JP2003270055A - Apparatus and method for measuring internal temperature distribution - Google Patents
Apparatus and method for measuring internal temperature distributionInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば鋼材の内部
温度分布を非接触で測定する内部温度分布測定装置及び
内部温度分布測定方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal temperature distribution measuring device and an internal temperature distribution measuring method for measuring the internal temperature distribution of a steel material in a non-contact manner.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、熱間の厚板製造プロセスにおい
ては、制御圧延の圧下条件や冷却条件をコントロールす
ることにより、所望の仕様特性を有する厚板を製造して
いる。2. Description of the Related Art Generally, in a hot plate manufacturing process, a plate having desired specification characteristics is manufactured by controlling a rolling condition of controlled rolling and a cooling condition.
【0003】このとき、厚板の温度情報は、圧下条件や
冷却条件をコントロールする上でとても重要である。従
来は、放射温度計などを用いて厚板の表面温度を測定す
ると共に、シミュレーション等のモデル計算を行って厚
板の内部温度を推定することにより、厚板の温度情報を
得ていた。At this time, the temperature information of the thick plate is very important for controlling the rolling conditions and cooling conditions. Conventionally, the temperature information of the thick plate has been obtained by measuring the surface temperature of the thick plate using a radiation thermometer or the like and estimating the internal temperature of the thick plate by performing model calculation such as simulation.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、上述のように、厚板の内部温度については、モデル
計算による推定値しか得られないため、実際の内部温度
分布との誤差が大きく、所望の仕様特性を有する厚板を
製造できない場合があった。特に、板厚が厚くなるほ
ど、板厚中心部の組織や材質制御が問題となる。中心偏
析の影響や圧延歪みが板厚中心部に及び難く、また、中
心部の温度がとても高いことが、その理由である。した
がって、厚板の内部温度について正確な情報が得られれ
ば、より良い制御圧延が可能になる。However, conventionally, as described above, since only the estimated value by the model calculation can be obtained for the internal temperature of the thick plate, there is a large error from the actual internal temperature distribution, and the desired internal temperature distribution is large. In some cases, it was not possible to manufacture a thick plate having the specification characteristics of. In particular, as the plate thickness becomes thicker, the structure and material control of the central part of the plate thickness becomes a problem. The reason for this is that the influence of center segregation and rolling strain do not easily reach the center of the plate thickness, and the temperature of the center is very high. Therefore, if accurate information about the internal temperature of the thick plate can be obtained, better controlled rolling becomes possible.
【0005】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、測定対象物の内部温度分布を正確に測定するこ
とができる内部温度分布測定装置及び内部温度分布測定
方法を提供することを目的とするものである。The present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is to provide an internal temperature distribution measuring device and an internal temperature distribution measuring method capable of accurately measuring the internal temperature distribution of an object to be measured. To do.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項1記載の発明は、板状の測定対象物をその厚
さ方向に沿って複数の層に区分し、前記測定対象物の表
面上の所定位置で前記各層の内部温度を測定する内部温
度分布測定装置であって、周波数の異なる第一レーザビ
ーム及び第二レーザビームを、それぞれ所定の入射角度
で前記測定対象物の同一位置に照射することにより、前
記第一レーザビーム及び前記第二レーザビームの干渉を
生じさせ、前記測定対象物の内部に、前記測定対象物の
表面に対して斜めに進行する超音波を発生させる超音波
発生手段と、前記超音波が前記測定対象物の底面で反射
して再び表面に戻ってきた位置に、第三レーザビームを
導くと共に、前記測定対象物の表面で反射した前記第三
レーザビームを取得するビーム取得手段と、前記ビーム
取得手段で取得された前記第三レーザビームに基づい
て、前記超音波の振動に起因して生じる前記第三レーザ
ビームの周波数の変化を検出する周波数変化検出手段
と、前記周波数変化検出手段で検出された前記第三レー
ザビームの周波数変化を表す波形データに基づいて前記
超音波が前記測定対象物の内部を伝播した伝播時間を求
める演算手段と、を備え、前記超音波の発生時の進行方
向を前記層の数と同じ数だけ予め設定しておき、前記演
算手段は、前記超音波発生手段が前記各進行方向に前記
超音波を発生させる度に当該進行方向に発生した前記超
音波の伝播時間を求めると共に、前記各進行方向に発生
した前記超音波の伝播時間に基づいて前記各層における
前記超音波の音速を算出し、その算出した前記各層にお
ける前記超音波の音速に基づいて前記各層の内部温度を
求めることを特徴とするものである。According to a first aspect of the invention for achieving the above object, a plate-shaped measuring object is divided into a plurality of layers along a thickness direction thereof, and the measuring object is divided into a plurality of layers. Is an internal temperature distribution measuring device for measuring the internal temperature of each layer at a predetermined position on the surface of the first laser beam and the second laser beam having different frequencies, each of which has the same measurement object at a predetermined incident angle. By irradiating the position, the first laser beam and the second laser beam are caused to interfere with each other, and an ultrasonic wave that obliquely advances with respect to the surface of the measurement target is generated inside the measurement target. Ultrasonic wave generation means, the third laser beam is guided to the position where the ultrasonic wave is reflected on the bottom surface of the measurement object and returned to the surface again, and the third laser beam is reflected on the surface of the measurement object. Take the beam Beam acquisition means, and frequency change detection means for detecting a frequency change of the third laser beam caused by the vibration of the ultrasonic wave, based on the third laser beam acquired by the beam acquisition means, A calculation means for obtaining a propagation time during which the ultrasonic wave propagates inside the measurement object based on waveform data representing a frequency change of the third laser beam detected by the frequency change detection means, The number of traveling directions at the time of generation of ultrasonic waves is set in advance by the same number as the number of layers, and the calculation means causes the traveling direction to be generated every time the ultrasonic wave generating means generates the ultrasonic waves in each of the traveling directions. While calculating the propagation time of the ultrasonic waves generated in the, the sound velocity of the ultrasonic waves in each of the layers based on the propagation time of the ultrasonic waves generated in each traveling direction, the calculation It is characterized in that to determine the internal temperature of the layers on the basis of the ultrasonic sound velocity in each layer.
【0007】請求項2記載の発明は、請求項1記載の内
部温度分布測定装置において、前記第一レーザビーム及
び前記第二レーザビームは、一のレーザ装置から発生さ
れた単一のレーザビームを二つに分岐し、その分岐され
た一方のレーザビームを音響光学素子に入射させること
により得られたものであることを特徴とするものであ
る。According to a second aspect of the present invention, in the internal temperature distribution measuring apparatus according to the first aspect, the first laser beam and the second laser beam are a single laser beam generated from one laser device. It is characterized in that it is obtained by splitting into two and making one of the split laser beams enter the acousto-optic device.
【0008】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の内部温度分布測定装置において、前記超音波発生手
段は、前記第一レーザビーム及び前記第二レーザビーム
のうち少なくともいずれか一方の入射角度を調整するこ
とにより、前記超音波の発生時の進行方向を制御するこ
とを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, in the internal temperature distribution measuring apparatus according to the first or second aspect, the ultrasonic wave generating means is at least one of the first laser beam and the second laser beam. By adjusting the incident angle, the traveling direction at the time of generation of the ultrasonic wave is controlled.
【0009】請求項4記載の発明は、請求項1、2又は
3記載の内部温度分布測定装置において、前記ビーム取
得手段は、前記超音波発生手段によって前記測定対象物
の内部に発生された前記超音波のうち縦波の超音波が前
記測定対象物の表面に戻ってきた位置に、前記第三レー
ザビームを導くことを特徴とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the internal temperature distribution measuring apparatus according to the first, second or third aspect, the beam acquisition means is generated inside the object to be measured by the ultrasonic wave generation means. Among the ultrasonic waves, the third laser beam is guided to a position where a longitudinal ultrasonic wave returns to the surface of the object to be measured.
【0010】また、上記の目的を達成するための請求項
5記載の発明は、板状の測定対象物をその厚さ方向に沿
って複数の層に区分し、前記測定対象物の表面上の所定
位置で前記各層の内部温度を測定する内部温度分布測定
方法であって、周波数の異なる第一レーザビーム及び第
二レーザビームを、それぞれ所定の入射角度で前記測定
対象物の同一位置に照射することにより、前記第一レー
ザビーム及び前記第二レーザビームの干渉を生じさせ、
前記測定対象物の内部に、前記測定対象物の表面に対し
て斜めに進行する超音波を発生させる第一ステップと、
前記超音波が前記測定対象物の底面で反射して再び表面
に戻ってきた位置に、第三レーザビームを導くと共に、
前記測定対象物の表面で反射した前記第三レーザビーム
を取得する第二ステップと、前記第二ステップで取得さ
れた前記第三レーザビームに基づいて、前記超音波の振
動に起因して生じる前記第三レーザビームの周波数の変
化を検出する第三ステップと、前記第三ステップで検出
された前記第三レーザビームの周波数の変化を表す波形
データに基づいて前記超音波が前記測定対象物の内部を
伝播した伝播時間を求める第四ステップと、前記超音波
の発生時の進行方向を前記層の数と同じ数だけ予め設定
しておき、その設定された前記各進行方向に前記超音波
を順に発生させて、前記第一ステップから前記第四ステ
ップまでを繰り返すことにより、前記各進行方向に発生
した前記超音波の伝播時間を得る第五ステップと、前記
各進行方向に発生した前記超音波の伝播時間に基づいて
前記各層における前記超音波の音速を算出する第六ステ
ップと、前記第六ステップで算出された前記各層におけ
る前記超音波の音速に基づいて前記各層の内部温度を求
める第七ステップと、を具備することを特徴とするもの
である。Further, in order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 5 divides a plate-shaped measuring object into a plurality of layers along the thickness direction thereof and arranges it on the surface of the measuring object. An internal temperature distribution measuring method for measuring an internal temperature of each layer at a predetermined position, wherein a first laser beam and a second laser beam having different frequencies are irradiated to the same position of the measurement object at respective predetermined incident angles. This causes interference of the first laser beam and the second laser beam,
Inside the measurement object, a first step of generating ultrasonic waves that travel obliquely with respect to the surface of the measurement object,
The ultrasonic wave is reflected on the bottom surface of the measurement object, and while guiding the third laser beam to the position where it returns to the surface again,
Second step of acquiring the third laser beam reflected on the surface of the measurement object, based on the third laser beam acquired in the second step, caused by the vibration of the ultrasonic wave The third step of detecting a change in the frequency of the third laser beam, and the ultrasonic wave based on the waveform data representing the change in the frequency of the third laser beam detected in the third step The fourth step of obtaining the propagation time propagated, the advance direction at the time of the generation of the ultrasonic wave is set in advance by the same number as the number of the layers, and the ultrasonic wave is sequentially applied to each of the set advancing directions. By generating and repeating the first step to the fourth step, the fifth step of obtaining the propagation time of the ultrasonic wave generated in each of the traveling directions, and the generation in each of the traveling directions. The sixth step of calculating the sound velocity of the ultrasonic wave in each layer based on the propagation time of the ultrasonic wave, and the internal temperature of each layer based on the sound velocity of the ultrasonic wave in each layer calculated in the sixth step And a seventh step for obtaining.
【0011】請求項6記載の発明は、請求項5記載の内
部温度分布測定方法において、前記第一レーザビーム及
び前記第二レーザビームは、一のレーザ装置から発生さ
れた単一のレーザビームを二つに分岐し、その分岐され
た一方のレーザビームを音響光学素子に入射させること
により得られたものであることを特徴とするものであ
る。According to a sixth aspect of the present invention, in the internal temperature distribution measuring method according to the fifth aspect, the first laser beam and the second laser beam are a single laser beam generated from one laser device. It is characterized in that it is obtained by splitting into two and making one of the split laser beams enter the acousto-optic device.
【0012】請求項7記載の発明は、請求項5又は6記
載の内部温度分布測定方法において、前記第一ステップ
では、前記第一レーザビーム及び前記第二レーザビーム
のうち少なくともいずれか一方の入射角度を調整するこ
とにより、前記超音波の発生時の進行方向を制御するこ
とを特徴とするものである。The invention according to claim 7 is the internal temperature distribution measuring method according to claim 5 or 6, wherein in the first step, at least one of the first laser beam and the second laser beam is incident. By adjusting the angle, the traveling direction when the ultrasonic wave is generated is controlled.
【0013】請求項8記載の発明は、請求項5、6又は
7記載の内部温度分布測定方法において、前記第二ステ
ップでは、前記第一ステップにおいて前記測定対象物の
内部に発生させた前記超音波のうち縦波の超音波が前記
測定対象物の表面に戻ってきた位置に、前記第三レーザ
ビームを導くことを特徴とするものである。According to an eighth aspect of the present invention, in the internal temperature distribution measuring method according to the fifth, sixth or seventh aspect, in the second step, the super temperature generated inside the object to be measured in the first step is measured. The third laser beam is guided to a position where a longitudinal ultrasonic wave of the sound waves returns to the surface of the measurement target.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形態
である内部温度分布測定装置の概略構成図、図2はある
鋼材についての内部温度と縦波音速との関係を示すグラ
フである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal temperature distribution measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing a relationship between an internal temperature and a longitudinal wave sound velocity for a certain steel material.
【0015】本実施形態の内部温度分布測定装置は、測
定対象物の内部の温度分布を非接触で測定するものであ
る。ここで、測定対象物としては、例えば、製鉄所にお
いて、熱間プロセスにより製造される板状の鋼材(厚
板)を想定している。かかる厚板の表面温度は、通常、
700℃ぐらいである。特に、本実施形態では、厚板を
その厚さ方向に沿って複数の層に区分して考え、ある測
定位置において各層の平均温度を算出することにより、
厚板の内部温度分布を求めることにする。The internal temperature distribution measuring device of this embodiment measures the temperature distribution inside the object to be measured in a non-contact manner. Here, as the measurement object, for example, a plate-shaped steel material (thick plate) manufactured by a hot process in an iron mill is assumed. The surface temperature of such planks is usually
It is around 700 ° C. In particular, in the present embodiment, the thick plate is considered to be divided into a plurality of layers along the thickness direction, and by calculating the average temperature of each layer at a certain measurement position,
The internal temperature distribution of the thick plate will be determined.
【0016】ところで、よく知られているように、各種
の鋼材では、その内部温度とその内部を伝播する縦波の
音速との間に密接な関係がある。図2にある鋼材につい
ての内部温度と縦波の音速との関係の一例を示す。図2
において、横軸は鋼材の内部温度、縦軸は縦波の音速で
ある。このグラフから、縦波の音速が遅いほど、鋼材の
内部温度は高いという傾向があることが分かる。本実施
形態の内部温度分布測定装置では、厚板の各層における
縦波の速度を求めた後、図2に示すような内部温度と縦
波音速との関係を利用して、厚板の内部温度を求めるこ
とにする。このとき、厚板の各層における縦波の音速は
レーザ超音波法を用いて算出する。By the way, as is well known, in various steel materials, there is a close relationship between the internal temperature and the sound velocity of the longitudinal wave propagating inside the steel material. An example of the relationship between the internal temperature and the sound velocity of a longitudinal wave about the steel material in FIG. 2 is shown. Figure 2
In, the horizontal axis is the internal temperature of the steel material, and the vertical axis is the sound velocity of the longitudinal wave. From this graph, it can be seen that the lower the sound velocity of the longitudinal wave, the higher the internal temperature of the steel material tends to be. In the internal temperature distribution measuring apparatus of the present embodiment, after the velocity of the longitudinal wave in each layer of the thick plate is obtained, the internal temperature of the thick plate is utilized by utilizing the relationship between the internal temperature and the longitudinal wave sound velocity as shown in FIG. To ask. At this time, the sound velocity of the longitudinal wave in each layer of the thick plate is calculated using the laser ultrasonic method.
【0017】本実施形態の内部温度分布測定装置は、図
1に示すように、超音波発生用レーザ10と、超音波発
生部20と、超音波検出用レーザ30と、二つの集光レ
ンズ41,42と、二つの光ファイバ51,52と、ビ
ーム取得部60と、ファブリ・ペロー干渉計(周波数変
化検出手段)70と、光検出器80と、コンピュータ
(演算手段)90とを備える。The internal temperature distribution measuring apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 1, includes an ultrasonic wave generating laser 10, an ultrasonic wave generating section 20, an ultrasonic wave detecting laser 30, and two condenser lenses 41. , 42, two optical fibers 51 and 52, a beam acquisition unit 60, a Fabry-Perot interferometer (frequency change detection means) 70, a photodetector 80, and a computer (calculation means) 90.
【0018】超音波発生用レーザ10は、測定対象物2
内に超音波を励起させるためのレーザである。超音波発
生用レーザ10としては、例えばYAGレーザやCO2
レーザなどの高エネルギーパルスレーザを使用する。以
下では、この超音波発生用レーザ10から発せられたレ
ーザビームの周波数をf1、その波長をλ1とする。The ultrasonic wave generating laser 10 is used for measuring the object 2 to be measured.
It is a laser for exciting ultrasonic waves inside. As the ultrasonic wave generation laser 10, for example, a YAG laser or CO 2
Use a high energy pulsed laser such as a laser. Hereinafter, the frequency of the laser beam emitted from the ultrasonic wave generating laser 10 is f 1 , and the wavelength thereof is λ 1 .
【0019】超音波発生部20は、干渉縞走査法を用い
て、測定対象物2の内部に、その表面に対して斜めに進
行する超音波を発生させるものである。この超音波発生
部20は、ビームスプリッタ21と、ミラー22と、音
響光学素子23とを有する。The ultrasonic wave generator 20 generates an ultrasonic wave that travels obliquely with respect to the surface of the object to be measured 2 by using the interference fringe scanning method. The ultrasonic wave generation unit 20 has a beam splitter 21, a mirror 22, and an acousto-optic element 23.
【0020】超音波発生用レーザ10から発せられたレ
ーザビームは、ビームスプリッタ21によって、ビーム
スプリッタ21で反射される第一レーザビームL1と、
ビームスプリッタ21を透過する第二レーザビームL2
とに分けられる。第一レーザビームL1はそのまま測定
対象物2の表面に入射する。一方、第二レーザビームL
2は、ミラー22で反射された後、音響光学素子23に
入射する。The laser beam emitted from the ultrasonic wave generating laser 10 is, by the beam splitter 21, the first laser beam L1 reflected by the beam splitter 21,
Second laser beam L2 transmitted through beam splitter 21
Can be divided into The first laser beam L1 directly enters the surface of the measuring object 2. On the other hand, the second laser beam L
After being reflected by the mirror 22, the light 2 enters the acousto-optic element 23.
【0021】音響光学素子23は、音響光学効果(acou
sto-optic effect)を利用した素子であり、ここでは、
周波数シフタとして利用する。音響光学素子23に適当
な周波数の電気信号を与えると、音響光学素子23の内
部に設けられた媒体が超音波振動を行い、弾性歪みや圧
力が場所によって変化する。これにより、その媒体には
屈折率変動が生じ、外部からの光がこの屈折率の変動領
域に入射すると、その光は回折を起こす。このとき、そ
の回折した光は超音波振動に起因するドップラーシフト
を受け、一次回折光の周波数は、元の入射光の周波数か
ら超音波の周波数分だけシフトした値となる。したがっ
て、音響光学素子23から出射される第二レーザビーム
L2の周波数は、元の周波数f1からシフトする。こう
して周波数がシフトした第二レーザビームL2は、測定
対象物2の表面に入射する。ここで、周波数がシフトし
た第二レーザビームL2の周波数をf2とする。The acousto-optic element 23 has an acousto-optic effect (acou
sto-optic effect), here,
Used as a frequency shifter. When an electric signal with an appropriate frequency is applied to the acousto-optic element 23, the medium provided inside the acousto-optic element 23 performs ultrasonic vibration, and elastic strain and pressure change depending on the location. This causes a refractive index fluctuation in the medium, and when light from the outside enters the refractive index fluctuation region, the light diffracts. At this time, the diffracted light undergoes a Doppler shift due to ultrasonic vibration, and the frequency of the first-order diffracted light has a value shifted by the ultrasonic frequency from the original incident light frequency. Therefore, the frequency of the second laser beam L2 emitted from the acousto-optic element 23 shifts from the original frequency f 1 . The second laser beam L2 thus frequency-shifted is incident on the surface of the measuring object 2. Here, the frequency of the frequency-shifted second laser beam L2 is f 2 .
【0022】次に、干渉縞走査法について説明する。図
3は干渉縞走査法の原理を説明するための図、図4は本
実施形態の内部温度分布測定装置における超音波発生部
20の具体的な構成を説明するための図である。Next, the interference fringe scanning method will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the interference fringe scanning method, and FIG. 4 is a diagram for explaining a specific configuration of the ultrasonic wave generator 20 in the internal temperature distribution measuring apparatus of this embodiment.
【0023】ここでは、図3に示すように、ビームスプ
リッタ21で反射した第一レーザビームL1は、測定対
象物2の厚さ方向(測定対象物表面の法線方向)に対し
て角度(入射角度)θをもって測定対象物2に入射する
ものとする。一方、音響光学素子23から出射された第
二レーザビームL2は、第一レーザビームL1とは反対
側から、測定対象物2の厚さ方向に対して角度(入射角
度)θをもって、第一レーザビームL1の照射位置と同
一の照射位置に入射するものとする。すなわち、第一レ
ーザビームL1と第二レーザビームL2とは互いに角度
2θをなして測定対象物2上の同じ位置に照射される。
また、第一レーザビームL1と第二レーザビームL2と
は、測定対象物2の幅方向に垂直な同一平面内にあるも
のとする。Here, as shown in FIG. 3, the first laser beam L1 reflected by the beam splitter 21 has an angle (incident) with respect to the thickness direction of the measuring object 2 (the normal direction of the surface of the measuring object). It is assumed that the light beam is incident on the measuring object 2 with an angle of θ. On the other hand, the second laser beam L2 emitted from the acousto-optic element 23 has an angle (incident angle) θ with respect to the thickness direction of the measuring object 2 from the side opposite to the first laser beam L1. It is assumed that the beam L1 is incident on the same irradiation position as the irradiation position. That is, the first laser beam L1 and the second laser beam L2 form an angle 2θ with each other and are irradiated on the same position on the measurement object 2.
The first laser beam L1 and the second laser beam L2 are assumed to be on the same plane perpendicular to the width direction of the measurement object 2.
【0024】このような状況で、ビームスプリッタ21
で反射した第一レーザビームL1と音響光学素子23か
ら出射された第二レーザビームL2とが測定対象物2上
の同一位置に照射されると、二つのビームは干渉しあ
い、光波が強め合うところと弱め合うところが交互に現
れる干渉縞を生じる。しかも、二つのレーザビームL
1,L2の光周波数がわずかに異なることから、この干
渉縞は測定対象物2の表面上を移動する。ここで、干渉
縞の移動方向は測定対象物2の圧延方向である。また、
干渉縞の走査速度VR、干渉縞の波長λacoは、
VR=λ1・(f2−f1)/2sinθ
λaco=λ1/2sinθ
で与えられる。In such a situation, the beam splitter 21
When the first laser beam L1 reflected by and the second laser beam L2 emitted from the acousto-optic element 23 are irradiated to the same position on the measurement object 2, the two beams interfere with each other and the light waves strengthen each other. Interference fringes appear in which the weakening points alternate with each other. Moreover, the two laser beams L
Since the optical frequencies of 1 and L2 are slightly different, this interference fringe moves on the surface of the measuring object 2. Here, the moving direction of the interference fringes is the rolling direction of the measuring object 2. Also,
The scanning speed V R of the interference fringes and the wavelength λ aco of the interference fringes are given by V R = λ 1 · (f 2 −f 1 ) / 2sinθ λ aco = λ 1 / 2sin θ.
【0025】干渉によって生じる干渉縞は熱応力のパタ
ーンに対応するので、このパターンに応じた超音波が発
生する。この超音波の波長は、干渉縞の波長λacoと
同じである。特に、干渉縞の走査速度VRを測定対象物
2の内部における超音波の音速よりも大きくすることに
よって、測定対象物2の表面に対して斜めに進行する超
音波を発生させることができる。このとき、縦波超音波
と横波超音波が同時に発生する。かかる超音波は、測定
対象物2の幅方向に垂直な平面内を進行する。本実施形
態では、超音波のうち縦波だけを考えることにする。図
2に示す内部温度と縦波音速との関係から温度を求める
際には、縦波についての情報を得れば十分だからであ
る。Since the interference fringes generated by the interference correspond to the pattern of thermal stress, ultrasonic waves corresponding to this pattern are generated. The wavelength of this ultrasonic wave is the same as the wavelength λ aco of the interference fringe. In particular, by setting the scanning speed V R of the interference fringes to be higher than the sound velocity of the ultrasonic wave inside the measuring object 2, it is possible to generate an ultrasonic wave that travels obliquely with respect to the surface of the measuring object 2. At this time, longitudinal ultrasonic waves and transverse ultrasonic waves are simultaneously generated. Such ultrasonic waves travel in a plane perpendicular to the width direction of the measuring object 2. In this embodiment, only longitudinal waves will be considered among ultrasonic waves. This is because when obtaining the temperature from the relationship between the internal temperature and the longitudinal wave sound velocity shown in FIG. 2, it is sufficient to obtain information about the longitudinal wave.
【0026】この縦波についてその発生時の進行方向角
度(測定対象物2の厚さ方向に対する角度)をφ、その
ときの測定対象物2の内部における縦波の音速をVL0
とすると、
φ=sin−1(VL0/VR)
という関係がある。したがって、干渉縞の走査速度
VR、すなわち、入射角度θあるいは周波数差f2−f
1を調整することによって、縦波の発生時の進行方向角
度φを制御することができる。The traveling direction angle (angle with respect to the thickness direction of the measuring object 2) at the time of generation of this longitudinal wave is φ, and the sound velocity of the longitudinal wave inside the measuring object 2 at that time is V L0.
Then, there is a relation of φ = sin −1 (V L0 / V R ). Therefore, the scanning speed V R of the interference fringes, that is, the incident angle θ or the frequency difference f 2 −f
By adjusting 1 , it is possible to control the traveling direction angle φ when the longitudinal wave is generated.
【0027】尚、横波の発生時における進行方向角度
は、上式において、縦波の音速を横波の音速で置き換え
た式によって与えられる。The traveling direction angle when a transverse wave is generated is given by the equation in which the longitudinal wave sound velocity is replaced by the transverse wave sound velocity in the above equation.
【0028】ところで、後に詳述するが、測定対象物2
の各層における縦波の音速を求めるには、その縦波の発
生時の進行方向角度を層の数と同じ数だけ予め設定して
おき、その設定した各進行方向角度に縦波を発生させる
度に、各進行方向角度に発生した縦波が測定対象物2の
底面で反射して再び表面に戻ってくるまでの伝播時間を
測定する必要がある。このため、縦波の発生時の進行方
向角度φを制御する必要があるが、本実施形態では、か
かる制御を、レーザビームの入射角度θを調整すること
によって行うことにする。具体的には、入射角度θの調
整を容易に行えるようにするために、超音波発生部20
を、図4に示すような構成としている。By the way, as will be described in detail later, the measurement object 2
In order to obtain the sound velocity of the longitudinal wave in each layer, the traveling direction angle at the time of generation of the longitudinal wave is set in advance by the same number as the number of layers, and the longitudinal wave is generated at each of the set traveling direction angles. First, it is necessary to measure the propagation time until the longitudinal wave generated at each traveling direction angle is reflected on the bottom surface of the measurement object 2 and returns to the surface again. Therefore, it is necessary to control the traveling direction angle φ when the longitudinal wave is generated, but in the present embodiment, such control is performed by adjusting the incident angle θ of the laser beam. Specifically, in order to easily adjust the incident angle θ, the ultrasonic wave generation unit 20
Is configured as shown in FIG.
【0029】すなわち、ビームスプリッタ21で反射さ
れた第一レーザビームL1を測定対象物2の表面に垂直
に入射させることにする。また、音響光学素子23から
出射された第二レーザビームL2を反射し、測定対象物
2に照射するためのミラー24を設ける。そして、リニ
アステージ等を用いて、このミラー24の位置を測定対
象物2の圧延方向に沿って移動させることにより、第二
レーザビームL2の入射角度の制御を行う。ここで、図
4では、第二レーザビームL2の実際の入射角度は2θ
であるが、本実施形態では、その半分の角度θのことも
入射角度と称することにする。That is, the first laser beam L1 reflected by the beam splitter 21 is vertically incident on the surface of the measuring object 2. Further, a mirror 24 for reflecting the second laser beam L2 emitted from the acousto-optic element 23 and irradiating the measurement object 2 is provided. Then, the incident angle of the second laser beam L2 is controlled by moving the position of the mirror 24 along the rolling direction of the measuring object 2 using a linear stage or the like. Here, in FIG. 4, the actual incident angle of the second laser beam L2 is 2θ.
However, in the present embodiment, the half angle θ is also referred to as an incident angle.
【0030】尚、当然のことではあるが、縦波発生時の
進行方向角度φについての制御は、第二レーザビームL
2の代わりに第一レーザビームL1の入射角度を調整す
ることにより、あるいは、第一レーザビームL1及び第
二レーザビームL2の両方の入射角度を調整することに
より、行うようにしてもよい。As a matter of course, the control of the traveling direction angle φ when the longitudinal wave is generated is performed by the second laser beam L
Instead of 2, the incident angle of the first laser beam L1 may be adjusted, or the incident angles of both the first laser beam L1 and the second laser beam L2 may be adjusted.
【0031】図5に、縦波の発生時の進行方向角度φを
20度、30度、40度、50度に制御する場合の入射
角度θの設定値の一例を示す。この例では、周波数差f
2−f1を80MHzとしている。図5に示すように、
縦波の発生時の進行方向角度φを20度にするには入射
角度θを0.14度に設定すればよい。また、縦波の発
生時の進行方向角度φを30度にするには入射角度θを
0.21度に、その発生時の進行方向角度φを40度に
するには入射角度θを0.26度に設定すればよい。そ
して、縦波の発生時の進行方向角度φを50度にするに
は入射角度θを0.32度に設定すればよい。FIG. 5 shows an example of the set value of the incident angle θ in the case of controlling the traveling direction angle φ when the longitudinal wave is generated to be 20, 30, 40, and 50 degrees. In this example, the frequency difference f
2- f 1 is set to 80 MHz. As shown in FIG.
The incident angle θ may be set to 0.14 degrees in order to set the traveling direction angle φ when the longitudinal wave is generated to 20 degrees. Further, the incident angle θ is 0.21 degree to set the traveling direction angle φ when the longitudinal wave is generated to be 30 degrees, and the incident angle θ is set to 0.2 degree to set the traveling direction angle φ to be 40 degrees. It may be set to 26 degrees. Then, in order to set the traveling direction angle φ at the time of generation of the longitudinal wave to 50 degrees, the incident angle θ may be set to 0.32 degrees.
【0032】この例から分かるように、入射角度θの設
定値はとても小さいので、通常は、測定対象物2の表面
からある程度遠く離れた位置、例えば4m離れた位置
に、ミラー24を設置することにしている。図5の表に
示した「ビーム間隔」とは、測定対象物2の表面から4
m離れた高さ位置において測った、第一レーザビームL
1と第二レーザビームL2との間隔のことである。具体
的に、縦波の発生時の進行方向角度φを20度にするに
はビーム間隔を9.8mmに設定すればよい。また、縦
波の発生時の進行方向角度φを30度にするにはビーム
間隔を14.4mmに、その発生時の進行方向角度φを
40度にするにはビーム間隔を18.5mmに設定すれ
ばよい。そして、縦波の発生時の進行方向角度φを50
度にするにはビーム間隔を22.0mmに設定すればよ
い。As can be seen from this example, since the set value of the incident angle θ is very small, normally, the mirror 24 is installed at a position distant from the surface of the measuring object 2 to some extent, for example, at a position 4 m away. I have to. The “beam interval” shown in the table of FIG. 5 means 4 from the surface of the measuring object 2.
First laser beam L measured at a height position distant by m
The distance between 1 and the second laser beam L2. Specifically, the beam interval may be set to 9.8 mm in order to set the traveling direction angle φ when the longitudinal wave is generated to 20 degrees. In addition, the beam interval is set to 14.4 mm to set the traveling direction angle φ when the longitudinal wave is generated to be 30 degrees, and the beam interval is set to 18.5 mm to be set to the traveling direction angle φ when it is generated. do it. Then, the traveling direction angle φ when the longitudinal wave is generated is 50
The beam interval may be set to 22.0 mm in order to obtain the degree.
【0033】尚、縦波と同時に横波も発生するので、参
考として、図5には、その縦波と動じに発生した横波の
進行方向角度も示している。縦波と横波の進行方向が異
なるのは、測定対象物2の内部における縦波の音速と横
波の音速とが相違するからである。Since a transverse wave is generated at the same time as the longitudinal wave, for reference, FIG. 5 also shows the advancing direction angle of the transverse wave generated in synchronism with the longitudinal wave. The traveling directions of the longitudinal wave and the transverse wave are different because the sound velocity of the longitudinal wave and the sound velocity of the transverse wave inside the measuring object 2 are different.
【0034】また、縦波が測定対象物2の内部を伝播
し、その底面で反射して再び表面に戻ってくる位置(検
出点位置)は、おおよそ予測することができる。一例と
して、図6にビーム間隔と縦波の検出点候補位置との関
係を示す。ここで、横軸は、測定対象物2の表面から4
m離れた高さ位置におけるビーム間隔であり、縦軸は、
レーザビームL1,L2の入射位置から圧延方向に沿っ
て測った、縦波の検出点候補位置である。かかる検出点
候補位置は、測定対象物2の厚さに依存するので、図6
では、例として、測定対象物2の板厚が30mm、50
mmである場合を示している。ところで、この図6のグ
ラフは、縦波の進行方向が測定対象物2の内部で一定で
あると仮定して求めたものである。しかしながら、実際
には、測定対象物2の内部温度は場所によって異なり、
超音波の音速も一定ではないので、超音波の進行方向
は、測定対象物2の内部で変化する。このため、図6の
グラフを利用して求めた縦波の検出点候補位置は、実際
の検出点位置とは異なる。このような理由から、図6で
は、検出点位置ではなく、「検出点候補位置」という表
現を使っている。本実施形態では、かかる図6に示すよ
うなビーム間隔と検出点候補位置との関係を、実際の縦
波の検出点位置を得るための参考として利用する。具体
的には、まず、図6のようなグラフを利用して、縦波の
検出点候補位置を見い出す。次に、実際に縦波超音波を
発生させることにより、その検出点候補位置の周辺領域
において、測定対象物2内を伝播してきた縦波の強度を
検出する。そして、最も大きな強度位置を、実際の縦波
の検出点位置として決定する。The position (detection point position) where the longitudinal wave propagates inside the measuring object 2, is reflected by the bottom surface thereof, and returns to the surface again can be roughly estimated. As an example, FIG. 6 shows the relationship between beam intervals and longitudinal wave detection point candidate positions. Here, the horizontal axis is 4 from the surface of the measuring object 2.
It is the beam interval at the height position separated by m, and the vertical axis is
It is a longitudinal wave detection point candidate position measured along the rolling direction from the incident position of the laser beams L1 and L2. Since such a detection point candidate position depends on the thickness of the measurement object 2, FIG.
Then, as an example, the plate thickness of the measuring object 2 is 30 mm, 50
The case of mm is shown. By the way, the graph of FIG. 6 is obtained by assuming that the traveling direction of the longitudinal wave is constant inside the measuring object 2. However, in reality, the internal temperature of the measuring object 2 varies depending on the location,
Since the sound velocity of ultrasonic waves is not constant, the traveling direction of ultrasonic waves changes inside the measuring object 2. Therefore, the longitudinal wave detection point candidate position obtained using the graph of FIG. 6 is different from the actual detection point position. For this reason, in FIG. 6, the expression “detection point candidate position” is used instead of the detection point position. In the present embodiment, the relationship between the beam interval and the detection point candidate position as shown in FIG. 6 is used as a reference for obtaining the actual longitudinal wave detection point position. Specifically, first, using a graph as shown in FIG. 6, a longitudinal wave detection point candidate position is found. Next, by actually generating a longitudinal ultrasonic wave, the intensity of the longitudinal wave propagating in the measurement object 2 is detected in the peripheral region of the detection point candidate position. Then, the largest intensity position is determined as the actual longitudinal wave detection point position.
【0035】超音波検出用レーザ30は、超音波発生用
レーザ10からのレーザビームの照射によって測定対象
物2内に発生し、測定対象物2内を伝播してきた超音波
(縦波)を検出するためのレーザである。超音波検出用
レーザ30としては、単一周波数のレーザビームを発す
るものを用いる。The ultrasonic wave detecting laser 30 detects the ultrasonic wave (longitudinal wave) which is generated in the measuring object 2 by the irradiation of the laser beam from the ultrasonic wave generating laser 10 and propagates in the measuring object 2. It is a laser for doing. As the ultrasonic detection laser 30, a laser that emits a laser beam having a single frequency is used.
【0036】超音波検出用レーザ30から発せられたレ
ーザビーム(第三レーザビーム)L3は、集光レンズ4
1で集光された後、光ファイバ51に入射する。この光
ファイバ51は、第三レーザビームL3をビーム取得部
60に導くものである。The laser beam (third laser beam) L3 emitted from the ultrasonic wave detecting laser 30 is collected by the condenser lens 4
After being condensed at 1, the light enters the optical fiber 51. The optical fiber 51 guides the third laser beam L3 to the beam acquisition unit 60.
【0037】ビーム取得部60は、第三レーザビームL
3を所定の検出点位置に導くと共に、測定対象物2の表
面で反射・散乱した第三レーザビームL3を取得するも
のであり、図1に示すように、二つの集光レンズ61,
62と、ハーフミラー63とを有する。また、このビー
ム取得部60は、一体的に構成されており、測定対象物
2の圧延方向に沿って移動することができる。The beam acquisition unit 60 is provided with a third laser beam L
3 is guided to a predetermined detection point position, and the third laser beam L3 reflected / scattered on the surface of the measuring object 2 is acquired. As shown in FIG.
It has 62 and a half mirror 63. The beam acquisition unit 60 is integrally configured and can move along the rolling direction of the measuring object 2.
【0038】ビーム取得部60に入射した第三レーザビ
ームL3は、集光レンズ61で集光され、ハーフミラー
63を透過した後、測定対象物2上の所定の検出点位置
に照射される。測定対象物2の表面は粗面であるため、
かかる第三レーザビームL3は測定対象物2の表面にお
いてほぼ等方的に散乱される。このとき、当該検出点位
置に、測定対象物2の内部を伝播してきた縦波が戻って
くると、当該検出点位置が超音波振動をする。これによ
り、測定対象物2の表面で散乱された第三レーザビーム
L3は、測定対象物2の表面の超音波振動に起因するド
ップラーシフトを受けて周波数が変化する。The third laser beam L3 that has entered the beam acquisition unit 60 is condensed by the condenser lens 61, passes through the half mirror 63, and then is irradiated onto a predetermined detection point position on the measuring object 2. Since the surface of the measuring object 2 is a rough surface,
The third laser beam L3 is almost isotropically scattered on the surface of the measuring object 2. At this time, when the longitudinal wave propagating inside the measurement object 2 returns to the detection point position, the detection point position vibrates ultrasonically. As a result, the third laser beam L3 scattered on the surface of the measuring object 2 undergoes a Doppler shift due to ultrasonic vibration of the surface of the measuring object 2 and its frequency changes.
【0039】測定対象物2の表面で散乱された第三レー
ザビームL3のうち、その一部は、ハーフミラー63で
反射され、集光レンズ62で集光された後、光ファイバ
52に入射する。この光ファイバ52は、かかる第三レ
ーザビームL3をファブリ・ペロー干渉計70に導くも
のである。光ファイバ52から出射した第三レーザビー
ムL3は、集光レンズ42で集光された後、ファブリ・
ペロー干渉計70に入射する。A part of the third laser beam L3 scattered on the surface of the object to be measured 2 is reflected by the half mirror 63, condensed by the condenser lens 62, and then incident on the optical fiber 52. . The optical fiber 52 guides the third laser beam L3 to the Fabry-Perot interferometer 70. The third laser beam L3 emitted from the optical fiber 52 is condensed by the condenser lens 42, and then the Fabry
It is incident on the Perot interferometer 70.
【0040】ファブリ・ペロー干渉計70は、超音波振
動に起因して生じる第三レーザビームL3の周波数変化
を検出するものであり、互いに対向する二つの反射ミラ
ー71,72を有する。この二つの反射ミラー71,7
2は共振器を構成し、第三レーザビームL3を二つの反
射ミラー71,72の間で多重反射させることによりバ
ンドパスフィルタとして機能する。二つの反射ミラー7
1,72間の距離を調節することにより、この共振器を
透過する光の周波数を調節することができる。The Fabry-Perot interferometer 70 detects a frequency change of the third laser beam L3 caused by ultrasonic vibration, and has two reflecting mirrors 71 and 72 facing each other. These two reflection mirrors 71, 7
Reference numeral 2 denotes a resonator, which functions as a bandpass filter by multiple reflection of the third laser beam L3 between the two reflection mirrors 71 and 72. Two reflection mirrors 7
By adjusting the distance between 1 and 72, the frequency of the light transmitted through this resonator can be adjusted.
【0041】ここで、ファブリ・ペロー干渉計70にお
ける共振曲線について説明する。図7はこの共振曲線の
一例を示す図である。図7において、横軸は入射する光
の周波数fを、縦軸はファブリ・ペロー干渉計70から
の出力、すなわちファブリ・ペロー干渉計70を透過す
る光の強度Iを示している。図7から分かるように、透
過光強度Iは、特定の周波数において急峻なピークを示
すが、ピークの前後では速やかに低下する。このピーク
を示す周波数は、ファブリ・ペロー干渉計70の反射ミ
ラー71,72間の距離を調節することによって変える
ことができる。Here, the resonance curve in the Fabry-Perot interferometer 70 will be described. FIG. 7 is a diagram showing an example of this resonance curve. In FIG. 7, the horizontal axis represents the frequency f of the incident light, and the vertical axis represents the output from the Fabry-Perot interferometer 70, that is, the intensity I of the light transmitted through the Fabry-Perot interferometer 70. As can be seen from FIG. 7, the transmitted light intensity I shows a steep peak at a specific frequency, but immediately decreases before and after the peak. The frequency showing this peak can be changed by adjusting the distance between the reflection mirrors 71 and 72 of the Fabry-Perot interferometer 70.
【0042】そこで、図7に示す曲線の傾きが最大とな
る点(共振曲線動作点)Aにおける周波数が、ちょうど
第三レーザビームL3の発振周波数と一致するように反
射ミラー71,72間の距離が調節されていれば、周波
数のわずかな変化±Δfを、相対的に大きな透過光強度
の変化±ΔIに変換することができる。これにより、フ
ァブリ・ペロー干渉計70は、測定対象物2の表面の超
音波振動に起因するドップラーシフトを受けて周波数が
変化した第三レーザビームL3が入力したときに、その
周波数の変化を透過光強度の変化として出力する。Therefore, the distance between the reflecting mirrors 71 and 72 is set so that the frequency at the point (resonance curve operating point) A where the slope of the curve shown in FIG. 7 is maximum coincides exactly with the oscillation frequency of the third laser beam L3. Is adjusted, a slight change in frequency ± Δf can be converted into a relatively large change in transmitted light intensity ± ΔI. As a result, the Fabry-Perot interferometer 70 transmits the change in frequency when the third laser beam L3 whose frequency has changed due to the Doppler shift caused by the ultrasonic vibration of the surface of the measurement object 2 is input. Output as a change in light intensity.
【0043】ファブリ・ペロー干渉計70から出力され
た透過光強度は、光検出器80に送られる。光検出器8
0は、透過光強度を電気信号に変換するものである。こ
れにより、超音波振動は、最終的に電気的な信号として
捉えられる。光検出器80からの信号は、コンピュータ
90に送られ、波形データとして記録される。The transmitted light intensity output from the Fabry-Perot interferometer 70 is sent to the photodetector 80. Photo detector 8
0 is for converting the transmitted light intensity into an electric signal. Thereby, the ultrasonic vibration is finally captured as an electrical signal. The signal from the photodetector 80 is sent to the computer 90 and recorded as waveform data.
【0044】コンピュータ90は、かかる波形データに
基づいて、縦波が測定対象物2の内部を伝播し、その底
面で反射して再び表面に戻ってくるまでの伝播時間を求
める。超音波発生用レーザ10からレーザビームが発せ
られたタイミングと、かかるレーザビームが測定対象物
2に照射するタイミングとは予め分かっている。このた
め、コンピュータ90は、光検出器80から送られた波
形データから、周波数変化を検出したタイミングを調べ
ることにより、縦波の伝播時間を求めることができる。The computer 90 obtains the propagation time for the longitudinal wave to propagate inside the object 2 to be measured, to be reflected on the bottom surface thereof and to return to the surface again based on the waveform data. The timing at which the laser beam is emitted from the ultrasonic wave generating laser 10 and the timing at which the laser beam is applied to the measurement object 2 are known in advance. Therefore, the computer 90 can determine the propagation time of the longitudinal wave by checking the timing at which the frequency change is detected from the waveform data sent from the photodetector 80.
【0045】本実施形態では、縦波の発生時の進行方向
角度を測定対象物2の層の数と同じ数だけ予め設定して
おき、コンピュータ90は、超音波発生部20が各進行
方向角度に縦波を発生させる度に、当該進行方向に発生
した縦波の伝播時間を求める。すなわち、縦波の発生時
の進行方向角度を制御して、上記の伝播時間の測定処理
を所定回数だけ繰り返す。コンピュータ90は、各進行
方向角度に発生した縦波の伝播時間に基づいて、測定対
象物2の各層における縦波の音速を算出する。In the present embodiment, the traveling direction angles at the time of generation of longitudinal waves are set in advance in the same number as the number of layers of the measuring object 2, and the computer 90 causes the ultrasonic wave generating section 20 to set each traveling direction angle. Each time a longitudinal wave is generated, the propagation time of the longitudinal wave generated in the traveling direction is obtained. That is, the traveling direction angle when the longitudinal wave is generated is controlled, and the above-described propagation time measurement process is repeated a predetermined number of times. The computer 90 calculates the sound velocity of the longitudinal wave in each layer of the measuring object 2 based on the propagation time of the longitudinal wave generated at each traveling direction angle.
【0046】また、コンピュータ90は、その算出した
各層における縦波の音速に基づいて測定対象物2の各層
における内部温度を求める。ここで、コンピュータ90
には、各種の鋼材についての内部温度と縦波音速との対
応関係を示すデータベースが構築されている。このた
め、コンピュータ90は、そのデータベースを利用し
て、測定対象物2の各層における縦波の音速から各層の
内部温度を容易に求めることができる。Further, the computer 90 obtains the internal temperature of each layer of the measuring object 2 based on the calculated sound velocity of the longitudinal wave in each layer. Here, the computer 90
Has a database that shows the correspondence between the internal temperature and the longitudinal sound velocity for various steel materials. Therefore, the computer 90 can easily obtain the internal temperature of each layer from the sound velocity of the longitudinal wave in each layer of the measurement object 2 using the database.
【0047】次に、各進行方向角度に発生した縦波の伝
播時間から測定対象物2の各層における縦波の音速を算
出する方法について詳しく説明する。図8及び図9は測
定対象物2の各層における縦波の音速を算出する方法を
説明するための図である。Next, a method of calculating the sound velocity of the longitudinal wave in each layer of the measuring object 2 from the propagation time of the longitudinal wave generated at each traveling direction angle will be described in detail. 8 and 9 are diagrams for explaining a method of calculating the sound velocity of a longitudinal wave in each layer of the measuring object 2.
【0048】熱間プロセスで製造される厚板の場合、そ
の内部温度は場所によって異なり、超音波の音速も一定
ではない。このため、超音波の進行方向は厚板の内部で
変化する。本実施形態では、超音波発生部20によって
発生された縦波の伝播領域に対応する測定対象物2の領
域においては、縦波の音速が測定対象物2の各層内で一
定であると仮定する。この場合、測定対象物2の各層の
厚さを小さく設定すればするほど、その仮定した縦波の
音速は実際の値に近似する。したがって、各層の厚さを
十分小さく設定すれば、内部温度を高い精度で測定する
ことが可能である。In the case of a thick plate manufactured by a hot process, the internal temperature varies depending on the location, and the sound velocity of ultrasonic waves is not constant. Therefore, the traveling direction of ultrasonic waves changes inside the thick plate. In the present embodiment, it is assumed that the sound velocity of the longitudinal wave is constant in each layer of the measurement object 2 in the region of the measurement object 2 corresponding to the propagation region of the longitudinal wave generated by the ultrasonic wave generation unit 20. . In this case, the smaller the thickness of each layer of the measurement object 2 is set, the closer the assumed sound velocity of the longitudinal wave is to the actual value. Therefore, if the thickness of each layer is set to be sufficiently small, the internal temperature can be measured with high accuracy.
【0049】いま、図8及び図9に示すように、測定対
象物2である厚板をその厚さ方向に沿って四つの層に区
分した場合を考えることにする。これら各層を、厚板の
表面側から順番に、第1層、第2層、第3層、第4層と
称する。ここで、第k層(k=1,2,3,4)におけ
る厚さをdk、そこでの縦波の平均音速をVkとする。
そして、縦波の発生時における進行方向角度がφj(j
=1,2,3,4)のとき、縦波の伝播時間をtjとす
る。Now, let us consider a case where a thick plate which is the object to be measured 2 is divided into four layers along the thickness direction thereof as shown in FIGS. 8 and 9. These layers are referred to as a first layer, a second layer, a third layer, and a fourth layer in order from the front surface side of the plank. Here, the thickness of the k-th layer (k = 1, 2, 3, 4) is d k , and the average sound velocity of the longitudinal wave there is V k .
When the longitudinal wave is generated, the traveling direction angle is φ j (j
= 1, 2, 3, 4), the propagation time of the longitudinal wave is t j .
【0050】また、上記の仮定の下では、各層における
縦波の進行方向は一定であるので、図9に示すように、
縦波は各層の境界面を通過する際に屈折すると考える必
要がある。但し、図8では、かかる屈折を省略し、縦波
の伝播経路を直線で示している。ここで、図9に示すよ
うに、縦波が測定対象物2の第1層を進行方向角度φ j
(j=1,2,3,4)で伝播したとき、第1層と第2
層の境界面における屈折角度をφj2、第2層と第3層
の境界面における屈折角度をφj3、第3層と第4層の
境界面における屈折角度をφj4とする。Further, under the above assumption, in each layer
Since the traveling direction of the longitudinal wave is constant, as shown in FIG.
Longitudinal waves must be considered to be refracted when passing through the boundary surface of each layer.
There is a point. However, in FIG. 8, such refraction is omitted and the longitudinal wave
The propagation path of is shown by a straight line. Here, as shown in FIG.
As the longitudinal wave travels through the first layer of the measurement object 2, j
When propagating at (j = 1, 2, 3, 4), the first layer and the second layer
Let φ be the refraction angle at the layer boundaryj2, The second and third layers
Refraction angle at the boundary surface ofj3, Of the third and fourth layers
The refraction angle at the interface is φj4And
【0051】縦波が測定対象物2の第1層を進行方向角
度φj(j=1,2,3,4)で伝播した場合、縦波の
伝播時間tjは、
tj=2[d1/(V1・cosφj)+d2/(V2・c
osφj2)+d3/(V3・cosφj3)+d4/(V
4・cosφj4)]
である。ここで、各境界面においてスネルの法則を適用
すると、
cosφjm={1−(Vm/V1)2 (1−cos2φj)}1/2
≡F(V1,Vm,cosφj)
と表すことができる。ただし、m=2,3,4である。
したがって、
tj=2[d1/(V1・cosφj)+d2/(V2・
F(V1,V2,cosφj))+d3/(V3・F(V
1,V3,cosφj))+d4/(V4・F(V1,V
4,cosφj)]
となる。ここで、j=1,2,3,4である。When a longitudinal wave propagates through the first layer of the object to be measured 2 at the traveling direction angle φ j (j = 1, 2, 3, 4), the propagation time t j of the longitudinal wave is t j = 2 [ d 1 / (V 1 · cos φ j ) + d 2 / (V 2 · c
osφ j2 ) + d 3 / (V 3 · cosφ j3 ) + d 4 / (V
4 · cosφ j4 )]. Here, when Snell's law is applied to each boundary surface, cosφ jm = {1- (V m / V 1 ) 2 (1-cos 2 φ j )} 1/2 ≡F (V 1 , V m , cosφ j )). However, m = 2, 3, 4.
Therefore, t j = 2 [d 1 / (V 1 · cosφ j ) + d 2 / (V 2 ·
F (V 1 , V 2 , cosφ j )) + d 3 / (V 3 · F (V
1 , V 3 , cosφ j )) + d 4 / (V 4 · F (V 1 , V
4 , cosφ j )]. Here, j = 1, 2, 3, 4.
【0052】かかる四つの伝播時間t1,t2,t3,
t4の式において、縦波の発生時の進行方向角度φ1,
φ2,φ3,φ4は干渉縞走査法により既知のパラメー
タであり、各層の厚さd1,d2,d3,d4も予め分
かっている。したがって、コンピュータ90は、レーザ
超音波法を利用して求めた縦波の伝播時間t1,t2,
t3,t4を、上記の各式に代入し、四つの縦波音速V
1,V2,V3,V4を未知数とする非線形連立方程式
を解くことにより、各層における縦波の音速V 1,
V2,V3,V4を算出することができる。The four propagation times t1, TTwo, TThree,
tFourIn the formula, the angle φ1,
φTwo, ΦThree, ΦFourIs a known parameter by the fringe scanning method.
And the thickness d of each layer1, DTwo, DThree, DFourMinutes in advance
I'm wearing. Therefore, the computer 90 is
Longitudinal wave propagation time t obtained using the ultrasonic method1, TTwo,
tThree, TFourTo each of the above equations, the four longitudinal wave sound velocities V
1, VTwo, VThree, VFourA system of nonlinear equations with unknowns
By solving the sound velocity V of the longitudinal wave in each layer 1,
VTwo, VThree, VFourCan be calculated.
【0053】次に、本実施形態の内部温度分布測定装置
において、測定対象物2の内部温度分布を測定する手順
について説明する。図10はその内部温度分布測定装置
において測定対象物2の内部温度分布を測定する手順を
説明するためのフローチャートである。Next, the procedure for measuring the internal temperature distribution of the measuring object 2 in the internal temperature distribution measuring apparatus of this embodiment will be described. FIG. 10 is a flowchart for explaining the procedure for measuring the internal temperature distribution of the measuring object 2 in the internal temperature distribution measuring device.
【0054】まず、オペレータは、測定対象物2をその
厚さ方向に沿って区分する層の数、各層の厚さを設定す
ると共に、干渉縞走査法により発生させる縦波の進行方
向角度を層の数と同数だけ設定する(S1)。そして、
オペレータは、これらの設定値をコンピュータ90に入
力する(S2)。First, the operator sets the number of layers that divide the object 2 to be measured along the thickness direction and the thickness of each layer, and sets the traveling direction angle of the longitudinal wave generated by the interference fringe scanning method. (S1). And
The operator inputs these set values into the computer 90 (S2).
【0055】次に、オペレータは、ステップS1で設定
した複数の縦波の進行方向角度のうち、一の進行方向角
度を選択する(S3)。そして、その選択した進行方向
角度に縦波が発生するように、超音波発生部20におけ
るミラー24の位置を調節する(S4)。その後、図6
に示すようなビーム位置と検出点候補位置との関係を参
考にして、実際に、超音波発生用レーザ10からレーザ
ビームを発することにより、測定対象物2の内部に発生
した縦波の実際の検出点位置を検出する。そして、超音
波検出用レーザ30から発せられた第三レーザビームL
3が当該縦波の検出点位置に照射されるように、ビーム
取得部60の位置を調整する(S5)。Next, the operator selects one traveling direction angle from the traveling direction angles of the longitudinal waves set in step S1 (S3). Then, the position of the mirror 24 in the ultrasonic wave generator 20 is adjusted so that a longitudinal wave is generated at the selected traveling direction angle (S4). After that, FIG.
Referring to the relationship between the beam position and the detection point candidate position as shown in FIG. 3, the ultrasonic wave is actually emitted from the laser 10 for ultrasonic wave generation, and the actual longitudinal wave generated inside the measurement object 2 is actually measured. The detection point position is detected. Then, the third laser beam L emitted from the ultrasonic detection laser 30
The position of the beam acquisition unit 60 is adjusted so that 3 is irradiated to the detection point position of the longitudinal wave (S5).
【0056】こうして準備が整うと、次に、超音波発生
用レーザ10からレーザビームを発することにより測定
対象物2の内部に縦波を発生させると共に、超音波検出
用レーザ30から第三レーザビームを発する。これによ
り、ビーム取得部60及びファブリ・ペロー干渉計70
は、縦波超音波の振動に起因して生じる第三レーザビー
ムの周波数変化を検出する。そして、コンピュータ90
は、その周波数変化を表す波形データに基づいて、縦波
の伝播時間を求める(S6)。この縦波の伝播時間はコ
ンピュータ90の所定のメモリに記憶される。When the preparation is completed in this way, a laser beam is emitted from the ultrasonic wave generating laser 10 to generate longitudinal waves inside the measuring object 2, and the ultrasonic wave detecting laser 30 emits a third laser beam. Emit. Thus, the beam acquisition unit 60 and the Fabry-Perot interferometer 70
Detects the frequency change of the third laser beam caused by the vibration of the longitudinal ultrasonic waves. And the computer 90
Calculates the propagation time of the longitudinal wave based on the waveform data representing the frequency change (S6). The propagation time of this longitudinal wave is stored in a predetermined memory of the computer 90.
【0057】S3からS6までの処理は、ステップS1
において設定したすべての縦波の進行方向角度に対して
繰り返される(S7)。こうして、各進行方向角度に発
生した縦波の伝播時間が測定される。The processing from S3 to S6 is performed in step S1.
This is repeated for all the traveling direction angles of the longitudinal waves set in (S7). Thus, the propagation time of the longitudinal wave generated at each traveling direction angle is measured.
【0058】次に、コンピュータ90は、各進行方向角
度に発生した縦波の伝播時間に基づいて、測定対象物2
の各層における縦波の音速を算出する(S8)。その
後、コンピュータ90は、当該測定対象物2についての
内部温度と縦波音速との対応関係を示すデータベースを
利用し、測定対象物2の各層における縦波の音速から各
層の内部温度を求める(S9)。こうして得られた各層
の内部温度は、例えば、コンピュータ90の画面に表示
される。Next, the computer 90 causes the object 2 to be measured based on the propagation time of the longitudinal wave generated at each traveling direction angle.
The sound velocity of the longitudinal wave in each layer is calculated (S8). Then, the computer 90 uses the database showing the correspondence relationship between the internal temperature of the measurement object 2 and the longitudinal wave sound velocity, and obtains the internal temperature of each layer from the sound velocity of the longitudinal wave in each layer of the measurement object 2 (S9). ). The internal temperature of each layer thus obtained is displayed on the screen of the computer 90, for example.
【0059】本実施形態の内部温度分布測定装置では、
レーザ超音波法及び干渉縞走査法を用いることにより、
測定対象物の内部にその表面に対して斜めに進行する縦
波超音波を発生させ、かかる縦波を複数の進行方向の各
々に発生させたときの縦波の伝播時間を求める。そし
て、その求めた複数の縦波の伝播時間に基づいて、厚さ
方向に沿って予め区分された測定対象物の各層における
縦波音速を算出し、その算出した各層における縦波音速
に基づいて各層の内部温度を求める。したがって、本実
施形態の内部温度分布測定装置では、従来のように測定
対象物の内部温度をモデル計算等により推定するのでは
ないので、測定対象物の内部温度を正確に求めることが
できる。In the internal temperature distribution measuring device of this embodiment,
By using the laser ultrasonic method and the interference fringe scanning method,
A longitudinal ultrasonic wave that obliquely travels with respect to the surface of the object to be measured is generated, and a propagation time of the longitudinal wave when the longitudinal wave is generated in each of a plurality of traveling directions is obtained. Then, based on the propagation time of the plurality of longitudinal waves obtained, to calculate the longitudinal wave sound velocity in each layer of the measurement object predivided along the thickness direction, based on the calculated longitudinal wave sound velocity in each layer Determine the internal temperature of each layer. Therefore, the internal temperature distribution measuring apparatus of the present embodiment does not estimate the internal temperature of the measurement target by model calculation or the like as in the conventional case, so that the internal temperature of the measurement target can be accurately obtained.
【0060】尚、本発明は上記の実施形態に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が
可能である。The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the invention.
【0061】上記の実施形態では、縦波の音速に基づい
て測定対象物の内部温度を求める場合について説明した
が、横波の音速に基づいて測定対象物の内部温度を求め
るようにしてもよい。この横波の音速は、上述した縦波
の音速を算出する方法と全く同じ方法で算出することが
できる。また、この場合は、コンピュータに、各種の鋼
材についての内部温度と横波の音速との対応関係のデー
タベースを構築しておく必要がある。In the above embodiment, the case where the internal temperature of the measuring object is obtained based on the sound velocity of the longitudinal wave has been described, but the internal temperature of the measuring object may be obtained based on the sound velocity of the transverse wave. The sound velocity of the transverse wave can be calculated by exactly the same method as the method of calculating the sound velocity of the longitudinal wave described above. Further, in this case, it is necessary to build a database of the correspondence relationship between the internal temperatures of various steel materials and the sound velocity of transverse waves in the computer.
【0062】また、上記の実施形態では、測定対象物を
その厚さ方向に沿って四つの層に区分して各層の内部温
度を測定する場合について説明したが、一般に、測定対
象物を四つ以上の複数の層に区分して、各層の内部温度
を測定してもよい。特に、区分する層の数が多ければ多
いほど、測定対象物の内部における温度分布の測定精度
が向上する。このため、かかる測定精度を考慮して、測
定対象物を区分する層の数を決定する必要がある。In the above embodiment, the case where the measurement object is divided into four layers along the thickness direction and the internal temperature of each layer is measured is described. However, in general, four measurement objects are used. The internal temperature of each layer may be measured by dividing into the above plurality of layers. In particular, the larger the number of layers to be divided, the higher the measurement accuracy of the temperature distribution inside the measurement object. Therefore, it is necessary to determine the number of layers that divide the object to be measured in consideration of such measurement accuracy.
【0063】更に、上記の実施形態では、測定対象物と
して、熱間プロセスで製造される厚板を用いた場合につ
いて説明したが、本発明の内部温度分布測定装置は、か
かる厚板以外のどのような物に対しても適用することが
できる。Further, in the above-described embodiment, the case where the thick plate manufactured by the hot process is used as the object to be measured has been described, but the internal temperature distribution measuring apparatus of the present invention is not limited to such thick plate. It can also be applied to such things.
【0064】[0064]
【発明の効果】以上説明したように本発明の内部温度分
布測定装置では、レーザ超音波法及び干渉縞走査法を用
いることにより、測定対象物の内部にその表面に対して
斜めに進行する超音波を発生させ、かかる超音波を複数
の進行方向の各々に発生させたときの超音波の伝播時間
を求める。そして、その求めた複数の超音波の伝播時間
に基づいて、厚さ方向に沿って予め区分された測定対象
物の各層における超音波の音速を算出した後、その算出
した各層における超音波の音速に基づいて各層の内部温
度を求める。したがって、本発明では、従来のように測
定対象物の内部温度をモデル計算等により推定するので
はないので、測定対象物の内部温度を正確に求めること
ができる。As described above, in the internal temperature distribution measuring apparatus of the present invention, by using the laser ultrasonic method and the interference fringe scanning method, it is possible to measure the inside of an object to be measured which is oblique to the surface. A sound wave is generated, and a propagation time of the ultrasonic wave when the ultrasonic wave is generated in each of a plurality of traveling directions is obtained. Then, based on the propagation time of the obtained plurality of ultrasonic waves, after calculating the sound speed of the ultrasonic waves in each layer of the measurement object pre-divided along the thickness direction, the sound speed of the ultrasonic waves in each calculated layer The internal temperature of each layer is calculated based on Therefore, in the present invention, the internal temperature of the measurement target is not estimated by model calculation or the like as in the conventional case, so that the internal temperature of the measurement target can be accurately obtained.
【0065】また、本発明の内部温度分布測定方法によ
れば、上記と同様に、測定対象物の内部温度分布を正確
に測定することができる。Further, according to the internal temperature distribution measuring method of the present invention, the internal temperature distribution of the object to be measured can be accurately measured in the same manner as above.
【図1】本発明の一実施形態である内部温度分布測定装
置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal temperature distribution measuring device according to an embodiment of the present invention.
【図2】ある鋼材についての内部温度と縦波音速との関
係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the internal temperature and the longitudinal wave sound velocity for a certain steel material.
【図3】干渉縞走査法の原理を説明するための図であ
る。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of an interference fringe scanning method.
【図4】本実施形態の内部温度分布測定装置における超
音波発生部の具体的な構成を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a specific configuration of an ultrasonic wave generation unit in the internal temperature distribution measurement device of this embodiment.
【図5】縦波の発生時の進行方向角度φを制御する場合
のレーザビームの入射角度θの設定値の一例を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing an example of a set value of an incident angle θ of a laser beam when controlling a traveling direction angle φ when a longitudinal wave is generated.
【図6】ビーム間隔と縦波の検出点候補位置との関係を
示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a relationship between beam intervals and longitudinal wave detection point candidate positions.
【図7】本実施形態の内部温度分布測定装置におけるフ
ァブリ・ペロー干渉計の共振曲線の一例を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing an example of a resonance curve of a Fabry-Perot interferometer in the internal temperature distribution measuring device of the present embodiment.
【図8】測定対象物の各層における縦波の音速を算出す
る方法を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a method of calculating a sound velocity of a longitudinal wave in each layer of a measurement object.
【図9】測定対象物の各層における縦波の音速を算出す
る方法を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a method of calculating a sound velocity of a longitudinal wave in each layer of a measurement object.
【図10】本実施形態の内部温度分布測定装置において
測定対象物の内部温度分布を測定する手順を説明するた
めのフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart for explaining a procedure of measuring the internal temperature distribution of the measurement target in the internal temperature distribution measuring device of the present embodiment.
2 測定対象物 10 超音波発生用レーザ 20 超音波発生部 21 ビームスプリッタ 22,24 ミラー 23 音響光学素子 30 超音波検出用レーザ 41,42 集光レンズ 51,52 光ファイバ 60 ビーム取得部 61,62 集光レンズ 63 ハーフミラー 70 ファブリ・ペロー干渉計 71,72 反射ミラー 80 光検出器 90 コンピュータ 2 Object to be measured 10 Ultrasonic wave generation laser 20 Ultrasonic generator 21 Beam splitter 22,24 mirror 23 Acousto-optic element 30 Ultrasonic wave detection laser 41,42 condenser lens 51,52 optical fiber 60 Beam acquisition unit 61,62 Condensing lens 63 half mirror 70 Fabry-Perot interferometer 71,72 Reflective mirror 80 Photodetector 90 computers
Claims (8)
て複数の層に区分し、前記測定対象物の表面上の所定位
置で前記各層の内部温度を測定する内部温度分布測定装
置であって、 周波数の異なる第一レーザビーム及び第二レーザビーム
を、それぞれ所定の入射角度で前記測定対象物の同一位
置に照射することにより、前記第一レーザビーム及び前
記第二レーザビームの干渉を生じさせ、前記測定対象物
の内部に、前記測定対象物の表面に対して斜めに進行す
る超音波を発生させる超音波発生手段と、 前記超音波が前記測定対象物の底面で反射して再び表面
に戻ってきた位置に、第三レーザビームを導くと共に、
前記測定対象物の表面で反射した前記第三レーザビーム
を取得するビーム取得手段と、 前記ビーム取得手段で取得された前記第三レーザビーム
に基づいて、前記超音波の振動に起因して生じる前記第
三レーザビームの周波数の変化を検出する周波数変化検
出手段と、 前記周波数変化検出手段で検出された前記第三レーザビ
ームの周波数変化を表す波形データに基づいて前記超音
波が前記測定対象物の内部を伝播した伝播時間を求める
演算手段と、 を備え、前記超音波の発生時の進行方向を前記層の数と
同じ数だけ予め設定しておき、前記演算手段は、前記超
音波発生手段が前記各進行方向に前記超音波を発生させ
る度に当該進行方向に発生した前記超音波の伝播時間を
求めると共に、前記各進行方向に発生した前記超音波の
伝播時間に基づいて前記各層における前記超音波の音速
を算出し、その算出した前記各層における前記超音波の
音速に基づいて前記各層の内部温度を求めることを特徴
とする内部温度分布測定装置。1. An internal temperature distribution measuring device for dividing a plate-shaped measuring object into a plurality of layers along the thickness direction and measuring the internal temperature of each layer at a predetermined position on the surface of the measuring object. The first laser beam and the second laser beam having different frequencies are radiated to the same position of the measurement object at a predetermined incident angle, respectively, so that the first laser beam and the second laser beam interfere with each other. The ultrasonic wave generating means for generating an ultrasonic wave that travels obliquely with respect to the surface of the measurement object inside the measurement object, and the ultrasonic wave is reflected on the bottom surface of the measurement object. While guiding the third laser beam to the position where it returned to the surface again,
Beam acquisition means for acquiring the third laser beam reflected on the surface of the measurement object, and based on the third laser beam acquired by the beam acquisition means, caused by the vibration of the ultrasonic wave A frequency change detection unit that detects a change in the frequency of the third laser beam, and the ultrasonic wave is the object to be measured based on waveform data representing the frequency change of the third laser beam detected by the frequency change detection unit. And a calculation means for obtaining a propagation time propagated through the inside, wherein the number of advance directions of the ultrasonic waves when the ultrasonic waves are generated is set in advance, and the calculation means is configured such that the ultrasonic wave generation means Each time the ultrasonic wave is generated in each of the traveling directions, the propagation time of the ultrasonic wave generated in the traveling direction is obtained, and based on the propagation time of the ultrasonic wave generated in each of the traveling directions. Wherein calculating the ultrasonic wave sound velocity, the internal temperature distribution measuring device and obtains the internal temperature of the layers on the basis of the ultrasonic sound velocity in the respective layers that calculated in the layers Te.
ザビームは、一のレーザ装置から発生された単一のレー
ザビームを二つに分岐し、その分岐された一方のレーザ
ビームを音響光学素子に入射させることにより得られた
ものであることを特徴とする請求項1記載の内部温度分
布測定装置。2. The first laser beam and the second laser beam split a single laser beam generated from one laser device into two, and one of the split laser beams is an acousto-optic device. The internal temperature distribution measuring device according to claim 1, wherein the internal temperature distribution measuring device is obtained by irradiating the internal temperature distribution.
ビーム及び前記第二レーザビームのうち少なくともいず
れか一方の入射角度を調整することにより、前記超音波
の発生時の進行方向を制御することを特徴とする請求項
1又は2記載の内部温度分布測定装置。3. The ultrasonic wave generation means controls the traveling direction when the ultrasonic wave is generated by adjusting the incident angle of at least one of the first laser beam and the second laser beam. The internal temperature distribution measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that.
手段によって前記測定対象物の内部に発生された前記超
音波のうち縦波の超音波が前記測定対象物の表面に戻っ
てきた位置に、前記第三レーザビームを導くことを特徴
とする請求項1、2又は3記載の内部温度分布測定装
置。4. The beam acquisition means is arranged at a position where a longitudinal ultrasonic wave of the ultrasonic waves generated inside the measurement object by the ultrasonic wave generation means returns to the surface of the measurement object. The internal temperature distribution measuring device according to claim 1, 2 or 3, wherein the third laser beam is guided.
て複数の層に区分し、前記測定対象物の表面上の所定位
置で前記各層の内部温度を測定する内部温度分布測定方
法であって、 周波数の異なる第一レーザビーム及び第二レーザビーム
を、それぞれ所定の入射角度で前記測定対象物の同一位
置に照射することにより、前記第一レーザビーム及び前
記第二レーザビームの干渉を生じさせ、前記測定対象物
の内部に、前記測定対象物の表面に対して斜めに進行す
る超音波を発生させる第一ステップと、 前記超音波が前記測定対象物の底面で反射して再び表面
に戻ってきた位置に、第三レーザビームを導くと共に、
前記測定対象物の表面で反射した前記第三レーザビーム
を取得する第二ステップと、 前記第二ステップで取得された前記第三レーザビームに
基づいて、前記超音波の振動に起因して生じる前記第三
レーザビームの周波数の変化を検出する第三ステップ
と、 前記第三ステップで検出された前記第三レーザビームの
周波数の変化を表す波形データに基づいて前記超音波が
前記測定対象物の内部を伝播した伝播時間を求める第四
ステップと、 前記超音波の発生時の進行方向を前記層の数と同じ数だ
け予め設定しておき、その設定された前記各進行方向に
前記超音波を順に発生させて、前記第一ステップから前
記第四ステップまでを繰り返すことにより、前記各進行
方向に発生した前記超音波の伝播時間を得る第五ステッ
プと、前記各進行方向に発生した前記超音波の伝播時間
に基づいて前記各層における前記超音波の音速を算出す
る第六ステップと、 前記第六ステップで算出された前記各層における前記超
音波の音速に基づいて前記各層の内部温度を求める第七
ステップと、 を具備することを特徴とする内部温度分布測定方法。5. A method for measuring an internal temperature distribution, in which a plate-shaped object to be measured is divided into a plurality of layers along a thickness direction thereof and the internal temperature of each layer is measured at a predetermined position on the surface of the object to be measured. The first laser beam and the second laser beam having different frequencies are radiated to the same position of the measurement object at a predetermined incident angle, respectively, so that the first laser beam and the second laser beam interfere with each other. The first step of generating an ultrasonic wave that travels obliquely with respect to the surface of the measurement object inside the measurement object, and the ultrasonic wave is reflected by the bottom surface of the measurement object again. While guiding the third laser beam to the position where it returned to the surface,
Second step of acquiring the third laser beam reflected on the surface of the measurement object, based on the third laser beam acquired in the second step, caused by the vibration of the ultrasonic wave The third step of detecting a change in the frequency of the third laser beam, the ultrasonic wave based on the waveform data representing the change in the frequency of the third laser beam detected in the third step The fourth step of obtaining the propagation time propagated, the traveling direction at the time of generation of the ultrasonic waves is set in advance by the same number as the number of the layers, and the ultrasonic waves are sequentially arranged in each of the set traveling directions. By generating and repeating the first step to the fourth step, the fifth step of obtaining the propagation time of the ultrasonic waves generated in each of the traveling directions, and the emission of each of the traveling directions. The sixth step of calculating the sound velocity of the ultrasonic wave in each layer based on the propagation time of the ultrasonic wave, and the internal temperature of each layer based on the sound velocity of the ultrasonic wave in each layer calculated in the sixth step And a seventh step of: determining an internal temperature distribution measuring method.
ザビームは、一のレーザ装置から発生された単一のレー
ザビームを二つに分岐し、その分岐された一方のレーザ
ビームを音響光学素子に入射させることにより得られた
ものであることを特徴とする請求項5記載の内部温度分
布測定方法。6. The first laser beam and the second laser beam split a single laser beam generated from one laser device into two, and one of the split laser beams is an acousto-optic device. The internal temperature distribution measuring method according to claim 5, wherein the internal temperature distribution is obtained by irradiating the internal temperature distribution.
ビーム及び前記第二レーザビームのうち少なくともいず
れか一方の入射角度を調整することにより、前記超音波
の発生時の進行方向を制御することを特徴とする請求項
5又は6記載の内部温度分布測定方法。7. In the first step, the traveling direction at the time of generation of the ultrasonic waves is controlled by adjusting the incident angle of at least one of the first laser beam and the second laser beam. The internal temperature distribution measuring method according to claim 5 or 6, characterized in that.
プにおいて前記測定対象物の内部に発生させた前記超音
波のうち縦波の超音波が前記測定対象物の表面に戻って
きた位置に、前記第三レーザビームを導くことを特徴と
する請求項5、6又は7記載の内部温度分布測定方法。8. In the second step, a longitudinal ultrasonic wave of the ultrasonic waves generated inside the measurement object in the first step is returned to the surface of the measurement object, The internal temperature distribution measuring method according to claim 5, 6 or 7, wherein the third laser beam is guided.
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