(57)【要約】【課題】移動する対象物を可視化することのできる超音波可視化装置及び方法を提供する。【解決手段】水１中にパルプ繊維２を分散させたパルプ繊維懸濁液３の移動方に沿って複数の振動子１１を配置し、これら複数の振動子１１を用いてリニア電子スキャンを行う。リニア電子スキャンを行う際、パルプ繊維懸濁液３の移動速度Ｖｆよりも超音波パルス走査速度Ｖｃの方が高速となるように、超音波パルス発信周期ΔＴ及び走査線間隔ΔＸを適宜調整する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する対象物の移動方向に沿って複数配設され、当該対象物に超音波パルスを発信し且つ当該対象物から反射されたエコーパルスを受信する振動子と、
複数の前記振動子に対し前記対象物の移動方向上流側から順に超音波パルスを発信させるパルス発信手段と、
前記振動子によって受信されたエコーパルス信号に基づいて可視像を生成する可視像生成手段と、
前記超音波パルスを発信する振動子間におけるパルス発生時間間隔を調整する発生間隔調整手段と
を備えることを特徴とする超音波可視化装置。
【請求項２】
前記超音波パルスを発信する振動子の距離を調整する距離調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波可視化装置。
【請求項３】
移動する対象物の移動方向に沿って配設され、当該対象物に超音波パルスを発信し且つ当該対象物から反射されたエコーパルスを受信する複数の振動子と、
前記複数の振動子に対し前記対象物の移動方向上流側から順に超音波パルスを発信させるパルス発信手段と、
前記振動子によって受信されたエコーパルス信号に基づいて可視像を生成する可視像生成手段と、
前記対象物の移動速度をＶｆ、複数の前記振動子による走査速度をＶｃとしたとき、
Ｖｃ＞Ｖｆ
ただし、Ｖｃ＝ΔＸ／ΔＴ
ΔＸ：超音波パルスを発信する振動子間距離
ΔＴ：超音波パルスを発信する振動子間におけるパルス発生間隔
となるように当該走査速度Ｖｃを設定する速度設定手段と
を備えることを特徴とする超音波可視化装置。
【請求項４】
前記可視像生成手段で生成された可視像の前記対象物の搬送方向に対応する方向の長さＬ１を、
Ｌ＝Ｌ１・（Ｖｃ−Ｖｆ）／Ｖｃ
に補正する可視像補正手段を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波可視化装置。
【請求項５】
移動する対象物の第一の所定部位に超音波パルスを発信すると共に当該第一の所定部位から反射された第一のエコーパルスを受信し、
次いで、前記対象物の前記第一の所定部位より移動方向下流側の第二の所定部位に超音波パルスを発信すると共に当該第二の所定部位から反射された第二のエコーパルスを受信し、
受信された前記第一のエコーパルス及び前記第二のエコーパルスに基づいて可視像を生成すること
を特徴とする超音波可視化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて対象物を可視化する超音波可視化装置及び方法に係り、特に、高速で移動する対象物を可視化するのに有効な超音波可視化装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製紙機械は、水中にパルプ繊維が分散されたパルプ繊維懸濁液を噴出するヘッドボックス、噴出されたパルプ繊維懸濁液を水分の多いシート状の湿紙に成形するフォーマ、成形された湿紙を挟んで圧搾し搾水するプレス装置、及び搾水された湿紙を挟んで加熱乾燥するドライヤを備えている。
製紙機械では、パルプ繊維の分散にムラがあると、製造される紙の品質が低下してしまうという問題がある。このような紙中のパルプ繊維の分散状態には、ヘッドボックスにおけるパルプ繊維懸濁液中のパルプ繊維分散状態が大きく影響することから、パルプ繊維懸濁液中のパルプ繊維の分散状態をモニタリングすることが好ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パルプ繊維は通常白色あるいは茶色であるために、このパルプ繊維を含むパルプ繊維懸濁液が不透明となってしまうこと、また、ヘッドボックス中ではパルプ繊維懸濁液が高速で搬送されていることから、パルプ繊維懸濁液中のパルプ繊維の分散状態を把握しにくいという技術的課題がみられた。
【０００４】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高速で移動する対象物を可視化することのできる超音波可視化装置及び方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波可視化装置は、移動する対象物の移動方向に沿って複数配設され、対象物に超音波パルスを発信し且つ対象物から反射されたエコーパルスを受信する振動子と、複数の振動子に対し対象物の移動方向上流側から順に超音波パルスを発信させるパルス発信手段と、振動子によって受信されたエコーパルス信号に基づいて可視像を生成する可視像生成手段と、超音波パルスを発信する振動子間におけるパルス発生時間間隔を調整する発生間隔調整手段とを備えることを特徴としている。本発明の超音波可視化装置では、振動子間におけるパルス発生時間間隔の調整により、対象物を可視化するための走査速度を調整することができる。従って、対象物の移動速度に応じたパルス発生時間間隔に調整することにより、高速で移動する対象物の可視像を得ることができる。そして、本発明の超音波可視化装置は、例えば、水中にパルプ繊維を分散させたパルプ繊維懸濁液など、密度の異なる複数の物質が混在した混合物中の一方の物体を可視化することができる。
尚、本発明において、「超音波パルスを発信する振動子」とは、実際に超音波の発信に供される振動子をいい、振動子であっても超音波発信に供されないものは除外される。
このような超音波可視化装置において、超音波パルスを発信する振動子の距離を調整する距離調整手段を更に備えるようにすれば、更に広範囲に走査速度の調整を行うことができる。
【０００６】
また、本発明の超音波可視化装置は、移動する対象物の移動方向に沿って配設され、対象物に超音波パルスを発信し且つ対象物から反射されたエコーパルスを受信する複数の振動子と、複数の振動子に対し対象物の移動方向上流側から順に超音波パルスを発信させるパルス発信手段と、振動子によって受信されたエコーパルス信号に基づいて可視像を生成する可視像生成手段と、対象物の移動速度をＶｆ、複数の振動子による走査速度をＶｃとしたとき、
Ｖｃ＞Ｖｆ
ただし、Ｖｃ＝ΔＸ／ΔＴ
ΔＸ：超音波パルスを発信する振動子間距離
ΔＴ：超音波パルスを発信する振動子間におけるパルス発生間隔
となるように走査速度Ｖｃを設定する速度設定手段とを備えることを特徴としている。本発明の超音波可視化装置では、対象物の移動速度Ｖｆよりも振動子の走査速度Ｖｃが高速となるように、ΔＸ及びΔＴを調整することにより、移動する対象物の可視像を得ることができる。
【０００７】
ここで、可視像生成手段で生成された可視像の対象物の搬送方向に対応する方向の長さＬ１を、
Ｌ＝Ｌ１・（Ｖｃ−Ｖｆ）／Ｖｃ
に補正する可視像補正手段を更に備えるようにすれば、対象物の移動速度Ｖｆと振動子の走査速度Ｖｃとの速度差に基づく可視像の伸びを圧縮できることとなり、実状態に則した可視像を得ることができる。
【０００８】
また、本発明の超音波可視化方法は、移動する対象物の第一の所定部位に超音波パルスを発信すると共にこの第一の所定部位から反射された第一のエコーパルスを受信し、次いで、対象物の第一の所定部位より移動方向下流側の第二の所定部位に超音波パルスを発信すると共にこの第二の所定部位から反射された第二のエコーパルスを受信し、受信された第一のエコーパルス及び第二のエコーパルスに基づいて可視像を生成することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本発明が適用された超音波可視化装置の実施の一形態を示している。
本実施の形態に係る超音波可視化装置は、例えば、水１中にパルプ繊維２が分散され、移動速度Ｖｆで矢印方向に移動するパルプ繊維懸濁液３中のパルプ繊維２を可視化するものである。
【００１０】
この超音波可視化装置は、パルプ繊維懸濁液３に対向して配設されるプローブ１０と、このプローブ１０に接続される本体２０とを備えている。このプローブ１０は、パルプ繊維懸濁液３の移動方向に沿って配設され超音波パルスの発信及び受信が可能な複数の超音波振動子（以下、振動子という）１１を有している。
尚、図中には、振動子１１として五個の振動子１１ａ〜１１ｅを例示しているが、実際には１２８個の振動子１１が夫々Δａの間隔で直線状に配置されている。
【００１１】
一方、本体２０は、プローブ１０の振動子１１に超音波発生信号を送信する送信部２１と、振動子１１が受信したエコーパルス信号を受信して画像信号を形成する受信部２２と、受信部２２で処理された信号をＴＶ信号に変換してメモリに記憶するＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｃａｎ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２３と、変換されたＴＶ信号を圧縮補正する補正部２４と、補正されたＴＶ信号を表示するモニタ２５とを備えている。また、本体２０には、送信部２１による超音波発生信号送信タイミング、受信部２２によるエコーパルス信号受信タイミング、ＤＳＣ２３のＴＶ信号変換タイミングを制御するタイミングコントロール部２６が設けられている。
【００１２】
本実施の形態に係る超音波可視化装置では、上述した複数の振動子１１を用いて所謂リニア電子スキャンを行うことにより、パルプ繊維懸濁液３の深さ方向におけるパルプ繊維２の分散状態を可視化するようになっているが、そのために必要な条件を説明する。
まず、移動速度Ｖｆで移動するパルプ繊維懸濁液３中のパルプ繊維２を可視化するためには、超音波パルス走査速度Ｖｃを移動速度Ｖｆよりも大きくする必要がある。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
（２）式より、超音波パルス走査速度Ｖｃを高速化するためには、走査線間隔ΔＸを大きくするか、あるいは超音波パルス発信周期ΔＴを小さくすればよいことがわかる。
但し、超音波パルス発信周期ΔＴは、超音波パルスが振動子１１と可視対象物であるパルプ繊維２との間を往復するのに要する時間（超音波伝播時間）Δｔ及び受信したエコーパルス信号を処理するための受信信号処理時間Δｔｘの合計として決まる。
【００１５】
【数２】
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【００１６】
（４）式から明らかなように、超音波パルス発信周期ΔＴは観測しようとする計測深さＬの大きさによって異なる。ここで、図２には、超音波パルス発信周期ΔＴと計測深さＬとの関係を示す。同図より、計測深さＬを大きくする場合には、超音波パルス発信周期ΔＴを長く設定しなければならないことが理解される。
尚、図中の●は実測データを示している。また、図３には、計測深さＬ＝３０ｍｍとした場合における超音波パルス発信周期ΔＴと超音波パルス走査速度Ｖｃとの関係を示す。計測深さＬ＝３０ｍｍに設定を行う場合は、超音波パルス発信周期ΔＴ＝４２μｓｅｃ、走査線間隔ΔＸ＝３ｍｍとすることで、超音波パルス走査速度Ｖｃ＝７０ｍ／ｓｅｃに設定することができる。
【００１７】
次に、図４に示す模式図を用いて、パルプ繊維懸濁液３の移動速度Ｖｆよりも超音波パルス走査速度Ｖｃを大きく設定した場合に得られる可視像について説明する。振動子１１ａから発信された超音波パルスがパルプ繊維２の後端に到達した時刻をｔ＝０、振動子１１ｄから発信された超音波パルスがパルプ繊維２の先端に到達した時刻をｔ＝ｔ１とすると、形成される可視像の長さＬａは以下に示すものとなる。
【００１８】
【数３】
2004085449.tif 000005
【００１９】
しかしながら、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝ｔ１までに、パルプ繊維２は距離ΔＬだけ移動している。
【００２０】
【数４】
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【００２１】
従って、実際のパルプ繊維２の長さＬは、次のようになる。
【００２２】
【数５】
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【００２３】
これら（５）〜（７）式より、得られた可視像は時間方向に引き伸ばされていることがわかる。ゆえに、以下に示す補正式で得られた可視像を圧縮することで、よりリアルな可視像を得ることができる。
【００２４】
【数６】
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【００２５】
本実施の形態では、補正部２４でこのような補正が行われた後、モニタ２５に可視像が表示されるようになっている。具体的には、例えば得られた可視像が図５（ａ）に示すようなものであった場合、モニタ２５に表示される画像は図５（ｂ）に示すように長さ方向が圧縮されたものとなる。
【００２６】
次に、図６に示すフローチャートに基づいて、本実施の形態に係る超音波可視化装置の動作について説明する。
まず、パルプ繊維懸濁液３の移動速度Ｖｆが入力される（ステップＳ１０１）。この移動速度Ｖｆの入力は、手入力あるいは図示しない速度センサからの入力によって行われる。次に、超音波パルス走査速度Ｖｃがパルプ繊維懸濁液３の移動速度Ｖｆよりも高速となるように、走査線間隔ΔＸ及び超音波パルス発信周期ΔＴを設定する（ステップＳ１０２）。そして、ｎ＝１とし（ステップＳ１０３）、送信部２１によって１番目の超音波パルスを発信させ（ステップＳ１０４）、次いで、発信した超音波パルスのエコーパルスを１番目の振動子１１ａで受信する（ステップＳ１０５）。そして、受信したエコーパルス信号に基づいて受信部２２で画像信号を生成し（ステップＳ１０６）、生成された画像信号をＤＳＣ２３においてＴＶ信号に変換してメモリに記憶する（ステップＳ１０７）。次に、走査が終了したかどうかが判定され（ステップＳ１０８）、終了していなければｎ＝ｎ＋１に設定して（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０４に戻る。一方、走査が終了した場合にはＤＳＣ２３に蓄積されたＴＶ信号を読み出し（ステップＳ１１０）、補正部２４で圧縮補正を行い（ステップＳ１１１）、モニタ２５に表示させる（ステップＳ１１２）。
【００２７】
このように、本実施の形態では、パルプ繊維懸濁液３の移動速度Ｖｆよりも超音波パルス走査速度Ｖｃの方が高速となるように、超音波パルス発信周期ΔＴ及び走査線間隔ΔＸを適宜調整するようにしたので、移動するパルプ繊維懸濁液３中のパルプ繊維２の分散状態を可視化することができる。
【００２８】
また、得られたパルスエコー像の像流れ分を補正してモニタ２５に表示させるようにしたので、よりリアルな可視像を得ることができる。
【００２９】
尚、本実施の形態では、水１中へのパルプ繊維２の分散を調査する目的で超音波可視化装置を用いていたが、これに限られるものではなく、例えば液体中への異物等の混入の検知にもこの超音波可視化装置を適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高速で移動する対象物を可視化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の一形態に係る超音波可視化装置の構成を示す説明図である。
【図２】超音波パルス発信周期と計測深さとの関係を示すグラフ図である。
【図３】超音波パルス発信間隔をパラメータとした場合における超音波パルス発信周期と超音波パルス走査速度との関係を示すグラフ図である。
【図４】移動速度及び超音波パルス走査速度と像流れとの関係を説明する模式図である。
【図５】（ａ）は像流れを考慮しない可視化画像を示し、（ｂ）は（ａ）の像流れを補正した可視化画像を示す説明図である。
【図６】本実施の形態に係る超音波可視化装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…水、２…パルプ繊維、３…パルプ繊維懸濁液、１０…プローブ、１１…超音波振動子（振動子）、２０…本体、２１…送信部、２２…受信部、２３…ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｃａｎ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、２４…補正部、２５…モニタ、２６…タイミングコントロール部、Ｖｃ…超音波パルス走査速度、Ｖｆ…移動速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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