JPH04213009A - 検査装置 - Google Patents

検査装置

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Publication number
JPH04213009A
JPH04213009A JP3035238A JP3523891A JPH04213009A JP H04213009 A JPH04213009 A JP H04213009A JP 3035238 A JP3035238 A JP 3035238A JP 3523891 A JP3523891 A JP 3523891A JP H04213009 A JPH04213009 A JP H04213009A
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JP
Japan
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distance
inspection device
measuring
energy pulse
mixing
Prior art date
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Application number
JP3035238A
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English (en)
Inventor
James E Young
ジェイムス エリス ヤング
Ali Regimand
アリ レジマンド
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Troxler Electronic Laboratories Inc
Original Assignee
Troxler Electronic Laboratories Inc
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Filing date
Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/22Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects
    • G01K11/24Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects of the velocity of propagation of sound

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ある表面までの距離を
正確に測定する装置及び方法に関し、特に周囲の流体を
介してある表面に至る距離を正確に測定する装置及び方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】物体までの距離を決定する超音波測定装
置は周知であり、例えば米国特許第4,254,478
 号及び第4,581,726 号明細書に記載されて
いる。このような装置は大気或いは水のような流体の媒
体を介して超音波を送り、物体から反射して戻った超音
波を受ける。この装置は流体の媒体を通る超音波の速度
に基づいて、物体までの距離を極めて正確に決定するこ
とができる。このような超音波距離測定装置はナビゲー
タ、深さセンサ、液面センサ等を含む極めて多くの分野
に適用されている。
【0003】しかし、超音波距離測定装置は、温度が流
体を通る音速に影響を及ぼすという理由で流体の媒体の
温度変化に極めて感応しやすい。従って、多くの装置は
流体の温度を補正する手段を有している。米国特許第4
,541,732 号明細書に開示されているように、
既知の距離を伝搬する超音波を用いて温度を測定するあ
る装置が開発されている。超音波の伝搬変化を補償する
ある既知の手段は、超音波を送出し、一定で既知の距離
に亘って伝搬するこの超音波を受けることにある。この
技術は米国特許第4,979,197 号明細書に記載
された装置で採用されている。この装置では、測定距離
は核密度測定計器と固められる材料の表面との間の距離
である。この装置では、核密度測定計器と材料の表面と
の間の距離が材料の密度の測定に著しい影響を及ぼす為
にこの距離は極めて重要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、熱いアスファ
ルトの密度を測定している際、アスファルト上の大気は
大気温度が変化する複数の層に成層化されるおそれがあ
る。従って、距離測定用の超音波パルスは、基準測定用
の超音波パルスが伝搬する大気とは異なる温度の大気を
伝搬する。これにより、密度測定の精度に悪影響を及ぼ
す誤差を距離測定に導入するおそれを生じる。本発明の
目的は、距離を正確に測定し、従来技術の上述した欠点
及び制限を無くすようにした方法及び装置を提供せんと
するにある。より詳細な本発明の目的は、周囲の流体の
温度の均一な且つ不均一な変化を補償する、物体までの
距離を正確に測定する方法及び装置を提供せんとするこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明検査装置は、ある
表面に向いて配置され、エネルギーパルスを前記表面に
向けて送出し、この表面で反射させて戻すのに要する時
間を測定する距離測定手段を具える。エネルギーパルス
の伝搬速度の変化を補償するために、本発明検査装置に
は、エネルギーパルスを一定の距離に亘って送出するの
に要する時間を測定し、これにより測定基準を得る基準
測定手段を装着する。本発明による検査装置には更に、
前記の表面と前記の基準測定手段との間の領域における
流体を混合し、前記の基準測定手段のエネルギーパルス
通路における流体の温度が前記の表面の付近の温度をよ
り一層近似して表わすようにする混合手段を設ける。
【0006】周囲の流体を通ってある表面に至る距離を
測定する本発明による方法では、エネルギーパルスが検
査装置と前記の表面との間を伝搬するのに要する時間を
測定し、これにより検査装置と前記の表面との間の測定
距離を得る時間測定工程と、エネルギーパルスが一定の
距離に亘って伝搬するのに要する時間を測定し、これに
よりエネルギーパルスの伝搬速度の変化を補償する時間
測定工程とを行なう。本発明による方法では、更に、前
記の表面と基準測定手段との間の領域中の前記の流体を
混合し、基準測定手段のエネルギーパルス伝搬路中の温
度が前記の表面の付近の温度を一層近似して表わすよう
にする工程を行なう。
【0007】本発明による方法及び装置は、周囲の流体
が温度に関して成層状態となる場合に特に有効である。 本発明は例えば、アスファルト表面に近づくにつれて大
気が熱くなり、アスファルト表面から離れるにつれて大
気が逐次冷たくなって周囲条件に近づくようになる熱い
アスファルトの密度を測定する非接触型核密度計器と組
合せて用いることができる。周囲の流体の混合は、核密
度計器の凹所室内で達成し、この周囲の流体がこの凹所
室内で渦巻いて均一な混合体を形成するようにすること
ができる。
【0008】
【実施例】図5は核密度検査測定装置の構成素子として
形成した本発明の好適実施例を示す。本例では、本発明
により核密度測定ユニット20と地面Sとの間の“空隙
”Gを測定する。空隙Gは、後に説明するように密度測
定の精度に可成り影響を及ぼす。しかし、核密度検査装
置を簡単に説明することにより本発明を良好に理解しう
るであろう。
【0009】図1を参照するに、10は、一般に土、舗
装材料等を圧延し、固めるのに用いる種類のコンパクタ
ビークルを示す。このコンパクタビークルはシャシ11
 (図3参照)と、このシャシ11に装着されコンパク
タビークルの車輪として作用する大直径平坦表面のロー
ラ12, 13とを有している。シャシの中央部分には
図示するようにドライバーシート14が配置され、コン
パクタビークルの方向及び速度を制御しうるようにする
ために適切な制御手段15が設けられている。又、コン
パクタビークルを舗道に沿って推進させるために通常の
ように適切なモータ手段 (図示せず) が設けられて
いる。
【0010】核密度測定装置は、コンパクタビークルの
下側に装着され舗道の路面に接近して位置する密度測定
ユニット20と、コンパクタビークルの上にあるドライ
バーシート14の位置でアクセスしうるコンソル (制
御卓) ユニット40との2つのユニットを有する。核
密度測定ユニット20とコンソルユニット40とはケー
ブル21により相互接続されている。コンソルユニット
40は、運転者が計器の動作を制御しうるようにするキ
ーボード41と計器により得た読取密度やその他の情報
を運転者に伝達するディスプレイ42とを有する。核密
度検査装置の構成素子をこのようにして装着することに
より、コンパクタビークルの運転中に舗装材料の密度を
測定し且つ読出した舗装材料の密度をコンパクタビーク
ルの運転者にすばやく与えることができるようになる。 このようにすることにより、コンパクタビークルの運転
者が所望の固め度合いを達成するのに充分な回数の圧延
通過を終了したかどうかを直ちに知ることができるるよ
うになる。
【0011】図3に最も良好に示されているように、核
密度測定ユニット20を舗道の路面からある短い距離で
懸垂関係に装着するための装着手段がコンパクタビーク
ルの下側面上に設けられている。図示の特定の実施例で
は、この装着手段は、コンパクタビークルのシャシ11
に装着されこのコンパクタビークルを横切るように延在
する細長状ビーム22を有している。核密度測定ユニッ
ト20は3つの可調整装着用ブラケット24によりビー
ム22から懸垂されている。これらブラケット24は、
核密度測定ユニットをあらゆる方向に自由に移動せしめ
るようにするためにビーム22に回動自在に装着されて
いる。従って、核密度測定ユニットが舗道の路面から突
出する障害物に当たった場合、この核密度測定ユニット
は障害物からそれるように自由に揺れることができ、そ
の後にその常規の懸垂動作位置に復帰しうる。或いは又
、ワイヤ25を介して核密度測定ユニット20に連結さ
れたハンドル26を持ち上げることにより、核密度測定
ユニットを持ち上げ、この核密度測定ユニットが障害物
に当たらないようにすることもできる。又、核密度測定
ユニットの未使用中にこれを持ち上げておくこともでき
る。
【0012】図5に最も良好に示してあるように、核密
度測定ユニット20は、舗道の路面Sに対し離間し且つ
ほぼ平行に向いた比較的平滑で平坦な下側面を有するハ
ウジング30を具えている。このハウジング30は適切
な放射源31と検出手段32とを収容している。放射源
31はガンマ線を路面Sに向けて下方に放出するために
ハウジングの一端に隣接して装着されている。検出手段
32は、下側の舗道から後方散乱されたガンマ線を検出
するためにハウジングの他端に隣接して装着されている
。単位時間当り計数されるガンマ線の量は下側の舗装材
料の密度と、路面S及び検出手段32間の空隙間隔Gと
の関数となる。従って、密度測定を正確にするためには
空隙Gを正確に決定する必要がある。核密度測定ユニッ
ト20には、更に放射源31を囲み且つ検出手段32を
囲む遮蔽体34が設けられており、この遮蔽体により通
常のようにガンマ線が放射源から検出手段に直接到達し
ないようになっている。更に、計器を測定に用いない場
合に放射源を完全に遮蔽する手段 (図示せず) が設
けられている。
【0013】図6を参照するに、検出手段32には対応
の増幅器52が電気的に接続されている。更に、検出手
段32には必要に応じ高電圧源60を接続する。増幅器
52の出力は入出力回路62に供給され、この入出力回
路を経てマイクロプロセッサ66の形態で示す電子計算
装置とディスプレイ42とに与えられる。装置全体に対
する電力は電力コントローラ68により与えられる。
【0014】図5を参照するに、ハウジング30は、路
面Sにほぼ対向するハウジング30の下側面にある凹所
室71を有する。この凹所室71内では、超音波エネル
ギーパルスを路面Sに向けて下方に放出する超音波距離
測定用送信機35が一般に水平な面に沿って装着されて
いる。この送信機35と共働する超音波受信機36が凹
所室71内に水平面に沿い且つ前記の送信機35に隣接
して装着されており、この受信機は路面Sから反射され
た超音波エネルギーパルスを受けるために一般に下方に
向いている。既知のように、超音波エネルギーパルスが
送信機35から路面Sに達し、受信機36に戻るまでの
パルス伝搬距離は、経過時間にパルスの速度を乗じた値
によって決定される。 送信機35及び受信機36を制御するとともにモニタし
、且つパルスの伝搬中に経過する時間をマークするため
に超音波ドライバ54  (図6)が設けられている。 後の計算のためにこの経過時間を記憶するために、この
超音波ドライバ54には入出力回路62 (図6)を介
してマイクロプロセッサ66(図6)が接続されている
【0015】超音波パルスは大気の温度に依存する音速
で大気中を伝搬する。従って、大気温度の変化が音速を
変える。大気を通る超音波パルスの速度に対し基準を与
えるために、凹所室71内のほぼ垂直な壁部に沿い、基
準測定超音波送信機37が設けられ、この送信機37は
凹所室71内の反対側の対向壁部に超音波エネルギーパ
ルスを向けるためにほぼ水平に向けられている。また、
前記の対向壁部から反射した超音波エネルギーパルスを
受信するために、送信機37と共働する基準測定超音波
受信機38が凹所室71内で送信機37に隣接して装着
されている。基準超音波パルスが伝搬する距離は一定で
ある為、このパルスがこの一定の距離を伝搬する経過時
間を測定することによりパルス速度に対する基準が得ら
れる。送信機35からの測定パルスの経過時間に対しこ
の基準を用い、この値でトランスジューサである送信機
35及び受信機36によって測定した距離を割ることに
より、マイクロプロセッサ66 (図6)が温度変化に
よる音速の変化を補正でき、空隙Gの間隔をより正確に
計算しうる。
【0016】図面から明らかなように、基準パルスは完
全に凹所室71内の通路を伝搬し、一方、距離(間隔)
測定用のパルスは部分的に凹所室71内を、部分的に凹
所室の外部を伝搬する。凹所室外の大気温度が凹所室内
の大気温度と相違するものとすると、基準測定は距離測
定用の超音波パルスに関する温度を正確に表わさない。 特に、核密度測定ユニット20を、アスファルトの表面
における大気層を加熱し異なる温度の成層の大気層を生
ぜしめおそれのある熱いアスファルトに対し用いている
場合に、大気温度が異なるものとなる。このような成層
の大気層は、超音波測定パルスの屈折又は温度差により
音速の変化或いはその双方により測定距離に誤差を導入
するおそれがある。空隙Gの間隔測定又は密度測定に誤
差を導入するこの原因は従来認識されていなかった。こ
の原因を無くすために、核密度検査装置20及び40に
、ハウジング30の凹所室71内及びその下側の空隙内
の大気を混合する手段を設ける。すなわち、ハウジング
30にファン72を設ける。このファンにはダクト74
を連結し、このダクトにより空気流を凹所室71内に向
ける。図5で矢印73で示すように、空気流は下側の路
面Sに向けてほぼ下方に放出され、この路面に当って凹
所室内に再び戻り、これにより渦巻いた空気流パターン
を生ぜしめる。渦巻いた空気流は超音波送信機及び受信
機35, 36, 37,38間の領域における大気と
ハウジング及び路面S間の空隙領域における大気とを混
合し、温度の成層を無くすとともに基準測定送信機37
及び受信機38の超音波通路中の大気温度が、高さ測定
用の超音波パルスの通路中の大気温度を一層近似して表
わすようになる。従って、大気の混合により凹所室71
の内外の大気温度が平均化される。更に、超音波測定通
路内の大気の混合により、大気がほぼ均質となり、従っ
て超音波パルスの屈折やひずみが無くなり、これにより
距離測定の全精度が高まる。
【0017】本発明は上述した実施例に限定されず、幾
多の変更を加えうること勿論である。更に、上述したと
ころでは特定の用語を用いたが、本発明はこれらの用語
の特定の意味に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適実施例による核密度検査装置を装
着したコンパクタビークルを示す側面図である。
【図2】図1に示すコンパクタビークルの頂面図である
【図3】図1に示すコンパクタビークルを下側から見た
斜視図である。
【図4】図1の4−4線にほぼ沿って断面とし矢の方向
に見たコンパクタビークルの断面図であって、核密度測
定ユニットを舗道路面からわずかの距離に懸垂した状態
及び核密度測定ユニットの未使用中にこれを引き込んだ
状態を示す図である。
【図5】図4の核密度測定ユニットを拡大し、そのハウ
ジングの一部を切欠し、その内部の素子、特に本発明の
距離測定用の装置を示すようにした図である。
【図6】本発明の距離測定用の装置の電気構成素子を示
すブロック線図である。
【符号の説明】
10  コンパクタビークル 11  シャシ 12, 13  ローラ 14  ドライバーシート 15  制御手段 20  核密度測定ユニット 21  ケーブル 22  細長状ビーム 24  ブラケット 25  ワイヤ 26  ハンドル 30  ハウジング 31  放射源 32  検出手段 34  遮蔽体 35, 37  送信機 36, 38  受信機 40  コンソルユニット 41  キーボード 42  ディスプレイ 52  増幅器 54  超音波ドライバ 60  高電圧源 62  入出力回路 66  マイクロプロセッサ 68  電力コントローラ 71  凹所室 72  ファン 73  空気流

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  周囲の流体を通ってある表面に至る距
    離を正確に測定する検査装置において、該検査装置が有
    する距離測定手段であって、該距離測定手段が前記の表
    面に向いて配置され、エネルギーパルスを前記表面に向
    けて送出し、この表面で反射させて戻すのに要する時間
    を測定する当該距離測定手段と、前記の検査装置が有す
    る基準測定手段であって、該基準測定手段は、エネルギ
    ーパルスを一定の距離に亘って送出するのに要する時間
    を測定し、これにより温度変化によるエネルギーパルス
    の伝搬速度の変化を補償する測定基準を得るように装着
    された当該基準測定手段と、前記の表面と前記の基準測
    定手段との間の領域中の前記の周囲の流体を混合し、前
    記の基準測定手段のエネルギーパルス通路中の流体の温
    度が前記の表面の付近の温度をより一層近似して表わす
    ようにする混合手段とを具えていることを特徴とする検
    査装置。
  2. 【請求項2】  請求項1に記載の検査装置において、
    前記の距離測定手段及び基準測定手段の各々が、超音波
    エネルギーのバーストを送信及び受信する共働の超音波
    送信機及び受信機の対を有していることを特徴とする検
    査装置。
  3. 【請求項3】  請求項1に記載の検査装置において、
    前記の混合手段は、周囲の流体の流れを前記の表面に向
    けて周囲の流体を混合する手段を有していることを特徴
    とする検査装置。
  4. 【請求項4】  請求項3に記載の検査装置において、
    前記の混合手段は、周囲の流体の流れを生ぜしめるファ
    ンと、このファンと共働して前記の流体の流れを前記の
    表面に向けるダクトとを有していること特徴とする検査
    装置。
  5. 【請求項5】  請求項1に記載の検査装置において、
    該検査装置はハウジングを有し、このハウジングに凹所
    室が設けられ、この凹所室内に前記の測定手段が位置し
    ていることを特徴とする検査装置。
  6. 【請求項6】  請求項5に記載の検査装置において、
    周囲の流体を混合する前記の混合手段は周囲の流体を前
    記の凹所室内で渦巻くようになっていることを特徴とす
    る検査装置。
  7. 【請求項7】  請求項5又は6に記載の検査装置にお
    いて、前記のハウジングは検査材料に対し離間関係で対
    向して配置されるようにした壁部を有し、ハウジングと
    検査材料の表面との間に空隙を形成するようになってお
    り、前記のハウジングは放射を検査材料に向けて放出す
    る核放射源を具えており、前記のハウジングは更に、前
    記の検査材料から反射された放射を受けて検出する核放
    射検出器を具えていることを特徴とする検査装置。
  8. 【請求項8】  検査装置からある表面までの距離を正
    確に測定するに当り、エネルギーパルスが検査装置と前
    記の表面との間を伝搬するのに要する時間を測定し、こ
    れにより検査装置と前記の表面との間の測定距離を得る
    時間測定工程と、エネルギーパルスが一定の距離に亘っ
    て伝搬するのに要する時間を測定し、これにより温度変
    化によるエネルギーパルスの伝搬速度の変化を補償する
    測定基準を得る時間測定工程と、前記の表面及び検査装
    置間の領域と、エネルギーパルスの伝搬路とにおける大
    気を混合し、測定基準を得るエネルギーパルスの伝搬路
    中の大気の温度が距離測定を行なう個所の大気の温度を
    より近似して表わすようにする混合工程とを行なうこと
    を特徴とする距離測定方法。
  9. 【請求項9】  請求項8に記載の距離測定方法におい
    て、前記の混合工程が、大気の流れを前記の検査材料の
    表面の方向に向ける工程を有していることを特徴とする
    距離測定方法。
  10. 【請求項10】  請求項8に記載の距離測定方法にお
    いて、測定距離と測定基準とはハウジングの凹所室を用
    いて形成し、前記の混合工程は大気の流れを前記の表面
    の方向に向けるとともに大気を凹所室内で渦巻きにする
    工程を有していることを特徴とする距離測定方法。
  11. 【請求項11】  請求項8に記載の距離測定方法にお
    いて、前記のエネルギーパルスとして超音波エネルギー
    パルスを送出する工程が行なわれることを特徴とする距
    離測定方法。
  12. 【請求項12】  検査材料の密度を測定するに当り、
    空隙を経て検査材料に放射を向ける工程と、検査材料か
    ら前記の空隙を経て後方散乱される放射を測定する工程
    と、超音波エネルギーパルスが検査装置と検査材料との
    間を伝搬するのに要する時間を測定し、空隙の測量を行
    なう工程と、超音波エネルギーパルスが一定の距離を伝
    搬するのに要する時間を測定し、これにより温度変化に
    よる超音波エネルギーパルスの伝搬速度の変化を補償す
    る測定基準を得る工程と、検査材料の表面及び検査装置
    間の領域と、超音波エネルギーパルスの伝搬路とにおけ
    る大気を混合し、測定基準を得る超音波エネルギーパル
    スの伝搬路における大気の温度が距離測定を行なう個所
    の大気の温度を一層近似して表わすようにする工程と、
    空隙の測量及びこの空隙を通して測定した後方散乱放射
    の測定値とに基づいて検査材料の密度を決定する工程と
    を行なうことを特徴とする検査材料密度測定方法。
JP3035238A 1990-02-05 1991-02-05 検査装置 Pending JPH04213009A (ja)

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US07/475,135 US5029194A (en) 1990-02-05 1990-02-05 Method and apparatus for accurately measuring the distance to a surface
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JP (1) JPH04213009A (ja)
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AU (1) AU632253B2 (ja)
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