KR101985052B1 - 유막 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

수면(검출 대상면)과의 거리가 떨어져 있는 경우에도, 확실하고 정밀도가 좋게 유막을 검출할 수 있는 유막 검출 장치를 제공한다. 검출기(W) 내에, 적어도 광원(1)과 요면경(concave mirror)(2)과 수광부(4)를 수용하는 수용부(5)와, 상기 수용부(5)를 수밀하게 밀봉하는 창(window)(6)을 구비하고, 광원(1)에서 검출 대상면을 향해서 빛을 조사하고, 검출 대상면으로부터의 반사광을 요면경(2)에 의해 집광하여 수광부(4)에 수광시킴으로써, 검출 대상면에 존재하는 유막을 검출하는 유막 검출 장치에 있어서, 광원(1)은, 요면경(2)의 위쪽에 배치되고, 대략 연직 방향으로 빛을 출사하고, 요면경(2)은, 해당 요면경(2)의 광축이 수평 방향에 대해서 직교하도록 배치됨과 동시에, 해당 요면경(2)의 광축보다 어긋난 위치에, 광원(1)으로부터의 출사광을 통과시키는 관통공(3)을 갖고, 수광부(4)는, 요면경(2)의 광축 상의 초점 위치에 배치되도록 한다.

Description

유막 검출 장치{OIL FILM DETECTION DEVICE}
이 발명은, 정수장이나 하천, 호수와 늪 등의 수면(검출 대상면)에 존재하는 유막을 검출하기 위한 유막 검출 장치에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들면, 정수장이나 하천, 호수와 늪 등에 유막이 존재하는 경우에는, 취수의 중지 등의 조치를 실시할 필요가 있고, 공장의 처리수에 유막이 존재하는 경우에는, 처리 공정의 점검이나 배수의 중지 등의 조치가 필요하거나 하기 때문에, 수면의 유막 검출을 하고 있다. 이 유막 검출 장치로서는, 여러 가지의 방식의 것이 알려져 있지만, 유막에 의한 빛의 반사율이 수면에 의한 빛의 반사율보다 높은 것에 주목하여, 수면으로부터의 반사광의 강도를 측정하여 유막을 검출하는 유막 검출 장치가 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 광원에서 수면 등의 검출 대상면에 레이저 광을 조사하고, 검출 대상면으로부터의 반사광을 수광하여 검출 대상면에 존재하는 유막을 검출하는 유막 검출 장치에 있어서, X 방향 구동 전압, Y 방향 구동 전압을 인가하여 각각 발생시킨 변위에 의해 레이저광을 2 차원적으로 주사하고, 검출 대상면에서의 레이저광의 조사 범위로서 소망하는 평면을 형성하는 2 차원 주사부를 구비하는 유막 검출 장치가 개시되고 있다.
또, 특허문헌 2에는, 수면을 향해서 빛을 조사하는 발광부와, 수면에서의 반사광을 수광하는 수광부를 구비하고, 수광부에서 수광한 반사 광량으로부터 수면 상의 유막의 유무를 검출하는 유막 검출 장치에 있어서, 발광부로부터 발생된 빛을 발산시켜 발산 빔으로서 수면에 조사하는 오목 렌즈와, 오목 렌즈와 수면 사이에 설치되어, 발산 빔의 수면에서의 반사광이 입사했을 때, 그 입사광을 입사 경로와 대략 같은 경로로 수면을 향해서 반사하는 회귀성의 리플렉터를 구비하고, 리플렉터로 반사된 빛이, 수면에서 반사된 수렴 빔이 되고 오목 렌즈를 투과하여 수광부에서 수광되는 유막 검출 장치가 개시되고 있다.
한편, 유막 검출 장치에는, 플로트식과 고정식이 있고, 플로트식의 경우에는, 수면에 띄워 측정하는 것이기 때문에, 수위의 변동에 항상 추종 할 수 있다. 그러나, 예를 들면 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시되고 있는 고정식의 경우에는, 수면과 검출기의 거리가 수위의 변동에 따라 변화한다. 이 때문에, 수면을 향해 대략 연직 방향으로 빛을 조사하도록 구성하고, 항상 수면(검출 대상면)의 소망한 범위에 빛을 조사할 수 있도록 하는 등, 수위의 변동에 따라 변화하는 광학계의 위치 관계에 기인하는 문제의 해결은 이루어지고 있지만, 호우 등에 의해 수면이 비정상으로 상승하면, 평상시의 수면으로부터 비교적 가까운 위치에 설치되어 있는 검출기가 수몰되어 버릴 우려가 있다. 그래서, 수면으로부터 충분히 거리를 떼어 놓아 설치해도 측정할 수 있으며, 또한, 정밀도 좋게 유막을 검출할 수 있는 유막 검출 장치가 요구되고 있다.
국제 공보 제2009/022649호 특개2005-24414호 공보
그렇지만, 예를 들면 특허문헌 1과 같은 종래의 유막 검출 장치의 검출기는, 광학계의 결로방지나 전기부의 보호를 위해서, 도 15에 나타내듯이, 광원·주사부(110), 요면경(120), 수광부(140) 등을 수용부(150)에 수용하고, 창(160)에 의해 수밀하게 밀봉하도록 구성되어 있다. 그리고, 이 검출기(100)의 창(160)은, 수평면에 대해서 소정 각도 경사하여 검출기(100)에 장착되어 있다. 이것은, 광원(110)으로부터의 출사광이, 창(160)의 천장면(top face) 및 저면(bottom face)에서 반사하여 미광(迷光, stray light)이 되는 것을 막기 위한 것이며, 예를 들면, 광원(110)으로부터 출사되어 창(160)의 천장면에서 반사한 빛이 요면경(120)에 입사 했다고 해도, 그 반사광은 G 지점으로 이끌려, 수광부(140)에는 입사하지 않도록 되어 있다. 그렇지만, 수평면에 대해서 경사하는 창(160)에 의해 수용부(150)를 수밀하게 밀봉하기 위한 구조의 설계·가공은 복잡하고, 조립의 작업성도 나쁘고, 코스트도 커진다고 하는 과제가 있었다.
또, 종래의 유막 검출 장치는, 예를 들면 도 15나 특허문헌 1의 도 6, 도 8 등에 나타낸 요면경(120, 40)과 같이 초점 위치가 시프트하고 있는 이른바 축외 포물면경(off-axis parabolic mirror) 등을 사용하고, 검출 대상면으로부터의 반사광이 수광부에 의해 차단되지 않게 하고, 적은 면적이어도 효율적으로 효율적으로 집광할 수 있도록 하고 있지만, 더욱 정밀도 좋게 유막을 검출하기 위해서는, 요면경을 크게 할 필요가 있다. 그러나, 대형의 축외 포물면경을 제작하려면 큰 블록에서 깎기 시작하지 않으면 안 되기 때문에 코스트가 커지고, 또, 요면경을 크게 하면 검출기의 구경도 커지기 때문에, 상술한 바와 같은 경사된 창을 짜 넣으면, 검출기의 수직 방향의 치수도 커져서 검출기가 대형화한다, 라는 과제가 있었다.
한편, 예를 들면 특허문헌 2와 같은 종래의 유막 검출 장치는, 수면에서의 반사광을 회귀성 리플렉터로 반사시켜 빛을 왕복시켜 검출하는 것이기 때문에, 반사광의 감쇠량이 크고, 수면과의 거리가 멀어지면 수광부에 닿는 광량이 지극히 작아져서, 감도 좋게 측정할 수 없도록 되어 버린다, 라는 과제가 있었다.
또한, 예를 들면 도 15에 나타낸 것 같은 종래의 유막 검출 장치에서는, 광학계의 위치 관계에 따라, 센서의 위치를 미세 조정할 필요가 생긴다.
그렇지만, 수면으로부터의 반사광을 차단할 수 없도록 하면서, 위치 조정하는 기구를 구비하는 것이 곤란하다, 라는 과제가 있었다.
이 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, 수면(검출 대상면)과의 거리가 떨어져 있는 경우에도, 확실하고 정밀도 좋게 유막을 검출할 수 있는 유막 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 이 발명은, 수평 방향으로 펼쳐진 검출 대상면에 대해서 대략 평행하게 설치되는 검출기 내에, 적어도 광원과 요면경과 수광부를 수용하는 수용부와, 해당 수용부를 수밀하게 밀봉하는 창(window)을 구비하고, 상기 광원에서 상기 검출 대상면을 향해서 빛을 조사하고, 상기 검출 대상면으로부터의 반사광을 상기 요면경에 의해 집광하여 상기 수광부에 수광시킴으로써, 상기 검출 대상면에 존재하는 유막을 검출하는 유막 검출 장치에 있어서, 상기 광원은, 상기 요면경의 위쪽에 배치되어, 대략 연직 방향으로 빛을 출사하고, 상기 요면경은, 해당 요면경의 광축이 수평 방향에 대해서 직교하도록 배치되는 것과 동시에, 해당 요면경의 광축보다 어긋난 위치에, 상기 광원으로부터의 출사광을 통과시키는 관통공을 갖고, 상기 수광부는, 상기 요면경의 광축 상의 초점 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 창은, 상기 검출기의 수평 단면에 대해서 평행에 배설되는 것과 동시에, 해당창의 일부에 상기 출사광을 투과 시키는 출사창이 수평면에 대해서 소정 각도 경사해서 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수광부는, 상기 광원으로부터 조사된 광축의 방향으로 「폭」을 갖고, 상기 광축에 대해서 직행하는 방향으로 상기 「폭」보다 긴 「길이」라고 상기 「폭」보다 짧은 「두께」를 갖는 적어도 2 이상의 박판에 의해 보고 유지되고, 상기 박판은, 상기 「폭」 방향 및 「길이」 방향으로 이루어지는 평면에서, 두부를 갖는 박판용 수나사를 상기 「두께」 방향에서 삽입 가능한 대략 T자 모양의 절개를 구비하고, 상기 검출기는, 상기 각각의 박판에 대응하는 지주(支柱)를 구비하고, 상기 지주는, 긴 방향으로 상기 박판의 「폭」보다 긴 슬릿을 구비하는 것과 동시에, 해당 슬릿 내에 상기 박판용 수나사와 나합 가능한 암나사를 구비하는 것이며, 상기 박판을 상기 대응하는 지주의 슬릿 내에 삽입하고, 상기 박판용 수나사를 그 좌면(座面, seating face)이 상기 대략 T자 모양의 절개의 「두께」를 상기 지주의 방향으로 압압하도록 상기 슬릿 내의 암나사에 나합시킴으로써, 상기 박판을 위치 조정 가능하게 상기 대응하는 지주에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 지주는, 상기 슬릿을 갖는 부분에서 상기 박판과 간섭하지 않는 위치에 고정나사용의 관통공 및 고정나사용 암나사를 구비하고, 상기 고정나사용의 관통공을 개입시켜 상기 고정나사용 암나사에 고정나사가 나합되는 것을 특징으로 한다.
이 발명에 의하면, 검출 대상면을 향해서 광원으로부터 대략 연직 방향으로 빛이 조사되고, 검출 대상면으로부터 반사한 빛을 집광하는 요면경이 그 광축이 수평 방향으로 직교하도록 배치되고, 수광부가 요면경의 광축 상의 초점 위치에 배치되는(즉, 축외 요면경이 아닌 요면경을 이용한다) 것에 따라, 수면(검출 대상면)까지의 거리가 떨어져 있는 경우에도, 확실하고 정밀도 좋게 유막을 검출할 수 있다. 또, 검출기 내의 수용부를 수밀하게 밀봉하는 창은, 검출기의 수평 단면에 대해서 평행에 배설되기 때문에, 수용부를 수밀하게 밀봉하는 구조는 일반적인 것이면 되고, 가공이 용이하고 조립의 작업성도 좋은 유막 검출 장치를 제공할 수 있다. 더욱이, 창의 일부에, 출사광을 투과시키는 출사창이 수평면에 대해서 소정 각도 경사해서 설치됨으로써, 검출기의 대형화를 회피하면서 정밀도 좋게 유막을 검출할 수 있는 유막 검출 장치를 제공할 수 있다.
또, 수광부를 박판에 의해 보관 유지하고, 그 박판을 지주에 고정할 때, 박판용 수나사를 이용하고, 간단하게 위치 조정하면서 고정할 수 있도록 했으므로, 수면으로부터의 반사광을 차단할 수 없도록 하면서, 수광부의 위치 조정을 용이하게 할 수 있다.
[도 1]이 발명의 실시의 형태 1에서의 유막 검출 장치의 검출기의 구성예 및 작용을 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다.
[도 2]도 1에 나타낸 유막 검출 장치의 검출기를 하면(수면) 측에서 본 저면도이며, 수광부와, 출사창과의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
[도 3]도 1에 나타낸 유막 검출 장치의 검출기의 A-A 단면도이다.
[도 4]이 발명의 실시의 형태 2에서의 박판의 개략도의 일례이다.
[도 5]이 발명의 실시의 형태 2에서의 박판용 수나사의 개략도이다.
[도 6]이 발명의 실시의 형태 2에서의 지주의 개략도이다.
[도 7]도 4에 나타낸 박판의 대략 T자 모양의 절개에, 도 5에 나타낸 박판용 수나사를 「두께」 방향에서 삽입한 상태를 나타내는 도면이다.
[도 8]이 발명의 실시의 형태 2에서, 박판을 지주의 슬릿에 삽입하여 고정한 상태를 나타내는 도면이다.
[도 9]이 발명의 실시의 형태 3에서의 고정나사의 개략도이다.
[도 10]이 발명의 실시의 형태 3에서의 지주의 개략도이다.
[도 11]이 발명의 실시의 형태 3에서, 박판을 지주의 슬릿에 삽입하여 고정한 상태를 나타내는 도면이다.
[도 12]이 발명의 실시의 형태 2, 3에서의 박판의 개략도의 다른 예이다.
[도 13]도 12에 나타낸 박판의 대략 T자 모양의 절개에, 도 5에 나타낸 박판용 수나사를 「두께」 방향에서 삽입한 상태를 나타내는 도면이다.
[도 14]이 발명의 실시의 형태 2, 3에서, 도 12에 나타낸 박판을 지주의 슬릿에 삽입하여 고정한 상태를 나타내는 도면이다.
[도 15]종래의 유막 검출 장치의 검출기의 구성예 및 작용을 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다.
이하, 이 발명의 실시의 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
실시의 형태 1.
이 발명에서의 유막 검출 장치는, 레이저 광원을 이용한 광학식(광반사법)에 의한 것이다. 이것은, 수면과 유막과의 빛의 반사율의 차이를 이용한 방법이다. 일반적으로, 수면에 의한 빛의 반사율은 약 2%, 유막에 의한 빛의 반사율은 3~4%의 사이를 추이한다고 알려져 있으며, 유막으로부터의 반사광이 1.5~2배 정도 강하다. 여기서, 일정한 강도의 빛을 수면에 맞추고, 반사광의 힘(수광량)을 검출기에 의해 측정하고, 변환기에 의해 각종 연산 처리를 실시하는 것으로, 유막의 유무를 검출·판별할 수 있다. 그리고, 유막을 검출하면 경보를 출력하도록 되어 있으며, 이것에 의해, 취수의 중지 등의 판단을 한다.
또한, 레이저 광원을 이용하는 광학식의 유막 검출 장치는, 파이버식(fiber type)이나 정전 용량식(electrostatic type)과 같은 접촉식은 아니(비접촉식이다)라는 메리트 만이 아니고, 다른 광원(예를 들면, LED 광원 등)에 비해, 광량이 크고, 직선성도 좋기 때문에, 수면까지의 거리가 떨어져 있는 경우에도 반사광을 검출할 수 있다, 라는 메리트가 있다.
도 1은, 이 발명의 실시의 형태 1에서의 유막 검출 장치의 검출기의 구성예 및 작용을 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다. 이 실시의 형태 1에서의 유막 검출 장치는, 도 1에 나타낸 검출기(W)와, 도시하지 않은 변환기로 구성되어 있다. 검출기(W)와 변환기란, 케이블에 의해 접속되어, 검출기(W)로 측정된 반사광의 강도(수광량)에 근거하는 신호가 변환기에 보내지도록 되어 있다. 또, 변환기는, 각종 연산 처리를 실시해 유막의 유무를 검출·판별하고, 유막을 검출하면 경보를 출력하거나, 표시부에 상태를 표시하거나 할 수 있도록 되어 있다. 더욱이, 변환기는, 검출기(W)를 제어하는 제어 신호를 출력할 수도 있다.
검출기(W)는, 광원·주사부(1), 요면경(2) 및 수광부(4)를 수용하는 수용부(5)와, 수용부(5)를 수밀하게 밀봉하는 창(window)(6)을 구비하고, 검출 대상면인 수면(9a, 9b) 상에, 수면(9a, 9b)과 대략 평행(수평 방향에 대해서 대략 평행)이 되도록 설치된다. 또, 검출기(W)의 케이스는, 빛을 투과하지 않는 재질로 형성되고, 창(6)(출사창(7)을 포함한다) 이외에서 수용부(5) 내로 빛이 들어갈 수는 없다.
광원·주사부(1)는, 레이저 광원과, 그 광원을 주사하는 주사부를 구비하고, 레이저광을 주사함으로써, 검출 대상면에서의 레이저광의 조사 범위로서 소망하는 평면을 형성할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 레이저광을 주사하기 위한 구성으로서는, 진동 소자 등을 사용할 수 있으며, 이 주사하는 기구에 대해서는 공지의 기술이기 때문에, 여기에서는 자세한 설명을 생략한다. 그리고, 광원·주사부(1)는, 요면경(2)의 위쪽에 배치되어, 출사된 레이저광이 수면(검출 대상면)(9a, 9b)을 향해서 대략 연직 방향으로 조사되도록 장착되어 있다.
또, 이 실시의 형태 1에서의 유막 검출 장치로 사용되는 요면경(2)은, 그 반사면에 의해 집광한 빛이 초점을 맺는 초점 위치가, 반사면의 중심축 상에 있는 것, 즉, 광축 Z에 중심축이 일치하는 것(이른바 축외 요면경이 아닌 것)이다. 또, 요면경(2)은, 광축 Z이 수평 방향에 대해서 직교하도록 배치됨과 동시에, 광축 Z보다 어긋난 위치에 관통공(3)을 갖고, 광원·주사부(1)로부터 출사되어 관통공(3)을 통과해 수면(9a, 9b)에 의해 반사되어 온 빛을, 반사면에 의해 집광하여 광축 Z 상(검출기(W)의 대략 중심축 상)의 초점 위치에 배치된 수광부(4)에 입사시킬 수 있도록 되어 있다. 이 요면경(2)은, 이른바 축외 요면경은 아닌 것이면 좋고, 통상의 포물면경, 타원면경 등을 이용할 수 있다. 또, 관통공(3)의 크기는, 광원·주사부(1)에 의해 출사되어 주사되는 빛이 투과 하는 범위와 같거나 약간 큰 정도인 것이 바람직하다. 또, 수면(9a, 9b)으로부터의 반사광을 효율적으로 검출하는데 있어서, 관통공(3)의 위치는 요면경(2)의 광축 Z(요면경(2)의 중심부)에 가까운 것이 바람직하지만, 관통공(3)을 통과한 빛이 직접 수광부(4)에 입사하지 않는 위치로 할 필요가 있다.
이 실시의 형태 1에서의 유막 검출 장치의 창(6)은, 검출기(W) 내의 수용부(5)를 수밀하게 밀봉하도록 검출기(W)의 수평 단면에 대해서 평행하게 장착되어 있다. 또, 창(6)은, 그 일부에, 수평면에 대해서 소정 각도 경사된 출사창(7)을 가지고 있다.
출사창(7)은, 광원·주사부(1)의 연직 방향에 위치하고, 광원으로부터 출사된 빛을 투과 시키도록 되어 있다. 출사창(7)의 경사 각도는, 광원으로부터 출사되어 출사창(7)의 천장면(top face) 및 저면(bottom face)에서 반사한 빛이, (1) 요면경(2)으로부터 어긋난 위치(예를 들면 B 지점)에 이끌리는 각도인 것, (2) 요면경(2)에 입사하고 또한 반사되었다고 해도, 수광부(4)에 입사하지 않고, 창(6)(출사창(7) 부분을 포함한다)을 개입시켜 검출기(W)의 외부로 나오지 않는 각도인 것, 중 어느 하나를 충족시키는 것을 조건으로, 요면경(2)의 곡률, 수광부(4)의 크기, 출사창(7)의 위치 등에 따라서 결정할 수 있다. 또, 출사창(7)의 크기는, 광원·주사부(1)에 의해 출사되어 주사되는 빛이 투과하는 범위와 같거나 약간 큰 정도인 것이 바람직하다.
또한, 창(6) 및 출사창(7)은, 광원으로부터 출사되는 빛 및 반사광을 투과시키는 것이면 좋고, 가공 하기 쉬움, 중량, 코스트 등의 점으로부터, 아크릴 등의 투명 수지로 형성하는 것이 바람직하지만, 재질에 한정은 없고, 유리 등을 이용할 수도 있다.
도 2는, 도 1에 나타낸 유막 검출 장치의 검출기를 하면(수면) 측에서 본 저면도이며, 수광부(4)와, 출사창(7)과의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 전술과 같이, 관통공(3)의 위치는 요면경(2)의 광축 Z(요면경(2)의 중심부)에 가까운 것이 바람직하지만, 관통공(3)을 통과한 빛이 직접 수광부(4)에 입사하지 않게 할 필요가 있다. 따라서, 출사창(7)도 수광부(4)와는 겹치지 않는 위치에 설치되고, 출사창(7)으로 향하는 빛이 수광부(4)에 의해 차단될 수 없도록 되어 있다. 즉, 광축 Z(요면경(2)의 중심부)으로부터 약간 어긋난 위치에, 광축과 평행하고, 광원·주사부(1), 관통공(3) 및 출사창(7)이 배치되어 있다.
또한, 박판(10)은, 수광부(4)를 요면경(2)의 광축 Z 상의 초점 위치에 고정하기 위해서 검출기(W)에 장착된 것으로, 수광부(4)의 위치를 미세 조정할 수 있도록 되어 있지만, 도 1에서는 도시를 생략하고 있다.
다음으로, 도 1을 참조하면서, 이 실시의 형태에서의 유막 검출 장치의 동작 및 작용을 설명한다.
광원·주사부(1)에 의해 출사되어 주사된 빛은, 파선으로 나타낸 확대된 범위에서 대략 연직 방향으로 조사된다. 이 빛은, 창(6)의 일부에 설치된 출사창(7) 내를 투과하도록 되어 있다. 출사창(7)은 소정 각도 경사하고 있기 때문에, 그 천장면(top face) 및 저면에서 반사한 빛은 요면경(2)으로부터 어긋난 B 지점으로 이끌리게 되고, 유막 검출의 지장이 되는 미광(迷光, stray light)이 되는 것은 없다.
출사창(7)을 투과한 빛은 수면(9a, 9b)에서 반사하고, 창(6)을 투과하여 요면경(2)을 개입시켜 수광부(4)에 도달한다. 도 1의 파선은, 빛의 조사 범위의 외측에서, 수면(9a, 9b)이 완전한 평면이라고 했을 경우의 광로를 나타내고 있지만, 실제의 측정에서서는, 수면(9a, 9b)에는 요동(물결)이 있기 때문에, 반사광이 항상 일정한 광로로 요면경(2)으로 돌아가는 것이 아니라, 요면경(2)의 반사면이 넓은 만큼, 유막을 검출할 가능성이 높아진다.
또, 수면(9a)은, 수위가 높을 때 상태를 나타내는 것이고, 수면(9b)은, 수위가 낮을 때 상태를 나타내는 것이다. 광원·주사부(1)로부터 출사된 빛은, 대략 연직 방향으로 조사되기 때문에, 수위가 변동해도, 수면(9a, 9b)에 빛이 조사되는 평면이 항상 형성되어, 표면 반사한 빛을 요면경(2)에서 파악할 수 있다.
또한, 요면경(2)으로서 포물면경을 이용했을 경우, 광축에 대해서 평행한 빛의 모두가 초점에 집광되는 것이지만, 수광부(4)에 어느 정도의 면적(수광면의 넓이)을 갖게 둠으로써, 완전한 평행광이 아닌 반사광도 집광할 수 있다.
수광부(4)에서 검출한 빛의 강도(수광량)에 근거하는 신호는, 변환기에 보내져 각종 연산 처리되어, 유막의 유무의 판단에 이용된다. 그리고, 유막을 검출했을 경우에는, 경보 신호를 출력하는 등의 처리를 한다.
이와 같이, 광원·주사부(1), 관통공(3) 및 출사창(7)을 요면경(2)의 중심보다 어긋난 위치에 광축과 평행하게 배치함으로써, 수광부(4)를 요면경(2)의 광축 Z 상의 초점 위치에 배치해도, 광원·주사부(1)로부터 출사되는 레이저광을, 수광부(4)가 차단해 버리지 않고, 수면(검출 대상면)(9a, 9b)으로부터의 반사광을 효율적으로 집광할 수 있다.
또, 광원·주사부(1)로부터의 빛은 대략 연직 방향으로 출사되기 때문에, 검출기(W)와 검출 대상면과의 거리가 바뀌어도, 즉 수면의 높이가 변동해도(도 1의 수면(9a), 수면(9b) 참조), 검출 대상면에 확실하게 빛을 조사하는 것이 가능하고, 그 검출 대상면으로부터의 반사광을 확실하게 모을 수 있다.
또, 이 발명의 실시의 형태 1에서의 유막 검출 장치에서는, 검출기(W) 내의 수용부(5)를 수밀하게 밀봉하는 창(6)을, 검출기(W)의 수평 단면에 대해서 평행하게 배설하도록 했기 때문에, 수용부(5)를 수밀하게 밀봉하는 구조는 일반적인 것이면 되고, 가공이 용이하고 조립의 작업성도 좋다.
출사창(7)은, 광원·주사부(1)로부터 출사된 레이저광이, 창(6)의 천장면 및 저면에서 반사한 빛이 미광(迷光, stray light)이 되어 수광부(4)에서 검출되는 것을 막기 위해서, 광축에 대해서 기울기, 즉, 수평면에 대해서 소정 각도 경사해서 설치되어 있다. 여기서, 도 1에 나타낸 이 실시의 형태 1에서의 유막 검출 장치에서, 도 15에 나타낸 종래의 유막 검출 장치와 같이, 1매의 창을 비스듬하게 달았다고 하면, 상하 방향의 치수도 꽤 커져 버린다. 여기서, 이 발명의 실시의 형태 1에서는, 창(6)은 검출기(W)의 수평 단면에 대해서 평행에 배설하고, 광원·주사부(1)로부터 출사된 레이저광이 투과하는 출사창(7)만을 광축에 대해서 비스듬하게(수평면에 대해서 소정 각도 경사해) 구성했다.
그 결과, 도 15에 나타낸 종래의 유막 검출 장치와 같이, 이 발명의 실시의 형태에서의 유막 검출 장치에서도, 광원·주사부(1)로부터 출사된 레이저광이 창(6)에서 반사하여 미광(迷光, stray light)이 되는 것이 방지되고, 정밀도 좋게 유막을 검출할 수 있다.
또, 종래에는 수광부를 검출기의 구석에 설치할 필요가 있어서, 효율적으로 집광할 수 있는 수광부의 위치를 조정하는 것은 시간이 드는 작업이었지만, 이른바 축외 요면경이 아닌 요면경(2)을 사용하는 경우에는 중심으로 빛이 모이기 때문에, 수광부(4)를 중심에 설치하면 필연적으로 효율적으로 집광할 수 있다. 더욱이, 요면경(2)은, 이른바 축외 요면경(요면경(120))에 비해 염가로 만들기 쉽다고 하는 메리트도 있다.
또, 검출기(W) 내의 수용부(5)를 수밀하게 밀봉하는 창(6)을, 검출기(W)의 수평 단면에 대해서 평행에 배설하도록 하여, 광원·주사부(1)로부터 출사된 레이저광이 투과하는 위치인 극히 일부분만을 광축에 대해서 비스듬하게 형성된 출사창(7)으로 했으므로, 종래의 요면경보다 큰 요면경을 사용했다고 해도, 높이 방향의 크기는 종래와 동일한 정도로 하는 것이 가능하여, 스페이스 효율이 좋다.
이상과 같이, 이 발명의 실시의 형태 1에서의 유막 검출 장치에 의하면, 코스트 증가나 대형화를 회피하면서, 측정 정밀도나 조립의 작업성을 향상시키는 것이 가능하고, 종래의 유막 검출 장치에서는, 수면(검출 대상면)(9a)까지의 거리가 예를 들면 5 m 전후까지 밖에 확실하게 유막을 검출할 수 없었다고 하면, 이 실시의 형태에서의 유막 검출 장치에 의하면, 수면(검출 대상면)(9b)까지의 거리가 예를 들면 10 m 전후여도 유막을 검출할 수 있다.
실시의 형태 2.
도 3은, 도 1에 나타낸 유막 검출 장치의 검출기의 A-A 단면도이며, 수광부(4)를 검출기(W)의 대략 중심축(광축 Z) 상에 고정하기 위해서, 수광부(4)가 박판(10)을 개입시켜 검출기(W)의 지주(30)에 고정되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
또한, 수광부(4)를 고정하는 박판(10) 및 검출기(W)의 지주(30)는, 도 1에서는 도시를 생략하고 있다.
여기서, 이 수광부(4)를 고정하는 박판(10)이, 광원·주사부(1)로부터 발사된 레이저광이나 수면(검출 대상면)(9a, 9b)로부터 반사된 반사광을 가능한 한 차단할 수 없게, 박판(10)의 두께는 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 그렇지만, 도 1에 나타낸 유막 검출 장치와 같은 통상의 크기의 장치에서는, 수광부(4)도 박판(10)도 어느 정도의 크기 및 중량을 갖추는 것이 되기 때문에, 박판(10)에는 강도도 필요하게 된다.
또, 수광부(4)는 요면경(2)의 광축 Z 상(검출기(W)의 대략 중심축 상)의 초점 위치에 배치해야 하지만, 장치마다의 개체차이나 장치의 설치 상태에 따라 미세조정을 하는 것이 필요하다.
그 결과, 박판(10)은, 극히 가는 단면 형상(얇은 판)이며, 수광부(4)의 위치 조정을 실시하는 것이 가능한 기구를 구비하는 것이 필요하다.
여기서, 이 실시의 형태 2의 유막 검출 장치에서는, 도 3에 나타내듯이, 수광부(4)를 3매의 박판(10)에 의해 고정하고, 각각의 박판(10)에 대응하는 지주(30)도 3개 구비하는 것으로 한다. 또, 각각의 박판(10)을 대응하는 지주(30)에 고정하는 방법으로서는, 이하에 설명하는 대로, 도 4~도 8에 나타낸 박판 고정 방법을 이용하는 것으로 한다.
박판(10)은, 도 4에 나타내듯이, 광원·주사부(1)로부터 조사된 광축의 방향으로 「폭」을 갖고, 그 광축에 대해서 직교하는 방향 중 수광부(4)와 검출기(W)의 지주(30)를 연결하는 방향으로 「폭」보다 긴 「길이」와, 같은 광축의 방향으로 수직인 방향 중 한편에 「폭」보다 짧은 「두께」를 갖는 것이다.
이 박판(10)은, 「길이」 방향의 일단(도시하지 않음)이 수광부(4)에 접속되고, 타단이 검출기(W)의 지주(30)에 고정되는 것이고, 도 4(a)는, 박판(10)의 타단측(검출기(W)의 지주(30)에 고정되는 측)을 「폭」 방향 및 「길이」 방향으로 이루어진 평면에서 본 평면도, 도 4(b)는 그 사시도이다.
그리고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 박판(10)의 타단측(검출기(W)의 지주에 고정되는 측)에는, 「폭」 방향 및 「길이」 방향으로 이루어진 평면에, 두부(21)를 갖는 박판용 수나사(20)(도 5 참조)를 「두께」 방향에서 삽입 가능한 대략 T자 모양의 절개(11)가 구비되어 있다.
또, 검출기(W)의 지주(30)는, 도 6에 나타내듯이, 박판(10)의 「폭」보다 긴 슬릿(31)을 긴 방향으로 구비하는 것과 동시에, 이 슬릿(31) 내에 박판용 수나사(20)와 나합 가능한 암나사(32)를 구비하고 있다.
그리고, 이 지주(30)의 슬릿(31) 내에 박판(10)이 삽입되는 것으로, 도 6(a)는, 지주(30)를, 박판(10)이 지주(30)에 삽입되었을 경우의 박판(10)의 「폭」 방향 및 「두께」 방향으로 이루어지는 평면에서 본 평면도, 도 6(b)는 그 사시도, 도 6(c)는 도 6(b)의 주요부 확대도(암나사(32) 부분의 확대도)이다.
도 7은, 도 4(a)에 나타낸 박판(10)의 대략 T자 모양의 절개(11)에, 도 5에 나타낸 박판용 수나사(20)를 「두께」 방향에서 삽입한 상태를 나타내는 도면이며, 도 7(a)은 「폭」 방향 및 「길이」 방향으로 이루어지는 평면에서 본 평면도, 도 7(b)은 도 7(a)을 도면의 화살표 C 방향에서 본 측면도이다. 이 도에 나타내듯이, 박판용 수나사(20)의 축부의 지름은, 박판(10)의 「두께」보다 크고, 또, 박판용 수나사(20)의 두부(21)의 지름은, 박판(10)의 「두께」에 비해 꽤 크기 때문에, 박판용 수나사(20)를 박판(10)의 대략 T자 모양의 절개(11)에 삽입한 상태여도, 두부(21)를 돌리는 것이 가능하다.
도 8은, 도 7에 나타내듯이 박판용 수나사(20)를 박판(10)의 대략 T자 모양의 절개(11)에 삽입한 박판(10)을, 지주(30)의 슬릿(31)에 삽입하여 고정한 상태를 나타내는 도면이다. 이 도에 나타내듯이, 박판(10)을 지주(30)의 슬릿(31)에 삽입하고, 박판용 수나사(20)의 좌면(22)이 대략 T자 모양의 절개(11)의 「두께」를 지주(30)의 방향(도 8의 화살표 D의 방향)으로 압압하도록 박판용 수나사(20)의 두부(21)를 돌리고, 박판용 수나사(20)를 슬릿(31) 내의 암나사(32)에 나합시키는 것으로, 박판(10)을 위치 조정 가능하게 지주(30)에 고정할 수 있다.
이와 같이, 박판용 수나사(20)와 나합하는 암나사(32)를 슬릿(31) 내에 설치한 것에 의해, 너트 등의 별도부품을 이용하지 않고, 박판(10)의 위치를 미세조정하는 것이 가능하고, 유막 검출 장치가 설치된 현장에서 위치 조정을 실시할 필요가 생겼을 경우에도, 너트 등의 부품을 잃어버릴 걱정도 없고, 또, 공구 등을 사용하는 일 없이 간단하게 박판(10) 및 수광부(4)의 위치 조정을 실시할 수 있다.
또한, 이 실시의 형태 2에서는, 지주(30)의 슬릿(31)이, 긴 방향으로 모두 개방되어 있지 않은 슬릿인 것으로서 설명했지만, 지주의 단부(도 6(a)의 하부 부분)이 개방단이 된 슬릿이어도 상관없다.
또, 이 실시의 형태 2에서의 유막 검출 장치에서는, 도 3에 나타내듯이, 수광부(4)를 3매의 박판(10)에 의해 고정하는 것으로 하고, 각각의 박판(10)에 대응하는 지주(30)도 3개 구비하는 것으로 했지만, 수광부(4)를 지지하는 것이 가능하고, 수광부(4)의 위치 조정을 실시하는 것이 가능하면, 박판(10) 및 지주(30)의 조는 몇 개여도 상관없다. 다만, 가능한 한 레이저광이나 반사광을 차단하지 않게 하기 위해서는 그다지 많지 않은 것이 바람직하고, 수광부(4)를 지지하면서 위치 조정도 실시하기 위해서는, 도 3에 나타내듯이 3조의 박판(10) 및 지주(30)을 갖추는 것이 최적이다.
이상과 같이, 이 발명의 실시의 형태 2에서의 박판 고정 방법을 이용한 유막 검출 장치에 의하면, 박판을 지주에 고정할 때에, 박판용 수나사를 이용하고, 간단하게 위치 조정하면서 고정할 수 있다.
실시의 형태 3.
이 발명의 실시의 형태 3에서도, 실시의 형태 2와 같이, 지주에 박판을 고정하는 박판 고정 방법을, 도 1 및 도 3에 나타낸 유막 검출 장치에 적용했을 경우를 예에 설명한다.
이 발명의 실시의 형태 3에서는, 박판(10) 및 박판용 수나사(20)에서는, 실시의 형태 2에서의 도 4, 도 5, 도 7에 나타낸 것과 같지만, 도 6에 나타낸 지주(30)를 대신하고, 도 10에 나타낸 지주(30)를 이용하는 것으로 한다.
이 때, 박판(10)의 지주(30)에 대한 고정을 보다 확실하게 하기 위해서, 도 9에 나타낸 고정나사(40)를 이용하고, 도 10에 나타내듯이, 지주(30)가, 슬릿(31) 및 박판용 수나사(20)와 나합하는 암나사(32)뿐만이 아니라, 슬릿(31)을 가지는 부분에서 박판(10)을 슬릿(31)에 삽입했을 경우에 박판(10)과 간섭하지 않는 위치에, 고정나사용의 관통공(34) 및 고정나사용 암나사(35)도 구비하는 것이다.
그리고, 이 지주(30)의 슬릿(31) 내에 박판(10)이 삽입되는 것으로, 도 10(a)은, 지주(30)를, 박판(10)이 삽입되었을 경우의 박판(10)의 「폭」 방향 및 「두께」 방향으로 이루어지는 평면에서 본 평면도, 도 10(b)는 그 사시도, 도 10(c)는 도 10(b)의 주요부 확대도(암나사(32) 부분의 확대도와, 고정나사용의 관통공(34) 및 고정나사용 암나사(35) 부분의 확대도)이다.
또한, 이 실시의 형태 3에서는, 지주(30)의 단부(도 10(a)의 하부 부분)이 개방단이 된 슬릿인 것을 예로 설명하지만, 실시의 형태 2와 같이, 개방단이 되지 않은 슬릿이어도 상관없다.
도 11은, 도 7에 나타내듯이 박판용 수나사(20)를 박판(10)의 대략 T자 모양의 절개(11)에 삽입한 박판(10)을, 도 10에 나타낸 지주(30)의 슬릿(31)에 삽입하여 고정한 상태를 나타내는 도면이다. 이 도에 나타내듯이, 박판(10)을 지주(30)의 슬릿(31)에 삽입하고, 박판용 수나사(20)의 좌면(22)이 대략 T자 모양의 절개(11)의 「두께」를 지주(30)의 방향(도 11의 화살표 E의 방향)으로 압압하도록 박판용 수나사(20)의 두부(20)를 돌리고, 박판용 수나사(20)를 슬릿(31) 내의 암나사(32)에 나합시키는 것으로, 박판(10)을 위치 조정 가능하게 지주(30)에 고정할 수 있다.
그리고 더욱이, 도 9에 나타낸 고정나사(40)를, 지주(30)에 설치된 고정나사용의 관통공(34)에(도 11의 화살표 F의 방향으로) 삽입하고, 고정나사(40)의 좌면이 지주(30)를 압압하도록 고정나사(40)의 두부(41)를 돌리는 것으로, 고정나사(40)를 고정나사용의 관통공(34)을 개입시켜 고정나사용 암나사(35)에 나합시키고, 위치 조정 후의 박판(10)을 지주(30)에 확실하게 고정할 수 있다.
또한, 고정나사용의 관통공(34) 및 고정나사용 암나사(35)는, 도 10에 나타내듯이, 슬릿(31)에 의해서 나뉘고 있지만, 모두 고정나사(40)가 삽입 가능한 크기이다. 이 때, 고정나사용의 관통공(34)은, 그 내부에 암나사는 형성되어 있지 않은 단순한 구멍이기 때문에, 고정나사(40)를 고정나사용의 관통공(34)에 삽입했을 경우에, 고정나사(40)의 첨단이 슬릿(31)을 넘는 위치까지는 용이하게 삽입할 수 있다. 그리고, 그 다음은 고정나사(40)의 두부(41)를 돌림으로써, 고정나사(40)을 고정나사용의 관통공(34)을 개입시켜 고정나사용 암나사(35)에 나합시키고, 고정나사(40)의 좌면이 지주(30)를 압압 하는 위치까지 두부(41)를 돌리는 것으로, 확실하게 고정할 수 있는 것이다.
그리고, 이 박판 고정 방법을 도 1 및 도 3에 나타낸 유막 검출 장치에 적용했을 경우, 이 유막 검출 장치의 수광부(4)의 위치의 미세조정을 실시하기 위해서, 검출기(W)에 설치된 3개소의 지주(30) 각각에서, 박판(10)의 위치 조정을 박판용 수나사(20)를 돌리는 것으로 실시하여, 3개소의 박판(10)의 위치 조정에 의해 수광부(4)의 위치가 결정되며, 그 3개소 각각의 고정나사(40)를 돌림으로써, 보다 확실하게 각각의 박판(10)을 대응하는 지주(30)에 고정하는 것이 가능하고, 이 결과, 수광부(4)도 위치 조정된 위치에 확실하게 고정할 수 있다.
이와 같이, 고정나사용 암나사(35)를 지주(30)에 설치함으로써, 너트 등의 별도 부품을 이용하지 않고, 박판(10)을 확실하게 고정하는 것이 가능하고, 유막 검출 장치가 설치된 현장에서 위치 조정을 실시할 필요가 생겼을 경우에도, 너트 등의 부품을 잃어버릴 걱정도 없고, 간단하게 박판(10) 및 수광부(4)의 위치 조정과 확실한 고정을 실시할 수 있다.
이상과 같이, 이 발명의 실시의 형태 3에서의 박판 고정 방법을 이용한 유막 검출 장치에 의하면, 실시의 형태 2에서의 효과에 더하여, 위치 조정하는 지주에 고정한 후의 박판을, 보다 확실하게 고정할 수 있다.
또한, 이 실시의 형태 2,3에서는, 지주(30)을 원주상의 지주로서 설명했지만, 사각기둥이나 육각기둥 등, 다른 형상의 지주여도 상관없는 것은 말할 필요도 없다.
또, 이 실시의 형태 2, 3에서는, 박판(10)에 설치된 대략 T자 모양의 절개(11)를, 도 4에 나타내듯이, 박판용 수나사(20)의 두부(21)가 삽입되는 부분이 그 두부(21)보다 큰 「길이」 방향의 길이를 가지는 것으로서 설명했지만, 도 12, 도 13에 나타내듯이, 박판용 수나사(20)의 두부(21)와 거의 같은 크기의 대략 T자 모양의 절개(11)일 수도 있다.
이 경우, 실시의 형태 2, 3 각각에서, 박판(10)을 지주(30)의 슬릿(31)에 삽입하여 고정한 상태를 나타내는 도면(도 8, 도 11에 대응하는 도면)은, 도 14(a), (b)와 같이 된다.
이것에 의해, 박판용 수나사(20)의 두부(21)를 돌리면, 곧바로 박판용 수나사(20)의 좌면(22)이 대략 T자 모양의 절개(11)의 「두께」를 지주(30)의 방향으로 압압하는 상태가 되기 때문에, 위치 조정시의 응답성이 보다 좋아진다.
또한, 본원 발명은 그 발명의 범위 내에서, 각 실시의 형태의 자유로운 조합, 혹은 각 실시의 형태의 임의의 구성요소의 변형, 혹은 각 실시의 형태에서 임의의 구성요소의 생략이 가능하다.
W, 100 검출기
1, 110 광원·주사부
2, 120 요면경(concave mirror)
3 관통공
4, 140 수광부
5, 150 수용부
6, 160 창(window)
7 출사창(emitting window)
9a, 9b, 190 수면(검출 대상면)
10 박판
11 대략 T자형 절개(T-shaped cutout)
20 박판용 수나사
21 박판용 수나사(20)의 두부(頭部, head portion)
22 박판용 수나사(20)의 좌면(座面, seating face)
30 지주(支柱, support pillar)
31 지주(30)의 슬릿
32 암나사
34 고정 나사용의 관통공
35 고정나사용 암나사
40 고정나사
41 고정나사(40)의 두부(頭部 head portion)

Claims (4)

  1. 수평 방향으로 펼쳐진 검출 대상면에 대해서 평행하게 설치되는 검출기 내에, 적어도 광원과 요면경과 수광부를 수용하는 수용부와, 해당 수용부를 수밀하게 밀봉하는 창(window)을 구비하고, 상기 광원에서 상기 검출 대상면을 향해서 빛을 조사하고, 상기 검출 대상면으로부터의 반사광을 상기 요면경에 의해 집광하여 상기 수광부에 수광시킴으로써, 상기 검출 대상면에 존재하는 유막을 검출하는 유막 검출 장치에 있어서,
    상기 광원은, 상기 요면경의 위쪽에 배치되어, 연직 방향으로 빛을 출사하고,
    상기 요면경은, 해당 요면경의 광축이 수평 방향에 대해서 직교하도록 배치되는 것과 동시에, 해당 요면경의 광축보다 어긋난 위치에, 상기 광원으로부터의 출사광을 통과시키는 관통공을 갖고,
    상기 수광부는, 상기 요면경의 광축 상의 초점 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 유막 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 창은, 상기 검출기의 수평 단면에 대해서 평행하게 배설되는 것과 동시에, 해당창의 일부에 상기 출사광을 투과시키는 출사창이 수평면에 대해서 소정 각도 경사해서 설치되는 것을 특징으로 하는 유막 검출 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수광부는, 상기 광원으로부터 조사된 광축의 방향으로 「폭」을 갖고, 상기 광축에 대해서 직교하는 방향으로 상기 「폭」보다 긴 「길이」와 상기 「폭」보다 짧은 「두께」를 갖는 적어도 2 이상의 박판에 의해 보관 유지되고,
    상기 박판은, 상기 「폭」 방향 및 「길이」 방향으로 이루어지는 평면에서, 두부(頭部)를 갖는 박판용 수나사를 상기 「두께」 방향에서 삽입 가능한 T자 모양의 절개를 구비하고,
    상기 검출기는, 상기 각각의 박판에 대응하는 지주(支柱)를 구비하고,
    상기 지주는, 긴 방향으로 상기 박판의 「폭」보다 긴 슬릿을 구비하는 것과 동시에, 해당 슬릿 내에 상기 박판용 수나사와 나합 가능한 암나사를 구비하는 것이며,
    상기 박판을 상기 대응하는 지주의 슬릿 내에 삽입하고, 상기 박판용 수나사를 그 좌면(座面, seating face)이 상기 T자 모양의 절개의 「두께」를 상기 지주의 방향으로 압압하도록 상기 슬릿 내의 암나사에 나합시킴으로써, 상기 박판이 위치 조정 가능하게 상기 대응하는 지주에 고정되는 것을 특징으로 하는 유막 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각 지주는, 상기 슬릿을 갖는 부분에서 상기 박판과 간섭하지 않는 위치에 고정나사용의 관통공 및 고정나사용 암나사를 구비하고,
    상기 고정나사용의 관통공을 개입시켜 상기 고정나사용 암나사에 고정나사가 나합되는 것을 특징으로 하는 유막 검출 장치.
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