(57)【要約】【課題】低コストで流体の流速分布が簡便に検出する。【解決手段】検出プレート１０は例えば板厚０．１〜０．３ｍｍのステンレス板の板材から成り、一点鎖線で囲む多数個の検出部１０ａが、縦横に等間隔で規則正しく配列されている。検出部１０ａは中心点から等角度で放射状に４本のスリットが切り込まれ、各スリットの端末は円形の孔部とされ、片持ち状とされた４枚の三角形状の開閉ブレード１０ｈが形成されている。検出部１０ａの大きさは流速の検出範囲の大きさ、検出密度にもよるが、例えば１ｍｍ角〜１０ｍｍ角程度或いはそれ以上の大きさまで広範囲に渡っている。検出プレート１０では、流体が当たる位置の検出部１０ａの開閉ブレード１０ｈが風圧により開く。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状の板材に多数個の検出部を縦横等間隔に配列し、流体の流れに対して直交又は所定の角度で配置して使用する流速分布検出用プレートであって、
前記検出部は複数のスリットにより区画した片持ち状の開閉ブレードを有し、該開閉ブレードの前記流体の流速に応じた開き具合に基づいて、前記流体の流量分布を検出することを特徴とする流速分布検出用プレート。
【請求項２】
前記検出部は前記スリットにより区画した三角形状の開閉ブレードを備えたことを特徴とする請求項１に記載の流速分布検出用プレート。
【請求項３】
前記検出部は前記スリットにより区画した四角形状の開閉ブレードを備えたことを特徴とする請求項１に記載の流速分布検出用プレート。
【請求項４】
前記スリットの端部は円形の孔部としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の流速分布検出用プレート。
【請求項５】
前記開閉ブレードの開き具合は画像センサを用いて検出することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の流速分布検出用プレート。
【請求項６】
前記画像センサは流速分布の状態を画像化してモニタに表示することを特徴とする請求項５に記載の流速分布検出用プレート。
【請求項７】
前記画像センサの出力を画像処理ソフトを用いて流速分布を数値データに変換することを特徴とする請求項５に記載の流速分布検出用プレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体、液体の流体の流速分布を検出する流速分布検出用プレートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーザー光により金属板等を切断加工するレーザー加工機等においては、切断された溶融物や蒸発したガス等を強制的に吹き飛ばすために、レーザー光に沿ってアシストガスを噴出させている。
【０００３】
このアシストガスは細径で可能な限り遠方まで均一な分布で流れることが好ましく切断面の面精度の向上、断面の傾斜の制御等において重要な要因となる。このアシストガスの噴流の正確性や再現性は、レーザー光そのものの性能に次いで重要な要素となっている。
【０００４】
しかし、レーザー加工機のアシストガスの噴流口には、塵埃、溶融物等が付着し易く、これらがアシストガスの噴流を乱す大きな原因となっている。従って、噴流口の検査が必要となり、従来は目視検査で行っているが、レーザー光で噴流口が削がれてしまったり、噴出孔の奥部に異物が付着した場合等は、アシストガスの噴流の良否の判別が困難である。
【０００５】
レーザー加工機で高精度な加工を行うためには、加工材料を変更したり、加工工程を変更する度に、或いは連続使用時において点検時間に達した場合には、加工した切断面を検査する必要がある。
【０００６】
しかし、切断面を目視した結果、加工面が悪かった場合においても、レーザー光自体に異常があるのか、或いはアシストガスの噴流の偏りに起因しているのかを直接、判断することは相当に困難である。
【０００７】
そこで、その原因を探求するために、レーザー光のパワー分布を検査することが好ましいが、レーザー光のパワー分布の検査は実験室レベルの装置が必要であり、計測装置の価格やその管理、そして操作に特別な技術が必要となり現実的ではない。
【０００８】
従って、レーザー光そのものの性能に次いで重要なアシストガスの噴流分布を検出することが次善の策となる。この検出により、アシストガスの再現性や、その流量分布が正確に中心部が多くなるような初期の設計機能を保持することが重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１７４７７７号公報
【特許文献２】特開２００２−３１１０４２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２０９４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
アシストガスの流速分布の測定方法としては、アシストガスに液体のトレーサを混入して、蛍光を利用してその分布を可視化することも知られているが、設備が高価となり実用的ではない。
【００１１】
また、一般的な気体、液体の流速分布の測定方法には、例えば特許文献１〜３が開示されている。
【００１２】
特許文献１では、検知すべき多数の位置に風車から成る気流チェッカを配置して、流量分布を検出するものであるが、広範囲の測定や高密度の測定には適していない。
【００１３】
また、特許文献１、２においては、多数の温度センサ、圧力センサ等を検出すべき位置に配置して、複雑な構成の装置により計測しており、装置が極めて大掛かりとなる。
【００１４】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、低コストで気体、液体の流速分布が簡便に検出可能な流速分布検出用プレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明に係る流速分布検出用プレートは、薄板状の板材に多数個の検出部を縦横等間隔に配列し、流体の流れに対して直交又は所定の角度で配置して使用する流速分布検出用プレートであって、前記検出部は複数のスリットにより区画した片持ち状の開閉ブレードを有し、該開閉ブレードの前記流体の流速に応じた開き具合に基づいて、前記流体の流量分布を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る流速分布検出用プレートは、規則性を持って配置した多数個の検出部の開閉ブレードの開き具合により、流量分布を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】レーザー加工機の概略図である。
【図２】実施例１の検出プレートの平面図である。
【図３】１個の検出部の拡大平面図である。
【図４】レーザー加工機に適用した状態の構成図である。
【図５】開閉ブレードの開き具合と流量の関係の説明図である。
【図６】検出プレート全体の開閉ブレードの開き具合の説明図である。
【図７】検出プレートの変形例の平面図である。
【図８】実施例２の検出プレートの平面図である。
【図９】開閉ブレードが開いた状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は本実施例の流速分布検出用プレートを適用するレーザー加工機１の概略図であり、例えばＣＯ2レーザー発振機から発振されたレーザー光Ｌは集光レンズ２等を介して、被加工物Ｓに集光するように配置されている。更に、上述のレーザー光Ｌの光軸に沿ってアシストガスＧが噴出されるようにノズル３が設けられている。
【００２０】
レーザー加工時においては、テーパ状であるノズル３を介して、集束したアシストガスＧをレーザー光Ｌの周囲に沿って噴出しながら、レーザー光Ｌにより被加工物Ｓを加工する。
【００２１】
しかし、上述したように加工前又は加工中に、アシストガスＧがレーザー光Ｌを中心として略円形に噴出されていることを、レーザー光Ｌの出射を停止して確認する必要がある。
【００２２】
図２は噴流の強度分布を検出するための実施例１の検出プレート１０の平面図を示している。検出プレート１０は例えば板厚０．１〜０．３ｍｍの薄板状のステンレス製の板材から成り、一点鎖線で囲む多数個の検出部１０ａが、縦横等間隔で格子状、マトリックス状に規則正しく配列されている。
【００２３】
図３は１個の検出部１０ａの拡大平面図であり、検出部１０ａは中心点１０ｂから等角度で放射状に４本のスリット１０ｃ〜１０ｆを配置し、各スリット１０ｃ〜１０ｆの端末は円形の孔部１０ｇとされ、片持ち状とされた４枚の三角形状の開閉ブレード１０ｈがスリット１０ｃ〜１０ｆにより区画して形成されている。なお、孔部１０ｇは開閉ブレード１０ｈがアシストガスＧの風力により大きく曲げられた場合に、検出部１０がスリット１０ｃ〜１０ｆに沿って裂けないようにするためのものである。
【００２４】
検出部１０ａの大きさは流速の検出範囲の大きさ、検出密度にもよるが、例えば１ｍｍ角〜１０ｍｍ角程度或いはそれ以上の大きさまで広範囲に渡っている。また、検出プレート１０自体が流体に対する抵抗とならずに、また検出すべき分布密度を高めるために、検出部１０ａ同士の間隔はできるだけ小さいほうが好適である。
【００２５】
図１に示すレーザー加工機１のアシストガスＧの流速分布を検出するには、被加工物Ｓを取り除き、検出プレート１０を図４に示すようにホルダ１１を介して、被加工物Ｓの位置に配置する。検出プレート１０の下方に、反射ミラー１２、レンズ１３等の光学系を介して画像センサ１４を配置し、検出部１０ａの開閉ブレード１０ｈを撮像するようにされている。画像センサ１４の出力は接続した画像処理手段１５を介してモニタ１６に送信されるようになっている。
【００２６】
なお、光学系がアシストガスＧの流量を防げないようにするために、反射ミラー１２、レンズ１３等はアシストガスＧの気流に影響を与えない程度の離れた距離に配置し、長焦点レンズを用いて、目視で観察又は画像センサ１４により撮像することが好ましい。
【００２７】
このように配置した検出プレート１０に対し、上方のノズル３からアシストガスＧを噴出させることにより、アシストガスＧの当たる位置の検出部１０ａの開閉ブレード１０ｈが風圧により下方に開く。
【００２８】
図５は開閉ブレード１０ｈの開き具合と流量の関係の説明図であり、アシストガスＧが下方から上方に流れるように図示している。図５（ａ）はアシストガスＧの風量が０で開閉ブレード１０ｈが開かない状態を示し、アシストガスＧの流量が大きくなることに応じて、図５（ｂ）から図５（ｃ）に示すように、開閉ブレード１０ｈの開き具合が大きくなる。
【００２９】
検出プレート１０には、多数個の検出部１０ａが等間隔に規則正しく配列されているために、図６に示すように、開閉ブレード１０ｈが開いた検出部１０ａでは後方が見えるので容易に開き具合を識別できる。図４の実施例の例では、検出プレート１０は５０ｍｍ角程度の大きさとし、アシストガスＧの主な検出部位は直径１０ｍｍ程度の範囲である。
【００３０】
検出プレート１０の正面から全体を見ると、各検出部１０ａの開閉ブレード１０ｈはその検出部１０ａにおける流速に従って開き具合が異なり、つまり開口面積が異なり、どの位置の流量が大きく、またどの位置の流量が少ないか、つまり流量分布を直ちに識別することができる。この識別は目視により確認することもできるが、データとして確認、記録するには、画像センサを用いて、検出プレート１０の状態を撮像し画像化することが好適である。
【００３１】
また、画像処理手段１５で画像処理ソフトを用いれば、アシストガスＧの流速分布の数値データを求めたり、噴流の拡がり、最強圧力点の分布等の様子をカラー等の各種の手続でモニタ１６上に表示することが可能である。この場合に検出部１０ａの孔部１０ｇは画像処理上の基準点とすることができる。
【００３２】
開閉ブレード１０ｈの開き具合を目視又は画像センサ１４を介して観察するにしても、開閉ブレード１０ｈの開き具合を明瞭に識別できることが好ましい。そのために、図６に示すように、例えば検出プレート１０の表面は明るく、開閉ブレード１０ｈが開いた後方は暗くするようにすることが考えられる。また、逆に検出プレート１０の表面を黒く加工し、後方を明るくすることもできる。
【００３３】
検出プレート１０は図７（ａ）に示すように３本のスリット１０ｉ〜１０ｋにより検出部１０ａについて３枚の三角形状の開閉ブレード１０ｈを形成したり、図７（ｂ）に示すように５本のスリット１０ｌ〜１０ｐによって５枚の開閉ブレード１０ｈを形成することも可能である。また、図７（ｃ）に示すように、２本のスリット１０ｑ、１０ｒにより各検出部１０ａについて、１枚の三角形状の開閉ブレード１０ｈを形成してもよい。更にスリットの数を多くして、開閉ブレード１０ｈの枚数を多くすることもできる。
【実施例２】
【００３４】
図８は実施例２の検出プレート２０の平面図である。この実施例２においては、各検出部２０ａにはＨ字形状にスリット２０ｂ〜２０ｆが形成されており、スリット２０ｂ〜２０ｅの端部は円形の孔部２０ｇとされ、各検出部２０ａは片持ち状の２枚の四角形状の開閉ブレード２０ｈを有している。
【００３５】
この検出プレート２０においても、検出プレート２０に直交する方向に流体を吹き付けると、図９に示すように開閉ブレード２０ｈが開き、この開き具合は流速に依存する。
【００３６】
なお、実施例２の検出部２０ａは開閉ブレード２０ｈは２枚の四角板から構成したが、この数は１枚であっても、更には枚数を増加してもよい。また、この場合に隣接する検出部２０ａでは同じスリットを共用することもできる。
【００３７】
実施例１、２による検出プレートの流速分布は、目視や画像センサの出力の観察により確認できるが、流速と開閉ブレードの開き具合の大きさの関係は、校正を基に、或いは材料力学的な数式により算出できるので、流速分布を数値的に求めることも可能であり、条件が整えば各検出部ごとの流速も計測することができる。
【００３８】
また、開閉ブレードの開き形状をそれぞれ画像認識処理することで、流量分布の数値データに変換して求めるだけでなく、個々の開閉ブレードの開き具合の不均一性から噴流の方向（ベクトル）も計測することも可能である。
【００３９】
また、検出プレートの材質、厚み等を選択することにより、種々の流速の大きさ、流体の種類、温度、圧力等に対応できる。更に、検出プレートは金属製とは限らず、例えば板材は微弱な流量に対して合成樹脂材、不織布、紙などが好適である。更に、開閉ブレードは復元力を有する素材から成るため、流体の噴出を停止することで形状が復元し、繰り返して利用することが可能である。
【００４０】
また、人が近付けない場所や雰囲気においても観察ができ、更には高速度カメラを使用すると、高速現象の検出も可能となる。
【００４１】
更に、実施例では検出プレートを流体の流れに対して直交して配置するように説明したが、設置条件によっては直交することなく、所定の角度で配置することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
上述の実施例においては、例としてレーザー加工機のアシストガスの噴流分布の検出について述べたが、レーザー加工機以外においても、各種産業機器や、身近なものでは、例えばエアコンの気流分布の検出などに利用できる。そして、小さな配管内の流速分布から、大きな海流に対する検出までの広範囲に適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  レーザー加工機
２  集光レンズ
３  ノズル
１０、２０  検出プレート
１０ａ、２０ａ  検出部
１０ｃ〜１０ｆ、１０ｉ〜１０ｒ、２０ｂ〜２０ｆ  スリット
１０ｇ、２０ｇ  孔部
１０ｈ、２０ｈ  開閉ブレード
１４  画像センサ
１５  画像処理手段
１６  モニタ
Ｌ  レーザー光
Ｇ  アシストガス
Ｓ  被加工物
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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