H３８年９月２７日 （２０２６年） 事業化情報 ●実施実績 無 ●許諾実績 無 ・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。 ・発明の概要 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。 発明の概要・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。 【数１】 [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。 表面粗さ評価の概要図 【参考資料】 関連文献情報 "Quantitative Evaluation of Two Kinds of Surface Roughness Parameters Using Air-Coupled Ultrasound" DEDEN DIAN SUKMANA, and IKUO IHARA. Japanese Journal of Applied Physics, Vol.46, No.5B, pp.4508-4513, (2007). "現場適用を目指した空気超音波センシング". 井原郁夫、プラントエンジニアリング、Vol.44、 No.6、pp.10-16、2012. "エアカップル超音波による材料表面の非接触トポグラフィー". 井原郁夫、デデン ディアン スクマナ、 精密工学会誌、74-7、pp.691-695、2008. お問い 合せ先 長岡技術科学大学 TEL. 0258-47-9279 FAX．0258-47-9040 総務部 産学・地域連携課 知的財産係 E-mail [email protected]
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