JPS62197760A - 光を吸収する製作品の物理的性質の非破壊試験方法 - Google Patents
光を吸収する製作品の物理的性質の非破壊試験方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ウェブまたはシート、例えば祇シートの物理
的性質を非破壊的に測定する方法と装置に関する。
的性質を非破壊的に測定する方法と装置に関する。
種々の応用と必要のために製造される紙は、一定の強度
の必要条件を満たさなければならない。そのような強度
パラメータは通常、試験により決定されるが、その試験
は工程中に、例えば紙が裂けるまで応力を加えることに
より試験される試料を破壊する。この種の破壊試験は、
成る状況では明らかに望ましくない。例えば、これらの
試験を、リールに巻かれた紙に行うことができる。紙を
リールから切らなければならず、そして通常、試験に先
立ち標準水分の状態にされる。この過程には相当な時間
が必要になるが、それは抄紙機械を制御するために使わ
れる試験方法には望ましくない。なぜなら、検出と補正
の前にかなりの品質はずれ製品が生じうるからである。
の必要条件を満たさなければならない。そのような強度
パラメータは通常、試験により決定されるが、その試験
は工程中に、例えば紙が裂けるまで応力を加えることに
より試験される試料を破壊する。この種の破壊試験は、
成る状況では明らかに望ましくない。例えば、これらの
試験を、リールに巻かれた紙に行うことができる。紙を
リールから切らなければならず、そして通常、試験に先
立ち標準水分の状態にされる。この過程には相当な時間
が必要になるが、それは抄紙機械を制御するために使わ
れる試験方法には望ましくない。なぜなら、検出と補正
の前にかなりの品質はずれ製品が生じうるからである。
米国特許Ｎｏ、４．２９１５７７には、紙が象、速に移
動する連続的なウェブで作られているときの紙の非破壊
試験の方法と装置が記載されている。本発明は、紙の強
度パラメータの多くがヤングの弾性係数と剪断弾性係数
に関係しているという周知の事実を利用している。これ
らの係数は、紙ウェブを通って移動する音波の速度と相
互に関連させることができる。送信変換器が機械的な信
号を紙に送り、受信変換器が超音波信号を紙からｔｉＩ
らえる。超音波が紙を移動するのにかかる時間と、超音
波が移動する距離を知ることにより、超音波の速度を計
算することができる。
動する連続的なウェブで作られているときの紙の非破壊
試験の方法と装置が記載されている。本発明は、紙の強
度パラメータの多くがヤングの弾性係数と剪断弾性係数
に関係しているという周知の事実を利用している。これ
らの係数は、紙ウェブを通って移動する音波の速度と相
互に関連させることができる。送信変換器が機械的な信
号を紙に送り、受信変換器が超音波信号を紙からｔｉＩ
らえる。超音波が紙を移動するのにかかる時間と、超音
波が移動する距離を知ることにより、超音波の速度を計
算することができる。
変換器は、移動する祇ウェブと物理的な接触をしている
車輪に配置されている。紙が作られている間に試験を非
破壊的な方法で実施することができるが、そのような装
置は本質的に複雑である。従って、送信変換器と受信変
換器は正確に同期させなければならない。送信変換器は
シートと接触して音波を発生しなけれはならないが、そ
の音波を、少し離れた成る受信変換器で１〜１００マイ
クロセカンド遅れて検出しなければならない。受信変換
器は、発生した音波の最初の振動を逃さないように充分
長くシートと接触したままでいなければならない。これ
らのことは、試験方法にとって重大な障害である。
車輪に配置されている。紙が作られている間に試験を非
破壊的な方法で実施することができるが、そのような装
置は本質的に複雑である。従って、送信変換器と受信変
換器は正確に同期させなければならない。送信変換器は
シートと接触して音波を発生しなけれはならないが、そ
の音波を、少し離れた成る受信変換器で１〜１００マイ
クロセカンド遅れて検出しなければならない。受信変換
器は、発生した音波の最初の振動を逃さないように充分
長くシートと接触したままでいなければならない。これ
らのことは、試験方法にとって重大な障害である。
いっそう重要なことは、信号の強さが、機械的な送信お
よび受信変換器を移動するウェブに加える力に依存して
いることである。このファクターだけは、装置と移動す
るウェブの両方に応力を生じるので、その方法の使用に
とって重大な障害である。
よび受信変換器を移動するウェブに加える力に依存して
いることである。このファクターだけは、装置と移動す
るウェブの両方に応力を生じるので、その方法の使用に
とって重大な障害である。
加えて、紙ウェブの物理的性質が大部分厚さまたは平面
外方向の弾性および剪断係数に依存しており、すなわち
機械上の装置では測定できない。
外方向の弾性および剪断係数に依存しており、すなわち
機械上の装置では測定できない。
明らかに、ウェブと物理的接触のない状態でまたはウェ
ブにできるだけ小さい力を加えて平面内と平面外方向の
両方において紙を非破壊的に試験する方法と装置を開発
することが望ましい。本発明は、ウェブに必要な音♂信
号を励起するためにレーザービームを利用して、物理的
接触箇所を除去することによりそのような装置の必要に
答えるものである。受信器は、紙と接触する機械的変換
器でもよいし、または紙と物理的接触をしないマイクロ
ホンでもよく、これによって物理的接触と応力の箇所を
最小にし、またはマイクロホンの場合には物理的接触と
応力の箇所を除去する。
ブにできるだけ小さい力を加えて平面内と平面外方向の
両方において紙を非破壊的に試験する方法と装置を開発
することが望ましい。本発明は、ウェブに必要な音♂信
号を励起するためにレーザービームを利用して、物理的
接触箇所を除去することによりそのような装置の必要に
答えるものである。受信器は、紙と接触する機械的変換
器でもよいし、または紙と物理的接触をしないマイクロ
ホンでもよく、これによって物理的接触と応力の箇所を
最小にし、またはマイクロホンの場合には物理的接触と
応力の箇所を除去する。
音波を発生させるためにレーザービームを用いることは
、米国特許４．１６９，６６２に記・成されている。
、米国特許４．１６９，６６２に記・成されている。
本発明は、移動する３氏のシートまたはウェブのような
製作品の物理的性質の非破壊試験方法と装置からなる。
製作品の物理的性質の非破壊試験方法と装置からなる。
一実施例では、レーザー光線または他の短い光線パルス
のビームをシートまたはウェブの第一の平坦な表面の箇
所に音波を励起するために用いられ、車輪配置の圧電変
換器は、第一の表面から第二の表面へシートまたばウェ
ブの厚さを横切って通る超音波の速度を検出する手段と
してシートまたはウェブの第二の平坦な表面上の箇所に
用いられる。
のビームをシートまたはウェブの第一の平坦な表面の箇
所に音波を励起するために用いられ、車輪配置の圧電変
換器は、第一の表面から第二の表面へシートまたばウェ
ブの厚さを横切って通る超音波の速度を検出する手段と
してシートまたはウェブの第二の平坦な表面上の箇所に
用いられる。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明の方法を用いて、祇シートまたは紙ウェブ、合成
ポリマー樹脂および同様なものを含む、光りを吸収する
種々様々な試験材料の強度特性を測定することができる
が、これらの試験材料には限定されない。
ポリマー樹脂および同様なものを含む、光りを吸収する
種々様々な試験材料の強度特性を測定することができる
が、これらの試験材料には限定されない。
本発明の方法の一実施例により、紙の機械的強度特性を
決定する目的のために、紙ウェブを抄紙機械で製造して
いるときに光りの短いパルス、好ましくはレーザー放射
にさらす。本発明の一つの可能な理論は、入射する光子
を吸収する紙の分子が幾つかのチャンネルを通じてエネ
ルギーを再放出するということであり、そのうち最も有
効なのものは紙の局部化された熱パルスによる。このよ
うにして発生した熱が次いで紙の構造に機械的応力を発
生し、その応力が音波として現れる。音波が、照らされ
た箇所から外方へ紙を通って伝達する。例えば祇シート
または祇ウェブの上面に発生した音波のパルスを発生箇
所と反対側のシートの下面に検出して、シート本体の音
波速度の測定値を得ることができる。
決定する目的のために、紙ウェブを抄紙機械で製造して
いるときに光りの短いパルス、好ましくはレーザー放射
にさらす。本発明の一つの可能な理論は、入射する光子
を吸収する紙の分子が幾つかのチャンネルを通じてエネ
ルギーを再放出するということであり、そのうち最も有
効なのものは紙の局部化された熱パルスによる。このよ
うにして発生した熱が次いで紙の構造に機械的応力を発
生し、その応力が音波として現れる。音波が、照らされ
た箇所から外方へ紙を通って伝達する。例えば祇シート
または祇ウェブの上面に発生した音波のパルスを発生箇
所と反対側のシートの下面に検出して、シート本体の音
波速度の測定値を得ることができる。
光源で達成される初期の励起の程度は波長の効用に依存
している。好都合な波長は、約２００から約１０．ＯＯ
Ｏｎｍまでの範囲にある。この範囲内の最適な波長を用
いると、入射するエネルギーの吸収がいっそう大きくな
り、従って音波信号がいっそう強くなる。所望の効果を
生じる周知の半一マイクロセカンドのパルスを発生する
光源、好ましくはレーザー源を用いることができる。そ
のとき、紙ウェブの本体を通って伝達される縦および剪
断波速度の測定値を紙のヤング係数、剪断係数およびポ
アソン比に関連ずけることができる。この形式のオン−
ライン決定を閉鎖−ループ制御系に用いて、紙ウェブの
製造中に急速−ドラッグ比、リファイニングレベル、湿
式圧搾などのような抄紙機械の変数を調整して最適にす
ることができる。
している。好都合な波長は、約２００から約１０．ＯＯ
Ｏｎｍまでの範囲にある。この範囲内の最適な波長を用
いると、入射するエネルギーの吸収がいっそう大きくな
り、従って音波信号がいっそう強くなる。所望の効果を
生じる周知の半一マイクロセカンドのパルスを発生する
光源、好ましくはレーザー源を用いることができる。そ
のとき、紙ウェブの本体を通って伝達される縦および剪
断波速度の測定値を紙のヤング係数、剪断係数およびポ
アソン比に関連ずけることができる。この形式のオン−
ライン決定を閉鎖−ループ制御系に用いて、紙ウェブの
製造中に急速−ドラッグ比、リファイニングレベル、湿
式圧搾などのような抄紙機械の変数を調整して最適にす
ることができる。
音習波形の速度の測定値を用いて、セルローズ繊維のよ
うな紙の種々の極めて微細な要素の配向だけでな（、紙
の密度のような、音波が移動した祇シートと波形の相互
作用に関する情報を得ることもできる。
うな紙の種々の極めて微細な要素の配向だけでな（、紙
の密度のような、音波が移動した祇シートと波形の相互
作用に関する情報を得ることもできる。
本発明の一実施例では、音舌波形の励起がレーザー光線
のビームで実施され、かつ音波の検出が、レーザー光線
励起を受けるシートの表面と反対側で紙ウェブと簡単な
物理的接触をするバイモルフ圧電変換器で達成される。
のビームで実施され、かつ音波の検出が、レーザー光線
励起を受けるシートの表面と反対側で紙ウェブと簡単な
物理的接触をするバイモルフ圧電変換器で達成される。
この実施例では、圧電変換器の運動を音波の運動方向に
平行にまたは音波の運動方向に垂直にそれぞれ配向する
ことにより縦および剪断波の両方を認識することができ
る。この実施例が付図に概略的に示されている。窒素（
Ｎ２）レーザー１０からの３３７．１ｎｍの波長のレー
ザー光源が、窓２６の上へ焦点を合わせた鏡１４からの
反射により紙シート８の吸収する上面１２に向けられて
おり、前記窓２６が紙の上へ既知の値の圧力を加えて一
定の厚さを維持している。光源１０は、フラッシュラン
プのような一マイクロセカンドまたはそれ以下の程度の
短い強烈な光りのパルスを発生するどんな他の装置でも
よい。検出プローブ（この場合には圧電変換２？！１８
である）が、レーザービームの衝突箇所と反対の固定さ
れた所定の箇所に紙シート８の下面１３と接触して配置
されている。図に示した実施例では、検出系が圧電変換
器１８、前置増幅器２９、瞬間デジタル化装置２２およ
び光ダイオード２４からなる。
平行にまたは音波の運動方向に垂直にそれぞれ配向する
ことにより縦および剪断波の両方を認識することができ
る。この実施例が付図に概略的に示されている。窒素（
Ｎ２）レーザー１０からの３３７．１ｎｍの波長のレー
ザー光源が、窓２６の上へ焦点を合わせた鏡１４からの
反射により紙シート８の吸収する上面１２に向けられて
おり、前記窓２６が紙の上へ既知の値の圧力を加えて一
定の厚さを維持している。光源１０は、フラッシュラン
プのような一マイクロセカンドまたはそれ以下の程度の
短い強烈な光りのパルスを発生するどんな他の装置でも
よい。検出プローブ（この場合には圧電変換２？！１８
である）が、レーザービームの衝突箇所と反対の固定さ
れた所定の箇所に紙シート８の下面１３と接触して配置
されている。図に示した実施例では、検出系が圧電変換
器１８、前置増幅器２９、瞬間デジタル化装置２２およ
び光ダイオード２４からなる。
図に示したように、変換器１８により捕らえられた音習
信号が電気信号に変換されて、増幅器２０へ送信される
。それから、増幅された信号は瞬間デジタル化装置２２
へ送信される。瞬間デジタル化装置２２ば、光ダイオー
ド２４により検出されるレーザーの発射と変換器１８に
よる電気信号の受取との間の時間を測定する。
信号が電気信号に変換されて、増幅器２０へ送信される
。それから、増幅された信号は瞬間デジタル化装置２２
へ送信される。瞬間デジタル化装置２２ば、光ダイオー
ド２４により検出されるレーザーの発射と変換器１８に
よる電気信号の受取との間の時間を測定する。
測定された時間は、電気ケーブルなどの電気的伝送時間
を含むが、この加えられた時間を計算しそして減算をし
て、紙シート８の本体の厚さを通る音波の伝送時間を得
ることができる。縦音波の測定された伝送時間の平均を
とることができる。厚さ対音波の飛行時間の比が、祇厚
さを通る音波の速度である。圧電変換器１８は、そのよ
うな圧電変換器の製造に使用される結晶の配向に依存し
て縦音波または剪断音波を検出することができる。前記
速度を用いてヤングの弾性係数を計算することができる
と共に、剪断音波の伝送時間を用いて剪断係数を計算し
、かつ両方を用いて紙シート８の強度特性を決定するこ
とができる。
を含むが、この加えられた時間を計算しそして減算をし
て、紙シート８の本体の厚さを通る音波の伝送時間を得
ることができる。縦音波の測定された伝送時間の平均を
とることができる。厚さ対音波の飛行時間の比が、祇厚
さを通る音波の速度である。圧電変換器１８は、そのよ
うな圧電変換器の製造に使用される結晶の配向に依存し
て縦音波または剪断音波を検出することができる。前記
速度を用いてヤングの弾性係数を計算することができる
と共に、剪断音波の伝送時間を用いて剪断係数を計算し
、かつ両方を用いて紙シート８の強度特性を決定するこ
とができる。
次の例は、本発明を行いかつ用いる仕方と過程を述べ、
かつ本発明を実施するために発明者により企画された最
良の方法を示す。
かつ本発明を実施するために発明者により企画された最
良の方法を示す。
音響信号の測定値が１２トられる場合に、紙基体のレー
ザー励起により発生した筒音信号を図Ｑこ示した圧電系
で分析した。励起源は、３３．７１ｎｍの基本放出波長
を１０ナノセカンドのパルス持続時間で発生ずるモレク
トロンＮ２し・−ザーであった。紙に種々の合音形態を
居住させるために光線パルスを祇シートの一つの平坦な
表面の上へ向けた。そのとき、励起パルスが紙シートの
厚さを横断する際に音波が紙シートの反対側に検出され
た。上記のように、平面外での波の速度の決定は、シー
トを破壊せずに祇シートの物理的特性を決定するのに役
立つ。
ザー励起により発生した筒音信号を図Ｑこ示した圧電系
で分析した。励起源は、３３．７１ｎｍの基本放出波長
を１０ナノセカンドのパルス持続時間で発生ずるモレク
トロンＮ２し・−ザーであった。紙に種々の合音形態を
居住させるために光線パルスを祇シートの一つの平坦な
表面の上へ向けた。そのとき、励起パルスが紙シートの
厚さを横断する際に音波が紙シートの反対側に検出され
た。上記のように、平面外での波の速度の決定は、シー
トを破壊せずに祇シートの物理的特性を決定するのに役
立つ。
炭土
この例では、四種類の紙の等級についてレーザーで誘起
した発生と圧電変換器での発生との間で（第１図の装置
を用いて）平面外方向における縦波速度の間で比較をし
た。そのデータは、平面から出た縦速度の二種類の測定
値の間で良く一致していることを示している。
した発生と圧電変換器での発生との間で（第１図の装置
を用いて）平面外方向における縦波速度の間で比較をし
た。そのデータは、平面から出た縦速度の二種類の測定
値の間で良く一致していることを示している。
試料 試料種類 縮減速度
−初ユ （Ｋｍ／秒）レーザー
圧電変換器 １ 市販のライナーボ ード（４２１１／ＭＳＦ） ０．２７ ０．３１
２ 市販の５０＃多重壁０．４７ ０．５２３
市販の無色形式ボ ンド ０．３３ ０．３８４ 市販の
ブロック− 紙 ０．３８ ０．３６灯主 この例では、一つの市販の紙の試料において、平面外方
式で剪断波を発生させて検出するレーザー誘発系の可能
性を証明する。レーザーで誘発したデータは、圧電接触
変換器の結果と良く一致する。
圧電変換器 １ 市販のライナーボ ード（４２１１／ＭＳＦ） ０．２７ ０．３１
２ 市販の５０＃多重壁０．４７ ０．５２３
市販の無色形式ボ ンド ０．３３ ０．３８４ 市販の
ブロック− 紙 ０．３８ ０．３６灯主 この例では、一つの市販の紙の試料において、平面外方
式で剪断波を発生させて検出するレーザー誘発系の可能
性を証明する。レーザーで誘発したデータは、圧電接触
変換器の結果と良く一致する。
試料 試料種類 縦波速度（Ｋｍ／秒）」５
レーザー 圧電変換器１ 市販のラ
イナー ボー ト （４２１１／ＭＳＩ’） ０．４０
０．４４
レーザー 圧電変換器１ 市販のラ
イナー ボー ト （４２１１／ＭＳＩ’） ０．４０
０．４４
図はレーザー光線により発生した平面外な音波を検出す
るために本発明の方法に用いられる装置の概略図である
。 ８・・・祇シート １０・・・光源 １２・・・上面 １３・・・下面 １４・・・鏡 １８−・・圧電変換器 ２０・・・前置増幅器 ２２・・・瞬間デジタル化装置 ２４・・・光ダイオード
るために本発明の方法に用いられる装置の概略図である
。 ８・・・祇シート １０・・・光源 １２・・・上面 １３・・・下面 １４・・・鏡 １８−・・圧電変換器 ２０・・・前置増幅器 ２２・・・瞬間デジタル化装置 ２４・・・光ダイオード
Claims (9)
- （１）上面、下面および上面と下面の間のシート本体を
有する、光を吸収する製作品シートの物理的性質の非破
壊試験方法において、前記の光を吸収する製作品の上面
と下面の一方に短い光線のパルスと振幅の源を向け、そ
して光線のパルスにより誘発された熱効果により発生し
てシート本体を通って製作品シートの前記上面と下面の
他方へ移動する超音波の速度を測定することを特徴とす
る方法。 - （２）製作品が紙シートである、特許請求の範囲第１項
に記載の方法。 - （３）製作品が合成ポリマー樹脂である、特許請求の範
囲第１項に記載の方法。 - （４）試験を、移動する製作品のウェブまたはシートに
行う、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - （５）第一の平坦な表面、対向する第二の平坦な表面お
よび第一と第二の平坦な表面の間の所定の厚さの本体を
有する、光を吸収する製作品シートの物理的性質の非破
壊試験方法において、短い光線パルス源を前記の光を吸
収する製作品の第一の平坦な表面に向け、それにより光
線パルスにより誘発される熱効果に応答する超音波が製
作品の本体を横断し、そして圧電変換器により第二の平
坦な表面で波を検出することを特徴とする方法。 - （６）製作品が紙シートである、特許請求の範囲第１項
に記載の方法。 - （７）製作品が合成ポリマー樹脂である、特許請求の範
囲第５項に記載の方法。 - （８）試験を、移動する製作品にウェブまたはシートに
行う、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - （９）シート本体を間に挟んで第一の平坦な表面と第二
の平坦な表面を有する、光を吸収する移動するシートの
物理的性質の非破壊試験方法であって、それによりシー
トとのすべての物理的接触を除去するようにした方法に
おいて、短かい光線パルス源を前記の光を吸収する移動
するウェブの第一の平坦な表面に向け、そしてシートの
第二の平坦な表面で、光線パルスにより誘発された熱効
果に反応する超音波速度を検出することを特徴とする方
法。
Applications Claiming Priority (2)
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