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激光超聲波式特性測定裝置的制作方法

文檔序號:6123996閱讀:267來源:國知局
專利名稱:激光超聲波式特性測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種特性測定裝置,該裝置通過向被測定對象物的表面照射激 光,從而在被測定對象物內(nèi)激發(fā)超聲波,檢測在被測定對象物內(nèi)傳播的超聲波 的波形變化,基于此來測定被測定對象物的特性。
背景技術(shù)
以往,作為測定金屬的晶粒直徑等特性的方法,使用有激光超聲波式的特 性測定方法。
該激光超聲波式的特性測定方法是向被測定對象物照射激光而激發(fā)超聲 波,通過測量該超聲波在被測定對象物內(nèi)傳播時(shí)的波形變化,來測定被測定對 象物的特性。
參照圖13說明上述測定方法的原理。向被測定對象物M(典型為金屬)的 表面照射來自激發(fā)激光源82的脈沖激光,在被測定對象物M引起小規(guī)模的爆 炸(磨損),通過這樣,在對象物M內(nèi)產(chǎn)生脈沖狀的超聲波。該超聲波在被測定 對象物M內(nèi)邊傳播邊衰減,在被測定對象物M的背面出現(xiàn)微小的振動。對該 背面照射來自探測激光源84的探測激光,使用干涉儀86在其反射光和基準(zhǔn)光 之間產(chǎn)生干涉,從而可以將在被測定對象物M的背面出現(xiàn)的微小振動作為電 壓信號讀取。將該電壓信號輸入至計(jì)算機(jī)88,通過波形分析,得到晶粒直徑、 楊氏模量或朗克福特值等。
這樣,通過使用激光超聲波式的特性測定裝置,可以非接觸地測定被測定 對象物的特性,即使被測定對象物為高溫時(shí)也能進(jìn)行測定。
另外,在激光超聲波式的特性測定裝置中,可以在對象物M內(nèi)激發(fā)幾十 幾百M(fèi)Hz的高頻超聲波振動,尤其適合測定軋制鋼板的晶粒直徑。
然而,在上述的激光超聲波式測定裝置中,由于將激發(fā)激光向被測定對象 物照射時(shí)在被測定對象物的表面激發(fā)小規(guī)模的爆炸(磨損),另外,為了將探測
4激光向被測定對象物照射時(shí)可以用干涉儀測定,需要使用具有足夠強(qiáng)度的激
光。特別是作為發(fā)射激發(fā)激光的激光裝置,需要JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)C6802(1991)
「激光制品的放射安全基準(zhǔn)」)規(guī)定的4級以上的高輸出功率激光裝置。
在使用這樣的高輸出功率激光裝置的時(shí)候,為了確保操作者的安全,必須 使激光的散射光和反射光的強(qiáng)度非常小。因此,以往的激光超聲波式測定裝置 在很多時(shí)候要在密閉的無人的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)遠(yuǎn)距離操作使用,若使用在例如軋制鋼 板的生產(chǎn)線,實(shí)際上并不可能。
作為在密閉的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)以外使用激光超聲波式裝置的方法,有日本專利特 開2004—101189號公報(bào)所述的缺陷檢查方法。在該檢查方法中,用遮光覆蓋 物只覆蓋激光的光路及被照射部,從而確保操作者的安全。
但是,在使用該方法的時(shí)候,需要使遮光覆蓋物與被測定對象物緊貼,由 于有時(shí)進(jìn)行金屬軋制加工的生產(chǎn)線上等的被測定對象物是高溫,被測定對象物 在移動,以及被測定對象物的表面不平坦等,因此難以確保緊貼,存在激光的 散射光、反射光等會泄漏這樣的問題。
并且,由于使被測定對象物和遮光覆蓋物緊貼,因此存在被測定對象物的 表面產(chǎn)生劃痕、或被測定對象物的溫度下降、或遮光覆蓋物被磨損的不理想的 情況。
本發(fā)明為了解決這些問題而提出,其目的是提供不必使遮光構(gòu)造物和被 測定對象物緊貼、而被測定對象物可以容易地出入的激光超聲波式特性測定裝置。
另外,本發(fā)明的其它目的是提供被測定對象物比遮光構(gòu)造物要大的時(shí)候
也能使泄漏激光的散射光、反射光的強(qiáng)度非常小的激光超聲波式特性測定裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到所述目的,本發(fā)明的第1形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置
包括向被測定對象物(M)照射激發(fā)激光、而在該被測定對象物(M)激發(fā)超聲波
的發(fā)送部(12, 32);向被測定對象物(M)照射探測激光、而接受來自被測定對象
物(M)的探測激光的反射光來檢測超聲波的接收部(14);具有允許被測定對象物(M)通過的第1開口部(16a、 26a、 36a、 46a、 47a)、并可容納被測定對象物(M) 的遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47);以及覆蓋第1開口部(16a、 26a、 36a、 46a、 47a)且可打開的覆蓋物(18)D
另外,本發(fā)明的第2形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置是第1形態(tài)的 激光超聲波式特性測定裝置,遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)包括朝向與 第1開口部(16a、 26a、 36a、 46a、 47a)的開口方向垂直方向的至少一個(gè)的第2 開口部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b);以及設(shè)置在該第2開口部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b)和應(yīng)該照射激發(fā)激光的位置之間的至少一個(gè)的遮光板(Pl P4)。
本發(fā)明的第3形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置是第2形態(tài)的激光超 聲波式特性測定裝置,遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)的長度(L)、遮光板(P1 P4)與被測定對象物(M)之間的第1間隙長度(h)基于從第2開口部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b)直接泄漏的散射光的強(qiáng)度、被測定對象物(M)的厚度、以及被 測定對象物(M)的彎曲量來決定,遮光板(P1 P4)的位置基于第1間隙長度(h)、 和遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)與被測定對象物(M)之間的第2間隙長度(H) 之比來決定。
本發(fā)明的第4形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置是從第1到第3形態(tài) 的任意一個(gè)的激光超聲波式特性測定裝置,還包括檢測出覆蓋物(18)相對于 第1開口部打開的情況并送出檢測倍號的檢測器(S);以及接收檢測信號、并防 止激發(fā)激光放出的遮光器(13)。
本發(fā)明的第5形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置是從第1到第4形態(tài) 的任意一個(gè)的激光超聲波式特性測定裝置,發(fā)送部(12)與遮光構(gòu)造物(26)嵌合 安裝。
本發(fā)明的第6形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置是從第1到第5形態(tài) 的任意一個(gè)的激光超聲波式特性測定裝置,遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47) 具有傳送被測定對象物(M)的傳送用輥(46c)。
本發(fā)明的第7形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置是從第2到第6形態(tài) 的任意一個(gè)所述的激光超聲波式特性測定裝置,還包括在遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)設(shè)置的2個(gè)第2開口部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b);面對第2 開口部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b)-側(cè)配置的將被測定對象物(M)送出至遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)的送出機(jī)(52);以及面對第2開口部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b)另一側(cè)配置的、與送出機(jī)(52)—起對從遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)送出的被測定對象物(M)施加張力的接受機(jī)(54)。
本發(fā)明的第8形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置是第7形態(tài)的激光超 聲波式特性測定裝置,送出機(jī)(52)同時(shí)具有軋制被測定對象物(M)的功能。
本發(fā)明的第9形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置是第7或第8形態(tài)的 激光超聲波式特性測定裝置,接受機(jī)(54)是將從遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)送出的被測定對象物(M)進(jìn)行纏繞的纏繞裝置(54)。
本發(fā)明的第10形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置是從第1到第7形 態(tài)的任意一個(gè)的激光超聲波式特性測定裝置,具有向第1開口部(16a、26a、36a、 46a、 47a)方向推出被測定對象物(M)的推出機(jī)(5)。
本發(fā)明的第11形態(tài)提供的激光超聲波式特性測定裝置是從第1到第8形 態(tài)的任意一個(gè)的激光超聲波式特性測定裝置,還包括向與第l開口部(16a、 26a、 36a、 46a、 47a)的開口方向相反方向移動遮光構(gòu)造物的移動機(jī)(7)。
若采用本發(fā)明,則可以提供不必使遮光構(gòu)造物與被測定對象物緊貼、而被 測定對象物可以容易出入的激光超聲波式特性測定裝置。另外,可以提供被測 定對象物比遮光構(gòu)造物要大的時(shí)候也能使泄漏激光的散射光、反射光的強(qiáng)度非 常小的激光超聲波式特性測定裝置。


圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的激光超聲波式測定裝置的概略圖。 圖2是本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的激光超聲波式測定裝置的概略圖。 圖3(a)是表示照射被測定對象物的激發(fā)激光、反射光及散射光的示意圖,
(b)是圖2所示的激光超聲波式測定裝置的遮光板的側(cè)面圖,(c)是表示散射光的
光路的示意圖。
圖4是說明圖2所示的測定裝置的遮光板進(jìn)行定位的圖。
圖5是表示本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的激光超聲波式測定裝置的部分概略圖。
圖6(a)是表示第3實(shí)施形態(tài)的激光超聲波式測定裝置的變形剖面圖,(b)是說明嵌合長度的圖。
圖7是表示本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的激光超聲波式測定裝置的概略圖。
圖8是表示本發(fā)明的第5實(shí)施形態(tài)的激光超聲波式測定裝置的概略圖。 圖9是表示本發(fā)明的第6實(shí)施形態(tài)的激光超聲波式測定裝置的概略圖。 圖10是表示圖9所示的激光超聲波式測定裝置的A—A剖面的剖面圖。 圖11是表示本發(fā)明的第7實(shí)施形態(tài)的激光超聲波式測定裝置的概略圖。 圖12是表示本發(fā)明的第8實(shí)施形態(tài)的激光超聲波式測定裝置的概略圖。 圖13是說明激光超聲波式測定裝置的原理的概略圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖,詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。圖中,同一構(gòu)件或要素標(biāo) 注了同一參照標(biāo)號,省略涉及它們的重復(fù)說明。附圖不過是表示各實(shí)施形態(tài)的 激光超聲波式測定裝置。因此,應(yīng)該注意各構(gòu)成要素間的比例等不一定會按照 現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
第1實(shí)施形態(tài)
圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的激光超聲波式特性測定裝置(以下僅稱為
測定裝置)的概略圖。如圖所示,第1實(shí)施形態(tài)的測定裝置IO包括發(fā)送部12、
接收部14、遮光構(gòu)造物16及覆蓋物18。
發(fā)送部12向被測定對象物M(以F稱為對象物M)照射激發(fā)激光,在對象 物M內(nèi)激發(fā)超聲波。發(fā)送部12如圖1所示,包括激光源12a、光學(xué)系統(tǒng)12b、 及出射口 12c。激光源12a放出具有能在對象物M的表面產(chǎn)生磨損的足夠能量 的脈沖激光作為激發(fā)激光。激光源12a不限于此,例如可以是釔鋁石榴石(YAG) 激光裝置(波長1064nm)。光學(xué)系統(tǒng)12b允許從激光源12a放出的激發(fā)激光透過, 并且調(diào)整該光束直徑及照射方向。具體地講,光束直徑根據(jù)激光源12a的負(fù)載 能力(能量)和對象物M的表面狀態(tài)而決定。通過光學(xué)系統(tǒng)12b的激發(fā)激光通過 出射口 12c向遮光構(gòu)造物16內(nèi)放出。
接收部14向?qū)ο笪颩照射探測激光,接受來自對象物M的探測激光的反 射光,來檢測超聲波。接收部14包括激光源14a、干涉儀14b及出射口(未 圖示)。激光源14a放出連續(xù)激光作為探測激光。激光源14a不限于此,例如可以是YAG激光裝置。另外,由于探測激光的強(qiáng)度越高,可以越明確檢測在對
象物內(nèi)激發(fā)的超聲波,因此激光源14a最好為可以在對象物M的背面不產(chǎn)生 磨損的范圍內(nèi)放出強(qiáng)度較高的激光。作為干涉儀14b,可以使用即使照射探測 激光的面(對象物M的背面)粗糙也可以穩(wěn)定測定、頻率特性較好的法布里珀羅 干涉儀;或使用了光反射結(jié)晶的雙波長混合式干涉儀等各種干涉儀。接收部14 的出射口設(shè)置為允許探索激光通過和其反射光通過。
遮光構(gòu)造物16由金屬形成箱狀,其內(nèi)部容納對象物M。遮光構(gòu)造物16可 以通過焊接、鑄造、鍛造或者成形這樣的方法形成。另外,遮光構(gòu)造物16具 有對象物M被送入、送出的開口部16a;與發(fā)送部12的出射口 12c—致的 貫穿孔(未圖示);以及與接收部14的出射口一致的貫穿孔(未圖示)。這些貫穿 孔分別可以通過激光,另外最好是盡可能地小,只要不妨礙接收部14將反射 光聚焦即可。另外,如圖1所示,若將發(fā)送部12及接收部14直接安裝在遮光 構(gòu)造物16上,從防止.激光的泄漏的觀點(diǎn)來看,則更好。進(jìn)一步地,為防止激 發(fā)激光及探測激光的反射,最好將遮光構(gòu)造物16的內(nèi)表面進(jìn)行處理,使得這 些激光的波長的反射率降低。具體地講,將其內(nèi)表面涂抹成黑色較有用。
覆蓋物18可以覆蓋開口部16a,且可通過在遮光構(gòu)造物16的開口部16a 上方設(shè)置的合頁(未圖示)能夠打開。覆蓋物18在關(guān)閉的時(shí)候,可以防止激光從 遮光構(gòu)造物16內(nèi)向外部泄漏;另外,在打開的時(shí)候,可以將通過遮光構(gòu)造物 16的開口部16a的對象物M送入及送出。覆蓋物18可以通過手動或自動進(jìn)行 開閉。另外,第l實(shí)施形態(tài)中,覆蓋物18是以設(shè)置在開口部16a上方的合頁 為中心上下旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu),也可以在水平方向旋轉(zhuǎn)。另外,覆蓋物18不限于單 塊的面板,也可以由2片以上的板構(gòu)成。此時(shí),可以與對象物M的大小相應(yīng), 多個(gè)面板中只有部分nj開閉。另外,覆蓋物18也可以是由2片板構(gòu)成的雙開 面板。另外也可以不使用合頁,通過在水平方向或者垂直方向進(jìn)行滑動來開閉。
另外,在接收部14與計(jì)算機(jī)(未圖示)電連接,基于接收部14檢測的超聲 波波形的電壓信號,進(jìn)行波形分析,得到晶粒直徑、楊氏模量、或朗克福特值
若采用所述結(jié)構(gòu),則從發(fā)送部12向?qū)ο笪颩的表面照射脈沖激光作為激 發(fā)激光,在對象物M的表面產(chǎn)生小規(guī)模的爆炸,通過這樣,在對象物M內(nèi)激
9發(fā)超聲波。該超聲波在對象物M內(nèi)邊衰減邊傳播,在其背面出現(xiàn)微小的振動。 另一方面,向?qū)ο笪颩的背面照射來自接收部14的作為探測激光的連續(xù)激光。
照射的激光的反射光通過接收部14的干涉儀14a與基準(zhǔn)光產(chǎn)生干涉,得到在 對象物M的背面出現(xiàn)的微小振動作為電壓信號。之后,對該電壓信號進(jìn)行分 析,得到對象物M的晶粒直徑和朗克福特值等。
若采用第1實(shí)施形態(tài)的測定裝置10,則通過具有開口部16a的遮光構(gòu)造物 16、和覆蓋開口部16a的覆蓋物18,可以防止照射至對象物M又被反射或散 射的激光向外部泄漏,據(jù)此確保操作者的安全。另外,測定裝置10具有的優(yōu) 點(diǎn)是,通過打開覆蓋物18,容易通過遮光構(gòu)造物16的開口部16a將對象物M 送入及送出。并且,與用遮光構(gòu)件只覆蓋激光的光路和照射部不同,不需要與 對象物M緊貼的構(gòu)件。因此,可以防止在對象物M的表面發(fā)生劃痕、或該表 面磨損。另外,由于發(fā)送部12和對象物M的間隔可以較長,因此即使對象物 M為高溫也能進(jìn)行測定。
另外,特別是在測定軋制鋼板的晶粒直徑的時(shí)候,最好是在對象物M內(nèi) 激發(fā)幾十 幾百M(fèi)Hz的高頻超聲波振動,從該觀點(diǎn)來看,對于超聲波的激發(fā) 及接收,使用激光較好。何是,也可以根據(jù)測定環(huán)境、測定事項(xiàng),對于發(fā)送及 接收的任一方,使用壓電型或電磁型的超聲波發(fā)生元件或各種超聲波收發(fā)單 元。
另外,在第1實(shí)施形態(tài)的測定裝置10中,發(fā)送部12及接收部14是配置 在垂直方向,但不限于此,也可以將兩者并排設(shè)置,其間存在對象物。還可以 配置接收部14使得探測激光與激發(fā)激光照射同一面。
第2實(shí)施形態(tài)
圖2是本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的測定裝置的概略圖。如圖所示,第2實(shí)施 形態(tài)的測定裝置20包括發(fā)送部12、接收部14、遮光構(gòu)造物26及覆蓋物18。 遮光構(gòu)造物26與第1實(shí)施形態(tài)的遮光構(gòu)造物16不同的是,除了相當(dāng)于遮光構(gòu) 造物16的開口部16a的開口部26a,還具有其它開口部。S卩,遮光構(gòu)造物26 具有位于開口部26a的兩端、朝向與開口部26a的開口方向垂直的方向的開口 部26b。開口部26b具有對象物M不與遮光構(gòu)造物26接觸就可以通過的大小, 從圖2可知,可以從開口部26b送入及送出對象物M。該遮光構(gòu)造物26如圖3(b)所示,在向?qū)ο笪颩照射激光的照射點(diǎn)和開口 部26a之間設(shè)有多個(gè)遮光板Pl P4,使其橫切散射光的行進(jìn)方向,具體地講, 本實(shí)施形態(tài)中與遮光構(gòu)造物26的對象物M的放置面垂直。這些遮光板P1 P4 具有將激發(fā)激光I的散射光及反射光反射并使其衰減的功能。
參照圖3(a) (c)說明激發(fā)激光I的散射光。
如圖3(a)所示,若激發(fā)激光I從對象物M的上方向照射點(diǎn)A垂直照射, 則如箭頭所示,產(chǎn)生反射光R和散射光S。箭頭的長度大致表示反射光R及散 射光S的強(qiáng)度。散射光S的強(qiáng)度根據(jù)對象物M的粗糙程度等表面狀態(tài)而不同, 一般來講,散射角e(與對象物M的表面所成的角度)越小越弱。S卩,若設(shè)激發(fā) 激光I的強(qiáng)度為Io,則散射光的強(qiáng)度Is如式(l)所示
Is二I。x柳 (1)
圖3(b)表示來自照射點(diǎn)A的散射光的行進(jìn)光路的例子。如圖所示,散射光 S1 S4分別入射遮光板P1 P4并被反射,之后重復(fù)多次反射。另外圖3(b)的 光路C表示散射光不被任一遮光板反射而直接逃逸至外部。這里,若將遮光構(gòu) 造物26的長度L(從遮光構(gòu)造物26中激發(fā)激光I的入射點(diǎn)到開口部26b的長度) 變長,遮光板Pl P4和對象物M之間的間隙K度h變小,則由于只有散射角 e小、強(qiáng)度較小的散射光沿著光路C泄漏至外部,因此可以顯著減小泄漏至外 部的散射光的強(qiáng)度。但是,長度h需要是至少與對象物M不接觸程度的尺寸。 所以,考慮到對象物的板厚和板的彎曲量,長度h是它們相加再與余量相加的 值。
h二板厚+彎曲量+余量(2)
如圖所示,第2實(shí)施形態(tài)中,與開口部26b的高度相同。 接下來,遮光構(gòu)造物26的長度L要使直接泄漏至外部的散射光強(qiáng)度非常 小,即滿足下式。
ii^i=i0xf(eMAx) (3)
這里,IuL是允許直接泄漏至外部的散射光強(qiáng)度的上限值,是根據(jù)測定裝 置20的設(shè)置狀態(tài)、運(yùn)用狀態(tài)來決定的值,6MAX是允許直接泄漏至外部的散射
光和對象物M所成的角的最大值。 將其對于e來求解,則得到式(4)。e畫d/1。) (4)
用該eMAx通過式(5)來決定遮光構(gòu)造物的長度L即可。但是,長度L可以 考慮到測定裝置20的設(shè)置狀況、制造成本等來決定。 L=h / taneMAX (5)
圖4是遮光板P1 P4的設(shè)置位置的決定方法的一例的說明圖。來自點(diǎn)A 的散射光中,散射角屬于范圍cp5的散射光S及反射光R雖然不會碰到遮光板 P1 P4,但由于行進(jìn)方向是大約上方,因此在遮光構(gòu)造物26的內(nèi)表面和對象 物M之間反復(fù)進(jìn)行反射,慢慢地被吸收,其強(qiáng)度充分降低。散射角屬于范圍cpl 的散射光如上所述,如上所述,由于通過調(diào)整長度L和長度h,其強(qiáng)度充分降 低,因此即使不碰到遮光板而泄漏至外部也沒有問題。
另一方面,散射角屬于范圍(p2 cp4的散射光會碰到如下配置的遮光板 P1 P4,行進(jìn)方向改變,被反復(fù)反射,因此其強(qiáng)度充分降低。
圖4中,遮光板P4設(shè)置在由式(5)決定的L位置,g口,設(shè)置在遮光構(gòu)造物 26的開口端。換言之,遮光板P4構(gòu)成遮光構(gòu)造物26的一部分。遮光板P4將 散射角屬f大于范圍(pl的范圍cp2的散射光進(jìn)行反射,可以使其向與開口部 26b相反的方向行進(jìn)。因此,這樣的散射光被反射多次,其強(qiáng)度降低。
接下來,遮光板P3設(shè)置在可以將散射角屬于范圍q>3的散射光反射的位置 xl(圖4)。位置xl從三角形的相似關(guān)系可以容易地計(jì)算出來,如式(6)所示。
xl=Lxh/H (6)
這里,L是上述的遮光構(gòu)造物26的長度,H是遮光構(gòu)造物26的內(nèi)部的高 度,h是遮光板P1 P4和對象物M之間的間隙長度。
同樣地,遮光板P2的位置x2設(shè)置在可以將散射角屬于范圍(p4的散射光 反射、使其向與開口部26b相反的方向行進(jìn)的位置。遮光板的位置x2由式(7) 得到。
x2 = xbh/H (7)
關(guān)于遮光板Pl的位置也同樣,可以由式(8)得到。 x3=x2xh/H (8)
另外,遮光板只在遮光構(gòu)造物的開口端的時(shí)候,如圖3(c)的光路S10、 Sll 所示,由于來自照射點(diǎn)A的散射光(特別是散射角屬于從范圍cp3到(p4的散射
12光)在遮光構(gòu)造物26的內(nèi)表面和對象物M之間以比較少的反射次數(shù)(例如1次、 2次)到達(dá)開口部,因此強(qiáng)度沒有充分衰減的散射光泄漏至外部,威脅操作者的 安全。但是,若采用第2實(shí)施形態(tài)的測定裝置20,散射光即使從開口部26b 泄漏,也由于利用遮光板P1 P4,強(qiáng)度會充分衰減,因此確保了操作者的安全。
參照圖3及圖4,說明了遮光板的片數(shù)是4片的情況,但若將遮光板的片 數(shù)增加更多,則也可以更有效地使散射光衰減。遮光板的片數(shù)當(dāng)然應(yīng)該考慮使 用的激發(fā)激光的強(qiáng)度、成本等來適當(dāng)決定。
以上,若釆用第2實(shí)施形態(tài)的測定裝置20,則在遮光構(gòu)造物26中,由于 設(shè)有在與覆蓋物18覆蓋的開口部26a的開口方向垂直的方向進(jìn)行開口的開口 部26b,因此可以通過它們將對象物M送入、送出,另外,即使長條狀的對象 物M,也可以不切斷進(jìn)行測定。并且,在開口部26b雖然未設(shè)置相當(dāng)于覆蓋物 18的構(gòu)件,但由于在遮光構(gòu)造物26內(nèi)的開口部26b和光路孔12c之間設(shè)有遮 光板P1 P4,利用它們散射光被反射多次,其強(qiáng)度衰減,因此可以充分降低 散射光向外部的泄漏。
另夕卜,第2實(shí)施形態(tài)中雖然以設(shè)有2個(gè)的開口部26b的情況為例表示,但 開口部26b也可以是一個(gè)。此時(shí),通過在激發(fā)激光的照射點(diǎn)和開口部26b之間 設(shè)置的多個(gè)遮光板,可以充分降低向外部泄漏的散射光的強(qiáng)度。
第3實(shí)施形態(tài)
第3實(shí)施形態(tài)的測定裝置除了發(fā)送部及遮光構(gòu)造物部分地變更外,其余與 第1實(shí)施形態(tài)的測定裝置10的結(jié)構(gòu)相同。圖5是以該變更點(diǎn)為中心,表示本 發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的測定裝置的部分概略圖。
如圖所示,發(fā)送部32具有凸部32a,遮光構(gòu)造物36具有凹部36e。凸部 32a是中空圓筒狀,通過其內(nèi)部射出激發(fā)激光。凹部36e是圓形,其內(nèi)徑被調(diào) 整為當(dāng)凸部32a插入凹部36e時(shí)發(fā)送部32沒有多余游隙那樣被固定。在凹部 36e的底面的大致中央,設(shè)有來自發(fā)送部32的激發(fā)激光通過的貫穿孔36c。
通過這樣的結(jié)構(gòu),發(fā)送部32其凸部32a插入凹部36e,安裝在遮光構(gòu)造物 36上,激發(fā)激光通過凸部32a的內(nèi)部及貫穿孔36c照射至對象物。
另外,發(fā)送部32除了具有凸部32a之外,與發(fā)送部12是同一結(jié)構(gòu)。另外,遮光構(gòu)造物36除了具有凹部36e外,包含具有開口部26a和開口部36b(圖6(a)), 與遮光構(gòu)造物16或遮光構(gòu)造物26是同一結(jié)構(gòu)。
另外如圖6(a)所示,也可以在遮光構(gòu)造物36設(shè)置將凸部32a嵌合的貫穿 孔36f,代替凹部36e。此時(shí),決定凹部32a和貫穿孔36f的嵌合長度D,使得 來自發(fā)送部32的激發(fā)激光照射至對象物(未圖示),反射的反射光或散射的散射 光S在凸部32a和孔36f的間隙反射多次,直到降低至所期望的強(qiáng)度以下(參照 圖6(b))。由于散射光的強(qiáng)度根據(jù)對象物的表面的粗糙度和散射方向而不同,因 此最好是預(yù)先進(jìn)行實(shí)驗(yàn),求出適當(dāng)?shù)那逗祥L度D。另外,為了調(diào)整長度D,可 以如圖6(b)所示,對遮光構(gòu)造物36設(shè)置環(huán)狀凸部(或者套筒)36d。
通過所述的結(jié)構(gòu),可以容易對遮光構(gòu)造物36安裝發(fā)送部32。另外,可以 與遮光構(gòu)造物36獨(dú)立地調(diào)整對象物M和發(fā)送部32的距離(圖6(a)中的雙箭頭), 不用調(diào)整發(fā)送部32的光學(xué)系統(tǒng)(未圖示),就可以調(diào)整例如焦距。并且,利用凸 部32a和凹部36e或者貫穿孔36f之間的適當(dāng)?shù)挠蜗?,可以保護(hù)發(fā)送部32不受 遮光構(gòu)造物36產(chǎn)生的機(jī)械振動的影響。
另外,在上述的說明中,凸部32a是中空圓筒狀,凹部36e是圓形,但不 限于這樣的形狀。只要兩者可以適當(dāng)嵌合,可以是各種形狀。另外,凸部32a 不限于中空,只要具有允許激光通過的貫穿孔,也可以是實(shí)心的。并且,也可 以在遮光構(gòu)造物26設(shè)有凸部,在發(fā)送部12設(shè)有凹部或者貫穿孔,使得兩者嵌 合那樣構(gòu)成。目卩,只要在發(fā)送部32設(shè)有凸部及凹部之一,凸部及凹部的另一 個(gè)設(shè)在遮光構(gòu)造物36,發(fā)送部32和遮光構(gòu)造物36通過凹凸嵌合互相安裝即可。
另外,也可以對第1及第2實(shí)施形態(tài)中的接收部14設(shè)置凸部32a,在遮光 構(gòu)造物16的背面設(shè)置凹部或者貫穿孔。
第4實(shí)施形態(tài)
圖7是表示本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的測定裝置的概略圖。如圖所示,第4 實(shí)施形態(tài)的測定裝置40包括發(fā)送部12、接收部14、遮光構(gòu)造物46及覆蓋 物18。遮光構(gòu)造物46具有相當(dāng)于第2實(shí)施形態(tài)中的遮光構(gòu)造物26的開口部 26a的開口部46a;以及相當(dāng)于開口部26b的開口部46b。并且,遮光構(gòu)造物 46具有多個(gè)傳送輥46c。傳送輥46c可通過手動或電動進(jìn)行旋轉(zhuǎn),支持對象物 M,且通過旋轉(zhuǎn)可以移動對象物M。另外,傳送輥46c配置為不妨礙從接收部14放出的探測激光和其反射光的光路。另外,各傳送輥46c也可以通過氣壓或
液壓進(jìn)行驅(qū)動。
若采用測定裝置40,可以將對象物M從開口部46a送入、送出,另外, 可以通過傳送輥46c —邊將對象物M從開口部46a的一方移動至另一方, 一邊 在多個(gè)測定點(diǎn)進(jìn)行測定。但是,也可以從開口部46a送入、或送出對象物M。 特別是在通過傳送輥46c傳送對象物M的時(shí)候,由于某種原因無法從開口部 46b取出對象物M時(shí),用來從開口部46a去除對象物M。
第5實(shí)施形態(tài)
圖8是表示本發(fā)明的第5實(shí)施形態(tài)的測定裝置的概略圖。如圖所示,第5 實(shí)施形態(tài)的測定裝置50包括發(fā)送部12、接收部14、遮光構(gòu)造物46、覆蓋物 18、軋機(jī)52及纏繞裝置54。軋機(jī)52配置在面向開口部46b的一側(cè)位置,將例 如高溫的鋼鐵塊或坯軋制成為軋制板條,將其傳送至遮光構(gòu)造物46內(nèi)。在遮 光構(gòu)造物46內(nèi),通過傳送輥46c將軋制板條傳送至開口部46b的另一側(cè)。纏 繞裝置54配置在面向開口部46b的另--側(cè)位置,將穿過遮光構(gòu)造物46的軋制 板條纏繞成巻筒。
若采用這樣的結(jié)構(gòu),在軋制鋼板的制造中,可以測定晶粒直徑等。另外, 通過調(diào)節(jié)纏繞裝置54或軋機(jī)52或者兩者的驅(qū)動速度,對通過遮光構(gòu)造物46 的軋制板條施加適當(dāng)?shù)膹埩Γ梢皂樌统?。還具有的效果是,通過適當(dāng)?shù)膹?力,超聲波在對象物M內(nèi)順利傳播。
另外,也可以配置緊帶輥,以取代纏繞裝置54,另外,也可以在纏繞裝置 54和開口部46b之間追加配置緊帶輥。此時(shí),通過緊帶輥可調(diào)整軋制板條的張 力。
第6實(shí)施形態(tài)
圖9是表示本發(fā)明的第6實(shí)施形態(tài)的測定裝置的概略圖。如圖所示,第6 實(shí)施形態(tài)的測定裝置60具有對第5實(shí)施形態(tài)的測定裝置50附加了推出機(jī)5的 結(jié)構(gòu)。推出機(jī)5由臂5a、推出板5b及液壓缸5c構(gòu)成。臂5a如圖10所示,通 過設(shè)在遮光構(gòu)造物47的背面的貫穿孔47c插入遮光構(gòu)造物47內(nèi)。在插入的臂 5a的前端安裝有推出板5b。推出板5b設(shè)置在位于傳送輥46c之上或者上方, 使得在傳送輥46c上放置的對象物M可以從側(cè)面被推出。臂5a的另一端連接
15于液壓缸5c,利用液壓缸5c的動作,通過臂5a,推出板5b將對象物M向開 口部47a方向推出。
若釆用以上的結(jié)構(gòu),例如,在通過傳送輥46c傳送對象物M的時(shí)候,由 于某種原因?qū)ο笪颩無法從開口部46b取出時(shí),可以打開覆蓋物18,使用推 出機(jī)5送出對象物M。在對象物M為高溫的時(shí)候,使用推出機(jī)5送出特別有 用。另外,這樣決定貫穿孔47c的長度,使得入射至臂5a和貫穿孔47c間之 間隙的散射光在它們之間反復(fù)反射,強(qiáng)度充分衰減。另外,也可以根據(jù)需要設(shè) 置套筒47d。
第7實(shí)施形態(tài)
圖11是表示本發(fā)明的第7實(shí)施形態(tài)的測定裝置的概略圖。如圖所示,第7 實(shí)施形態(tài)的測定裝置60具有對第2實(shí)施形態(tài)的測定裝置20附加了移動機(jī)7的 結(jié)構(gòu)。
移動機(jī)7具有有車輪7al和驅(qū)動車輪7al的動力源7a2、并放置有測定 裝置20的基座7a;以及支持車輪7al使其可移動的軌道7b。
若采用該結(jié)構(gòu),則通過起動動力源7a2,使基座7a在軌道7b上移動,放 置在基座7a上的測定裝置20沿圖11中的箭頭方向移動。因此,第7實(shí)施形 態(tài)具有的優(yōu)點(diǎn)是在例如對象物M為長條狀而難以送出時(shí)候,可以移動測定 裝置20進(jìn)行保養(yǎng)作業(yè)。
第8實(shí)施形態(tài)
圖12是表示本發(fā)明的第8實(shí)施形態(tài)的測定裝置的概略圖。如圖所示,第8 實(shí)施形態(tài)的測定裝置80包括發(fā)送部12、接收部14、遮光構(gòu)造物16及覆蓋 物18。發(fā)送部12具有覆蓋出射口 12c、阻礙來自激光源12a的激發(fā)激光從發(fā) 送部12放出的遮光器13。另外,在遮光構(gòu)造物16的開口部16a的下部,設(shè)有 檢測覆蓋物18打幵的開關(guān)S。
若覆蓋物18打開,感知到其打開的開關(guān)S將檢測信號發(fā)送至控制器C(箭 頭A1)??刂破鰿若接收檢測信號,則對遮光器13發(fā)送指示信號(箭頭A2)。 接收了指示信號的遮光器13旋轉(zhuǎn),以封住出射口 12d,據(jù)此,防止激發(fā)激光從 發(fā)送部12放出。另外,也可以對接收部14設(shè)有能夠阻礙激光放出的可開閉的 遮光器,根據(jù)來自控制器C的指示信號關(guān)閉遮光器。這在使用高輸出功率的探測激光時(shí)有用。
若設(shè)置這樣的聯(lián)鎖裝置,即使在測定中誤打開覆蓋物18的時(shí)候,由于可 以切斷激光放出,因此更加確實(shí)地確保操作者的安全。
以上提示了幾個(gè)實(shí)施形態(tài),說明了本發(fā)明的材質(zhì)測定裝置,但本發(fā)明不限 于這些實(shí)施形態(tài),可以進(jìn)行各種變更。
例如,雖然以發(fā)送部12及接收部14配置在遮光構(gòu)造物的外側(cè)的情況為例 表示,但在第1實(shí)施形態(tài)的測定裝置10中,也可以配置在遮光構(gòu)造物的內(nèi)側(cè)。
還可以包括使從發(fā)送部12的激光源12a放出的激發(fā)激光的行進(jìn)方向偏轉(zhuǎn) 的偏轉(zhuǎn)器。若這樣,例如,長條狀的軋制鋼板在遮光構(gòu)造物46、 47中移動時(shí), 通過將激發(fā)激光向與移動方向垂直的方向偏轉(zhuǎn),從而能夠在軋制鋼板的較大范 圍中測定晶粒直徑。
第5實(shí)施形態(tài)中,說明了包括軋機(jī)52和纏繞裝置54的測定裝置50,但將 測定裝置40配置在軋制鋼材的生產(chǎn)線的粗軋機(jī)和精軋機(jī)之間、或精軋機(jī)和纏 繞裝置之間也很有用。
第6實(shí)施形態(tài)中,是利用了液壓缸5c,但是若通過推出板5b可以推出對 象物M,就不限于此。
關(guān)于第7實(shí)施形態(tài)中的動力,是說明了具有有車輪7al和動力源7a2的 基座7a、以及軌道7b的移動機(jī)7。但若可以將測定裝置20向與遮光構(gòu)造物26 的開口部26a的開口方向的相反方向移動,就不限于移動機(jī)7。例如,可以對 基座7a不設(shè)置動力源7a2,而設(shè)置牽引機(jī),通過牽引機(jī)牽引基座7a而構(gòu)成移 動機(jī)。另外,也可以不設(shè)置牽引機(jī),而用手動來移動基座7a。另外,電動機(jī)作 為動力源7a2較好,但也可以是利用氣壓或液壓的動力源。另外,第7實(shí)施形 態(tài)中,是移動了整個(gè)測定裝置,但也可以只移動遮光構(gòu)造物。
工業(yè)上的實(shí)用性
若采用本發(fā)明,由于抑制激光的泄漏,確保了操作者的安全,因此不限于 無人實(shí)驗(yàn)室,例如也可以使用在軋制鋼板的生產(chǎn)線中,通過監(jiān)視制造中的特性,
可以制造高質(zhì)量的鋼板。
權(quán)利要求
1. 一種激光超聲波式特性測定裝置,其特征在于,包括向被測定對象物(M)照射激發(fā)激光、而在該被測定對象物(M)激發(fā)超聲波的發(fā)送部(12、32);向所述被測定對象物(M)照射探測激光、而接受來自所述被測定對象物(M)的所述探測激光的反射光來檢測所述超聲波的接收部(14);具有允許所述被測定對象物(M)通過的第1開口部(16a、26a、36a、46a、47a)、并可容納所述被測定對象物(M)的遮光構(gòu)造物(16、26、36、46、47);以及覆蓋所述第1開口部(16a、26a、36a、46a、47a)且可打開的覆蓋物(18)。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光超聲波式特性測定裝置,其特征在于, 所述遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)包括朝向與所述第1開口部(16a、26a、 36a、 46a、 47a)的開口方向垂直方向的至少一個(gè)第2開口部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b);以及設(shè)置在該第2開口部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b)和所述 激發(fā)激光應(yīng)該照射位置之間的至少一個(gè)遮光板(P1 P4)。
3. 如權(quán)利要求2所述的激光超聲波式特性測定裝置,其特征在于, 所述遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)的長度(L)、以及所述遮光板(P1 P4)與所述被測定對象物(M)之間的第1間隙長度(h),根據(jù)從所述第2開口部 (16b、 26b、 36b、 46b、 47b)直接泄漏的散射光的強(qiáng)度、所述被測定對象物(M) 的厚度、及所述被測定對象物(M)的彎曲量來決定,所述遮光板(P1 P4)的位置根據(jù)所述第1間隙長度(h)、和所述遮光構(gòu)造物 (16、 26、 36、 46、 47)與所述被測定對象物(M)之間的第2間隙長度(H)的比來 決定。
4. 如權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的激光超聲波式特性測定裝置,其特 征在于,還包括檢測所述覆蓋物(18)對于所述第1開口部打開的情況并送出檢測信號的檢 測器(S);以及接收所述檢測信號、并防止所述激發(fā)激光放出的遮光器(13)。
5. 如權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的激光超聲波式特性測定裝置,其特 征在于,所述發(fā)送部(32)與所述遮光構(gòu)造物(36)嵌合安裝。
6. 如權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)所述的激光超聲波式特性測定裝置,其特 征在于,所述遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)具有傳送所述被測定對象物(M)的傳 送用輥(46c)。
7. 如權(quán)利要求2 6中的任一項(xiàng)所述的激光超聲波式特性測定裝置,其特征在于,還包括設(shè)置在所述遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)的2個(gè)所述第2開口部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b);面對所述第2開口部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b)—側(cè)配置的將所述被測定 對象物(M)送出至所述遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)的送出機(jī)(52);以及席對所述第2開U部(16b、 26b、 36b、 46b、 47b)另 一側(cè)配置的、與送出機(jī) (52)—起對從所述遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)送出的所述被測定對象物(M) 施加張力的接受機(jī)(54)。
8. 如權(quán)利要求7所述的激光超聲波式特性測定裝置,其特征在于, 所述送出機(jī)(52)同時(shí)具有軋制所述被測定對象物(M)的功能。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的激光超聲波式特性測定裝置,其特征在于, 所述接受機(jī)(54)是將從所述遮光構(gòu)造物(16、 26、 36、 46、 47)送出的所述被測定對象物(M)進(jìn)行纏繞的纏繞裝置(54)。
10. 如權(quán)利要求1 7中的任一項(xiàng)所述的激光超聲波式特性測定裝置,其 特征在于,具有向所述第1開口部(16a、 26a、 36a、 46a、 47a)方向推出所述被測定對 象物(M)的推出機(jī)(5)。
11. 如權(quán)利要求1 8中的任一項(xiàng)所述的激光超聲波式特性測定裝置,其 特征在亍,還包括向與所述第1開口部(16a、 26a、 36a、 46a、 47a)的開口方向相反方向移動 所述遮光構(gòu)造物的移動機(jī)(7)。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)的激光超聲波式特性測定裝置包括向被測定對象物(M)照射激發(fā)激光、而在該被測定對象物(M)激發(fā)超聲波的發(fā)送部(12);向被測定對象物(M)照射探測激光、而接受來自被測定對象物(M)的探測激光的反射光來檢測超聲波的接收部(14);具有設(shè)置于一個(gè)側(cè)面且允許被測定對象物(M)通過的第1開口部(16a)、并可容納被測定對象物(M)的遮光構(gòu)造物(16);以及覆蓋第1開口部(16a)且可打開的覆蓋物(18)。
文檔編號G01N29/00GK101443657SQ20068005461
公開日2009年5月27日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者佐野光彥 申請人:東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)株式會社
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