(57)【要約】【課題】煩雑な回転機構を使用することなく、被測定材料表面の広い範囲の厚み分布を速やかに測定する。【解決手段】パルス状の励起レーザ光Ｌｅを全反射ミラー２Ａを介して圧延材Ｍの表面部分Ｍ１に向けて照射して当該表面部分Ｍ１から圧延材Ｍ中へ進行する超音波を生じさせる単一のレーザ光源３と、表面部分Ｍ１からの励起レーザ光Ｌｅの反射光を再び被測定材料Ｍ方向へ反射させて、圧延材Ｍの他の表面部分Ｍ２，Ｍ３へ入射させて当該他の表面部分Ｍ２，Ｍ３から圧延材Ｍ中へ進行する超音波を生じさせる全反射ミラー２Ｂ，２Ｃと、各表面部分Ｍ１〜Ｍ３へ向けて検出レーザ光Ｌｄを照射して当該各表面部分Ｍ１〜Ｍ３からの、検出レーザ光Ｌｄの反射光に含まれる超音波変調部より各表面部分Ｍ１〜Ｍ３での圧延材Ｍの厚みを測定する厚み測定回路５Ａ〜５Ｃとを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状の励起レーザ光を被測定材料の表面部分に向けて照射して当該表面部分から前記被測定材料中へ進行する超音波を生じさせる単一のレーザ光源と、前記表面部分からの励起レーザ光の反射光を再び被測定材料方向へ反射させて、測定材料の少なくとも一つの他の表面部分へ入射させて当該他の表面部分から被測定材料中へ進行する超音波を生じさせる少なくとも一つの光反射手段と、前記各表面部分へ向けて検出レーザ光を照射して当該各表面部分からの、検出レーザ光の反射光に含まれる超音波変調部より前記各表面部分での被測定材料の厚みを測定する厚み測定手段とを備える厚み測定装置。
【請求項２】
パルス状の励起レーザ光を出力する単一のレーザ光源と、励起レーザ光を複数に分割して各分割光を被測定材料の複数の表面部分へ入射させてこれら表面部分から前記被測定材料中へ進行する超音波を生じさせる光分割手段と、前記各表面部分へ向けて検出レーザ光を照射して当該各表面部分からの、前記検出レーザ光の反射光に含まれる超音波変調部より前記各表面部分での被測定材料の厚みを測定する厚み測定手段とを備える厚み測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は厚み測定装置に関し、特に、励起レーザ光によって被測定材料上に超音波を生じさせ、検出レーザ光に含まれる超音波変調部より上記被測定材料の厚みを測定する厚み測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような用途に使用できるレーザ光による超音波受発信装置が特許文献１に示されている。これは、励起レーザ光と検出レーザ光の光路を被測定材料に到達する前に合体させて、合体したレーザ光を回転鏡によって被測定材料の表面上で走査するもので、これによれば、被測定材料の広い領域での超音波による厚み分布の測定が可能である。
【特許文献１】特開昭５８−９０１６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の装置では、回転鏡の回転操作が機構や制御の点で煩雑であるとともに、被測定材料が熱間圧延材料のように移動するものでは走査速度との兼ね合いで材料全面での測定は困難であるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、煩雑な回転機構を使用することなく、被測定材料表面の広い範囲の厚み分布を速やかに測定できる厚み測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本第１発明では、パルス状の励起レーザ光（Ｌｅ）を被測定材料（Ｍ）の表面部分（Ｍ１）に向けて照射して当該表面部分から被測定材料中へ進行する超音波を生じさせる単一のレーザ光源（３）と、表面部分（Ｍ１）からの励起レーザ光（Ｌｅ）の反射光を再び被測定材料（Ｍ）方向へ反射させて、被測定材料（Ｍ）の少なくとも一つの他の表面部分（Ｍ２，Ｍ３）へ入射させて当該他の表面部分から被測定材料中へ進行する超音波を生じさせる少なくとも一つの光反射手段（２Ｂ，２Ｃ）と、各表面部分（Ｍ１〜Ｍ３）へ向けて検出レーザ光（Ｌｄ）を照射して当該各表面部分（Ｍ１〜Ｍ３）からの、検出レーザ光（Ｌｄ）の反射光に含まれる超音波変調部より各表面部分（Ｍ１〜Ｍ３）での被測定材料（Ｍ）の厚みを測定する厚み測定手段（５Ａ〜５Ｃ，７）とを備える。
【０００６】
本第１発明においては、従来のような煩雑な回転機構を使用することなく、被測定材料が高速で移動するものであってもその広い範囲の厚み分布を速やかに測定することができる。
【０００７】
本第２発明では、パルス状の励起レーザ光（Ｌｅ）を出力する単一のレーザ光源（３）と、励起レーザ光（Ｌｅ）を複数に分割して各分割光（Ｌｅ１，Ｌｅ２）を被測定材料（Ｍ）の複数の表面部分（Ｍ４，Ｍ５）へ入射させてこれら表面部分から被測定材料中へ進行する超音波を生じさせる光分割手段（６）と、各表面部分（Ｍ４，Ｍ５）へ向けて検出レーザ光（Ｌｄ）を照射して当該各表面部分（Ｍ４，Ｍ５）からの、検出レーザ光（Ｌｄ）の反射光に含まれる超音波変調部より各表面部分（Ｍ４，Ｍ５）での被測定材料（Ｍ）の厚みを測定する厚み測定手段（５Ｄ，５Ｅ，７）とを備える。
【０００８】
本第２発明においては、従来のような煩雑な回転機構を使用することなく、被測定材料が高速で移動するものであってもその広い範囲の厚み分布を速やかに測定することができる。
【０００９】
なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明の厚み測定装置によれば、煩雑な回転機構を使用することなく、被測定材料表面の広い範囲の厚み分布を速やかに測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第1実施形態）
図1には厚み測定装置１によって被測定材料たる熱間圧延材料（以下、単に圧延材という）Ｍの厚み分布を測定する例を示す。圧延材Ｍは一定幅の長尺体で図１の矢印方向へ移動しており、厚み測定装置１は圧延材Ｍを横切るように設けられている。厚み測定装置１内には圧延材Ｍを横切る方向へ間隔をおいて、複数（本実施形態では３個）の全反射ミラー２Ａ〜２Ｃが圧延材Ｍの表面に対して所定の間隔かつ所定の角度で設けられている。そして、これら全反射ミラー２Ａ〜２Ｃを挟んで一方に、コンピュータで構成される厚み演算装置７からの指令に基づいてパルス状の励起レーザ光Ｌｅを出力する光源３が全反射ミラー２Ａに向けて設けてある。また、全反射ミラー２Ａ〜２Ｃを挟んで他方には、励起レーザ光Ｌｅの波長域の光を吸収するフィルタ４が設けられている。光源３から出力された励起レーザ光Ｌｅは全反射ミラー２Ａで反射されて下方の圧延材Ｍに向かい、その表面部分Ｍ１に入射して当該表面部分Ｍ１のごく僅かの材料を瞬時に蒸発飛散させ、この際の圧縮応力によって表面部分Ｍ１に超音波を生じさせる。励起レーザ光Ｌｅは上記表面部分Ｍ１で上方へ反射して全反射ミラー２Ｂに入射し、ここで再び下方の圧延材Ｍに向かって反射され、圧延材Ｍの他の表面部分Ｍ２に入射してこの部分に超音波を生じさせる。
【００１２】
表面部分Ｍ２で上方へ反射された励起レーザ光Ｌｅは全反射ミラー２Ｃで反射されて圧延材のさらに他の表面部分Ｍ３に入射し、この部分に超音波を生じさせる。当該表面部分Ｍ３で上方へ反射された励起レーザ光Ｌｅはフィルタ４へ入射してここで吸収される。厚み測定装置１内には複数（本実施形態では三個）のレーザ干渉計５Ａ〜５Ｃが設けてあり、これらレーザ干渉計５Ａ〜５Ｃは上記厚み演算装置７に接続されている。各レーザ干渉計５Ａ〜５Ｃからはそれぞれ上記各表面部分Ｍ１〜Ｍ３に向けて検出レーザ光Ｌｄが照射されており、これら検出レーザ光Ｌｄは上記各表面部分Ｍ１〜Ｍ３で反射されて再び上記各レーザ干渉計５Ａ〜５Ｃ方向へ戻る。
【００１３】
上記各表面部分Ｍ１〜Ｍ３に超音波を生じると検出レーザ光Ｌｄが変調されるから、レーザ干渉計５Ａ〜５Ｃでこれを抽出検出する。厚み演算装置７は抽出検出された超音波変調部より、最初に超音波が検出された時点から、当該超音波が圧延材Ｍ内を下方へ伝播して下面で反射され再び上記各表面部分Ｍ１〜Ｍ３にエコー超音波として戻るまでの時間を計測して、圧延材Ｍ内での既知の超音波の伝播速度より、各表面部分Ｍ１〜Ｍ３での圧延材Ｍの厚みを算出する。このようにして、煩雑な回転機構を使用することなく、高速で移動する圧延材Ｍの広い範囲の厚み分布を速やかに測定することができる。なお、全反射ミラー２Ａ〜２Ｃとレーザ干渉計５Ａ〜５Ｃの設置数を増やせば圧延材Ｍの厚み分布をさらに詳細に測定することができる。本実施形態において、全反射ミラー２Ａを省略して、光源３からの励起レーザ光Ｌｅを直接圧延材Ｍの表面部分Ｍ１に向けて照射するようにしても良い。
【００１４】
（第２実施形態）
図２には厚み測定装置１によって圧延材Ｍの厚み分布を測定する他の例を示す。圧延材Ｍを横切るように設けられた厚み測定装置１内にはビームスプリッター６が設けてあり、コンピュータで構成される厚み演算装置７からの指令に基づいて光源３から出力されたパルス状の励起レーザ光Ｌｅが水平方向からビームスプリッター６に入力している。励起レーザ光Ｌｅはビームスプリッター６で互いに逆方向へ向かう各分割光Ｌｅ１，Ｌｅ２に分割されて、圧延材Ｍの幅方向の異なる表面部分Ｍ４，Ｍ５に入射し、この部分に超音波を生じさせる。各表面部分Ｍ４，Ｍ５で上方へ反射された分割光Ｌｅ１、Ｌｅ２は、厚み測定装置１の両端部にそれぞれ設けられたフィルタ４Ａ，４Ｂに入力してここで吸収される。厚み測定装置１内には複数（本実施形態では二個）のレーザ干渉計５Ｄ，５Ｅが設けてあり、これらレーザ干渉計５Ｄ，５Ｅは上記厚み演算装置７に接続されている。各厚み測定回路５Ｄ，５Ｅからはそれぞれ上記各表面部分Ｍ４，Ｍ５に向けて検出レーザ光Ｌｄが照射されている。
【００１５】
検出レーザ光Ｌｄは上記各表面部分Ｍ４，Ｍ５で反射されて再び上記レーザ干渉計５Ｄ，５Ｅ方向へ戻る。各表面部分Ｍ４，Ｍ５に超音波を生じると検出レーザ光Ｌｄが変調されるから、レーザ干渉計５Ｄ，５Ｅでこれを抽出検出する。厚み演算装置７は抽出検出された超音波変調部より、最初に超音波が検出された時点から、当該超音波が圧延材Ｍ内を下方へ伝播して下面で反射され再び上記各表面部分Ｍ４，Ｍ５にエコー超音波として戻るまでの時間を計測して、圧延材Ｍ内での既知の超音波の伝播速度より、各表面部分Ｍ４，Ｍ５での圧延材Ｍの厚みを算出する。このようにして、本実施形態によっても、煩雑な回転機構を使用することなく、高速で移動する圧延材Ｍの広い範囲の厚み分布を速やかに測定することができる。なお、ビームスプリッター６とレーザ干渉計５Ｄ，５Ｅを増設することによって圧延材Ｍの厚み分布をさらに詳細に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る厚み測定装置の構成を示す透視斜視図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る厚み測定装置の構成を示す透視斜視図である。
【符号の説明】
【００１７】
１…厚み測定装置、２Ｂ，２Ｃ…全反射ミラー（光反射手段）、３…レーザ光源、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ…レーザ干渉計（厚み測定手段）、６…ビームスプリッター（光分割手段）、７…厚み演算装置（厚み測定手段）、Ｌｄ…検出レーザ光、Ｌｅ…励起レーザ光、Ｌｅ１，Ｌｅ２…分割光、Ｍ…被測定材料、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５…表面部分。
【図１】
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【図２】
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