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【発明の名称】 樹脂材の厚み測定方法及びその装置
【発明者】 【氏名】飯塚 幸理

【氏名】上杉 満昭
【要約】 【課題】固相と液相とを含む樹脂材の厚みを高い精度で測定する。

【解決手段】本発明は、固相と液相とを含む樹脂材１０の厚みｄを超音波１１を用いて測定する樹脂材の厚み測定方法において、超音波１１が樹脂材１０の固相及び液相の各相をそれぞれ伝搬する伝搬時間Δｔ1、Δｔ2を測定し、操業パラメータから樹脂材の各相の厚み方向の温度分布Ｔ1（ｘ）、Ｔ2（ｘ）を算出し、この厚み方向の温度分布から各相を伝搬する超音波の音速を補正し、この補正された各相の音速Ｃ1、Ｃ2と測定した各相の伝搬時間とで各相の厚みｄ1、ｄ2を求め、この求めた各相の厚みを加算して樹脂材１０全体の厚みｄを得る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 固相と液相とを含む樹脂材の厚みを超音波を用いて測定する樹脂材の厚み測定方法において、前記超音波が樹脂材の固相及び液相の各相をそれぞれ伝搬する伝搬時間を測定し、操業パラメータから前記樹脂材の各相の厚み方向の温度分布を算出し、この厚み方向の温度分布から各相を伝搬する超音波の音速を補正し、この補正された各相の音速と前記測定した各相の伝搬時間とで前記各相の厚みを求め、この求めた各相の厚みを加算して前記樹脂材の厚みを得ることを特徴とする樹脂材の厚み測定方法。
【請求項２】 固相と液相とを含む樹脂材の厚みを超音波を用いて測定する樹脂材の厚み測定方法において、前記超音波が樹脂材の固相及び液相の各相をそれぞれ伝搬する伝搬時間を測定し、操業パラメータから前記樹脂材の各相の厚み方向の温度分布を算出し、この厚み方向の温度分布と前記樹脂材内における音速の温度特性とから前記各相の厚み方向の音速分布を算出し、この各相の厚み方向の音速分布の平均音速を算出し、この各相の平均音速と前記測定した各相の伝搬時間とで前記各相の厚みを求め、この求めた各相の厚みを加算して前記樹脂材の厚みを得ることを特徴とする樹脂材の厚み測定方法。
【請求項３】 固相と液相とを含む樹脂材の厚みを超音波を用いて測定する樹脂材の厚み測定装置において、前記樹脂材に印加された超音波が前記樹脂材の厚み方向を往復する過程で発生する表面エコーと固相と液相との境界面エコーと底面エコーとから、前記超音波が固相及び液相の各相をそれぞれ伝搬する伝搬時間を測定する伝搬時間測定手段と、操業パラメータから前記樹脂材の固相及び液相の各相の厚み方向の温度分布を算出する温度分布算出手段と、この温度分布算出手段で算出された各相の温度分布から各相を伝搬する超音波の音速を補正する音速補正手段と、この音速補正手段で補正された各相の音速と前記伝搬時間測定手段で測定された各相の伝搬時間とで各相の厚みを求めて、この求めた各相の厚みを加算して前記樹脂材の厚みを得る厚み算出手段とを備えたことを特徴とする樹脂材の厚み測定装置。
【請求項４】 固相と液相とを含む樹脂材の厚みを超音波を用いて測定する樹脂材の厚み測定装置において、前記樹脂材に印加された超音波が前記樹脂材の厚み方向を往復する過程で発生する表面エコーと固相と液相との境界面エコーと底面エコーとから、前記超音波が固相及び液相の各相をそれぞれ伝搬する伝搬時間を測定する伝搬時間測定手段と、操業パラメータから前記樹脂材の固相及び液相の各相の厚み方向の温度分布を算出する温度分布算出手段と、前記樹脂材を伝搬される超音波の音速の温度特性を記憶する音速温度特性記憶部と、前記温度分布算出手段で算出された各相の厚み方向の温度分布と前記音速温度特性記憶部から読出した音速の温度特性から前記各相の厚み方向の音速分布を算出する音速分布算出手段と、この音速分布算出手段で算出された各相の厚み方向の音速分布の平均音速を算出する平均音速算出手段と、この平均音速算出手段で算出された各層の平均音速と前記伝搬時間測定手段で測定された各相の伝搬時間とで各相の厚みを求めて、この求めた各相の厚みを加算して前記樹脂材の厚みを得る厚み算出手段とを備えたことを特徴とする樹脂材の厚み測定装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂材の製造工程において超音波を用いてこの樹脂材の厚みを測定する樹脂材の厚み測定方法及び樹脂材の厚み測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ポリエチレン管や被覆装鋼管の製造工程においては、樹脂材を押出しダイスから引き抜いて冷却することにより該当ポリエチレン管や被覆装鋼管を製造する。この製造工程において、製造された製品である樹脂材の厚み（管の肉厚）を目標値に制御することは重要な管理項目である。オンラインで連続して製造されている樹脂材（管）の厚み制御は、押出し機（押出しダイス）の下流において測定した厚みを基に、押出し温度・押出しダイスの間隔・押出し速度を適切な値に設定して行なわれる。
【０００３】一般的に管の厚み（肉厚）を外周面から測定する測定装置として超音波厚み測定法が用いられる。この超音波厚み測定法においては、測定対象の樹脂材の外側に超音波探触子を配置し、樹脂材に超音波を印加して、樹脂材の表面エコーと底面エコー、またはその多重反射エコーの往復の伝播時間Δｔを測定する。樹脂材内を伝搬する超音波の音速をＣとすると、樹脂材の厚みｄは、(1)式で求まる。
【０００４】
ｄ＝Ｃ・Δｔ／２ …(1)ここで、樹脂材内を伝搬する超音波の音速Ｃは樹脂材の種類や温度によって異なるので、一般に値を変更できるようになっており、樹脂材の種類やサイズに応じた値を設定して測定を開始する。
【０００５】さて、製造製品である樹脂材の厚みを制御し、製品の歩留りや材料原単位を低く抑えるためには、できる限り押出しダイスの近くで厚みを測定する必要がある。しかし、押出しダイスの近くでは測定対象である樹脂材の温度が高く、また引き抜き速度や冷却時間により温度が一定でない。
【０００６】一般的に、樹脂材内における超音波の音速Ｃは温度に大きく依存するため、温度が不安定であると厚みの測定精度が低くなる問題がある。
【０００７】このような不都合を解消するために、測定対象である樹脂材の表面温度を測定する手法が提唱されている（特開昭５８−１８６０１０号公報）。
【０００８】例えば、図６に示すように、ポリエチレン管からなる測定対象の樹脂材１の外周面に垂直型の超音波探触子２を取付け、この超音波探触子２に超音波送受信器３からパルス信号を超音波探触子２へ送出して、超音波送受信器３で超音波探触子２からのエコー信号ａを検出して、伝搬時間検出部４で、エコー信号ａにおける表面エコーｂ1と底面エコーｂ2との時間差で示される往復の伝搬時間Δｔが求まる。検出された伝搬時間Δｔは厚み算出部５へ入力される。
【０００９】一方、温度検出器６は、樹脂材１の表面温度ＴSを測定して、音速補正部７へ送出する。音速補正部７は、入力された表面温度ＴSで音速Ｃを補正して、補正後の音速Ｃを厚み算出部５へ送出する。厚み算出部５は補正後の音速Ｃを用いて、前述した(1)式を用いて、樹脂材１の厚みｄを算出する。
【００１０】しかしながら、図６に示す手法では、樹脂材１の厚みが厚い場合には樹脂材１の厚み方向に大きな温度分布があるため、表面温度ＴSで樹脂材１全体の温度を代表させることは困難である。したがって、算出された樹脂材１の厚みｄの算出精度はあまり向上しない。
【００１１】さらに、このような不都合を解消するために、特開昭６１−２５１７０７号公報に、操業パラメータを用いて測定対象である樹脂材内の厚み方向の温度分布を求め、この温度分布から平均温度Ｔmを求めてその時の音速Ｃを用いて前述した(1)式で樹脂材の厚みｄを算出するようにしている。
【００１２】なお、操業パラメータとは、樹脂材における測定位置の表面温度、または材料の押出し温度、公称厚み、冷却時間、滞留時間等である。そして、これらを基に樹脂材内の厚み方向の温度分布を推定する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この操業パラメータを用いて温度分布を求めて、さらに平均温度Ｔmを求める手法においても未だ解消すべき次のような課題があつた。
【００１４】すなわち、測定対象の樹脂材が樹脂管のように測定すべき部分の肉厚が厚く、しかも押出しダイス直後の冷却開始直後の位置で厚みを測定する場合には、樹脂管内部における冷却している外周面近傍は固相となっていても内周面近傍はまだ液相である。
【００１５】樹脂材内を伝搬する超音波の音速は固相を伝搬する場合と液相を伝搬する場合とで大きく異なるため、平均温度Ｔmに相当する音速Ｃで厚みｄを測定したとしても、その測定精度をある程度上昇させることはできない。
【００１６】図７は樹脂材内を伝搬する超音波の音速の温度特性を示す図である。図示するように、温度Ｔが低下して、液相から固相を変化する融点温度ＴM近傍で音速Ｃが急激に変化していることが理解できる。温度Ｔが固相内のみで変化するならばほぼ音速Ｃは温度Ｔに対して直線となっており、樹脂材が固相の場合は平均温度Ｔmの時の音速Ｃを用いて厚みを求めても問題はない。
【００１７】しかしながら、樹脂材に液相も含まれている場合は、例えば平均温度が１００℃位とすると、上述した処方によると固相の音速を用いて厚みを求めることとなるが、液相の部分の音速Ｃが非常に遅いため、超音波の伝播時間には大きな影響があり、実際の平均音速は平均温度に相当する音速とはならない。この理由は、正確には、超音波の伝播時間Δｔは(2)式のように、音速Ｃ(ｘ)の逆数を積分した形で表されるためである。
【００１８】
【数１】

【００１９】以上のように、上述した各測定手法においては、樹脂材の厚み測定において、測定対象の樹脂材に液相が含まれていると測定精度が大幅に低下する問題があった。
【００２０】本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、固相と液相とで個別に厚みを求めることにより、たとえ測定対象の樹脂材に液相が含まれるとしても、樹脂材の厚みを高い精度で測定できる樹脂材の厚み測定方法及び樹脂材の厚み測定装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、固相と液相とを含む樹脂材の厚みを超音波を用いて測定する樹脂材の厚み測定方法に適用される。そして、上記課題を解消するために、本発明の請求項１の樹脂材の厚み測定方法においては、超音波が樹脂材の固相及び液相の各相をそれぞれ伝搬する伝搬時間を測定し、操業パラメータから樹脂材の各相の厚み方向の温度分布を算出し、この厚み方向の温度分布から各相を伝搬する超音波の音速を補正し、この補正された各相の音速と測定した各相の伝搬時間とで各相の厚みを求め、この求めた各相の厚みを加算して樹脂材の厚みを得るようにしている。
【００２２】また、請求項２の樹脂材の厚み測定方法においては、超音波が樹脂材の固相及び液相の各相をそれぞれ伝搬する伝搬時間を測定し、操業パラメータから樹脂材の各相の厚み方向の温度分布を算出し、この厚み方向の温度分布と樹脂材内における音速の温度特性とから各相の厚み方向の音速分布を算出し、この各相の厚み方向の音速分布の平均音速を算出し、この各相の平均音速と測定した各相の伝搬時間とで各相の厚みを求め、この求めた各相の厚みを加算して樹脂材の厚みを得るようにしている。
【００２３】さらに、本発明は固相と液相とを含む樹脂材の厚みを超音波を用いて測定する樹脂材の厚み測定装置に適用される。
【００２４】そして、上記課題を解消するために、本発明の請求項３の樹脂材の厚み測定装置においては、樹脂材に印加された超音波が樹脂材の厚み方向を往復する過程で発生する表面エコーと固相と液相との境界面エコーと底面エコーとから、超音波が固相及び液相の各相をそれぞれ伝搬する伝搬時間を測定する伝搬時間測定手段と、操業パラメータから樹脂材の固相及び液相の各相の厚み方向の温度分布を算出する温度分布算出手段と、この温度分布算出手段で算出された各相の温度分布から各相を伝搬する超音波の音速を補正する音速補正手段と、この音速補正手段で補正された各相の音速と伝搬時間測定手段で測定された各相の伝搬時間とで各相の厚みを求めて、この求めた各相の厚みを加算して樹脂材の厚みを得る厚み算出手段とを備えている。
【００２５】請求項４の樹脂材の厚み測定装置においては、樹脂材に印加された超音波が樹脂材の厚み方向を往復する過程で発生する表面エコーと固相と液相との境界面エコーと底面エコーとから、超音波が固相及び液相の各相をそれぞれ伝搬する伝搬時間を測定する伝搬時間測定手段と、操業パラメータから樹脂材の固相及び液相の各相の厚み方向の温度分布を算出する温度分布算出手段と、樹脂材を伝搬される超音波の音速の温度特性を記憶する音速温度特性記憶部と、温度分布算出手段で算出された各相の厚み方向の温度分布と音速温度特性記憶部から読出した音速の温度特性から各相の厚み方向の音速分布を算出する音速分布算出手段と、この音速分布算出手段で算出された各相の厚み方向の音速分布の平均音速を算出する平均音速算出手段と、この平均音速算出手段で算出された各層の平均音速と伝搬時間測定手段で測定された各相の伝搬時間とで各相の厚みを求めて、この求めた各相の厚みを加算して樹脂材の厚みを得る厚み算出手段とを備えている。
【００２６】このように構成された請求項１、３の厚み測定方法及び厚み測定装置においては、超音波が測定対象の樹脂材の固相及び液相を伝搬する各伝搬時間が測定される。その手法を説明する。樹脂材の固相の音響インピーダンスと液相の音響インピーダンスとでは微小ながら差がある。したがって、超音波が固相と液相との堺を通過する時に境界面エコーが発生する。表面エコーと底面エコーとは元々発生するので、表面エコーと底面エコーと境界面エコーとの発生時間間隔から、固相及び液相を伝搬する各伝搬時間が求まる。
【００２７】そして、操業パラメータから樹脂材全体の厚み方向の温度分布が算出される。なお、操業パラメータとは、前述したように、樹脂材における測定位置の表面温度、または材料の押出し温度、公称厚み、冷却時間、滞留時間等である。樹脂材の融点温度は既知であるので、樹脂材全体の温度分布が求まると、各相の概略の温度分布が求まる。各相を伝搬する超音波の音速は温度に依存するので、各相の概略の温度分布が求まると、各相を伝搬する超音波の音速を補正することができる。
【００２８】したがって、各相の伝搬時間と各相の音速とで各相の厚みが算出されるので、各相の厚みを加算することによって樹脂材全体の厚みが得られる。
【００２９】このように、超音波の音速が大きく異なる固相と液相との各相における音速を個別に求め、各相の厚みを個別に求めている。したがって、樹脂材全体の厚みをより正確に測定できる。
【００３０】また、請求項２、４の厚み測定方法及び厚み測定装置においては、各相の温度分布と音速の温度特性とから樹脂材の各相の厚み方向の各位置における音速が正確に得られる。
【００３１】したがって、各相の各厚み方向位置の平均音速が求まる。この各相の平均音速と測定した各相の伝搬時間とで各相の厚みが算出される。各相の厚みを加算することによって樹脂材全体の厚みが得られる。
【００３２】このように、樹脂材の各相の厚み方向の平均音速が高い精度で求まるので、最終の樹脂材の厚みが高い精度で算出される。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。
（第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態に係る樹脂材の厚み測定方法が適用された樹脂材の厚み測定装置の概略構成を示すブロック図である。この実施形態の樹脂材の厚み測定装置は、例えば、ポリエチレン管の製造ラインの押出しダイスの近傍位置に設置されている。
【００３４】ポリエチレン管等の測定対象の樹脂材１０の外周面１０ａに微小間隔を開けて配設された垂直型の超音波探触子１２は超音波送受信器１３からパルス信号が印加されると、樹脂材１０に対して超音波１１を送出すると共に、表面（外周面１０ａ）及び底面（内周面１０ｂ）で反射された各反射波をエコー信号ａとして、超音波送受信器１３へ送信する。
【００３５】超音波送受信器１３は、この超音波探触子１２へパルス信号を送出して、この超音波探触子１２からエコー信号ａを受信して、固相伝搬時間算出部１４ａ及び液相伝搬時間算出部１４ｂへ送出する。エコー信号ａには、図示するように、樹脂材１０の表面（外周面１０ａ）で反射される表面エコーｂ1と底面（内周面１０ｂ）で反射される底面エコーｂ2との他に、信号レベルは小さいが、固相と液相との境界面で反射される境界面エコーｂ3とがある。なお、管状の樹脂材１０において、冷却過程で固相と液相とが存在する場合、冷却効果が大きい外側が固相となり、冷却効果が小さい内側が液相となる。
【００３６】固相伝搬時間算出部１４ａは、入力されたエコー信号ａにおける表面エコーｂ1と境界面エコーｂ3との時間差で示される固相の往復の伝搬時間Δｔ1を算出して次の固相厚み算出部１５ａへ送出する。同様に、液相伝搬時間算出部１４ｂは、入力されたエコー信号ａにおける境界面エコーｂ3と底面エコーｂ2との時間差で示される液相の往復の伝搬時間Δｔ2を算出して次の液相厚み算出部１５ｂへ送出する。
【００３７】なお、各相の伝播時間Δｔ1、Δｔ2の測定方法としては、表面エコーｂ1と底面エコーｂ2と境界面エコーｂ3について予め設定されたしきい値をエコーが超えた時間間隔をクロックで測定する方法が一般的である。なお、その他、エコー信号ａをＡ／Ｄ変換して二つのエコーのピーク間隔を求めたり相互相関を求めたりしてもよい。ここで、境界面エコーｂ3は表面エコーｂ1や底面エコーｂ2と比べるとそのレベルが非常に小さいので、しきい値を使う方法の場合は、表面エコーｂ1または底面エコーｂ2を検出する際に比較して、境界面エコーｂ3を検出する際は１／１０以下の値とする。また、境界面エコーｂ3の部分のみ超音波送受信器１３の増幅率を高めてもよい。
【００３８】表面温度計１６は測定対象の樹脂材１０の厚み測定位置での表面温度を測定して操業パラメータ入力部１８へ送出する。また、冷却時間カウンタ１７ａは押出しダイスから樹脂材１０が押し出されて厚み測定位置に達するまでの時間で示される冷却時間を計測して操業パラメータ入力部１８へ送出する。具体的には、冷却時間は樹脂材１０の搬送速度で定まる。
【００３９】さらに、滞留時間カウンタ１７ｂは樹脂材１０の押出しダイス内の滞留時間を測定して操業パラメータ入力部１８へ送出する。また操業パラメータ入力部１８には操作者が設定する公称厚み（目標厚み）ｄSが入力される。操業パラメータ入力部１８は、入力された表面温度、冷却時間、滞留時間、公称厚みｄSを操業パラメータとして、例えば１秒周期で、固相温度分布算出部１９ａ及び液相温度分布算出部１９ｂへ送出する。
【００４０】固相温度分布算出部１９ａ及び液相温度分布算出部１９ｂは１秒周期で入力される操業パラメータを用いて、図２に示す測定対象の樹脂材１０の厚み方向の温度分布Ｔ（ｘ）を算出する。但し、変数ｘは樹脂材１０の表面からの厚み方向の距離である。具体的には、温度分布Ｔ（ｘ）は熱伝導計算により容易に計算できる。例えば、樹脂料１０の熱伝導率、比熱、密度、押出し温度、冷却時の熱伝達係数を初期値として、冷却時間が経過していく時の温度分布は、熱伝導方程式を差分法などで解けばよい。
【００４１】融点温度ＴMは樹脂材１０の材質が定まれば、ほぼ一義的に定まるので、固相範囲の温度分布Ｔ1（ｘ）と液相範囲の温度分布Ｔ2（ｘ）とが求まる。
【００４２】固相温度分布算出部１９ａ、液相温度分布算出部１９ｂは、１秒周期で算出した図２に示す樹脂材１０における固相範囲の温度分布Ｔ1（ｘ）、液相範囲の温度分布Ｔ2（ｘ）をそれぞれ固相平均温度算出部２０ａ、液相平均温度算出部２０ｂへ送出する。
【００４３】固相平均温度算出部２０ａ、液相平均温度算出部２０ｂは、１秒周期で入力された固相範囲の温度分布Ｔ1（ｘ）、液相範囲の温度分布Ｔ2（ｘ）における固相平均温度Ｔｍ１、液相平均温度Ｔｍ2を算出して固相音速補正部２１ａ、液相音速補正部２１ｂへ送出する。具体的には、各相の温度分布Ｔ1（ｘ）、液相範囲の温度分布Ｔ2（ｘ）の中間温度を各平均温度Ｔｍ１、Ｔｍ2とする。図２の例では、各平均温度はＴｍ１＝８７．８℃、Ｔｍ2＝１４６．４℃である。
【００４４】固相音速補正部２１ａ、液相音速補正部２１ｂは、１秒周期で入力された固相平均温度Ｔｍ１、液相平均温度Ｔｍ2を用いて、固相及び液相内を伝搬する超音波１１の各音速を補正して、補正後の各音速Ｃ1、Ｃ2を固相厚み算出部１５ａ、液相厚み算出部１５ａへ送出する。
【００４５】具体的には、図７に示した音速の温度特性Ｃ（Ｔ）において、固相の音速は室温から１２０℃の融点温度ＴMまでほぼ直線なので、中間の７０℃の値である２２３４ｍ／ｓを固相における基準音速ＣS1とする。また、液相においては、１２０℃の融点温度ＴMから通常の押出し温度２００℃までほぼ直線なので、中間の１６０℃の値である１１７８ｍ／ｓを液相における基準音速ＣS2とする。
【００４６】そして、測定された各平均温度Ｔｍ１、Ｔｍ2と各中間の温度７０℃、１６０℃との差で各基準音速ＣS1、ＣS2を補正して、固相及び液相の各音速Ｃ1、Ｃ2を得る。
【００４７】固相厚み算出部１５ａは、固相伝搬時間算出部１４ａから入力された伝搬時間Δｔ1と固相音速補正部２１ａから入力された音速Ｃ1から(3)式を用いて固相の厚みｄ1を算出する。
ｄ1＝Ｃ1Δｔ1／２ …(3)同様に、液相厚み算出部１５ｂは、液相伝搬時間算出部１４ｂから入力された伝搬時間Δｔ2と液相音速補正部２１ｂから入力された音速Ｃ2から(4)式を用いて液相の厚みｄ2を算出する。
ｄ2＝Ｃ2Δｔ2／２ …(4)厚み算出部２２は固相厚み算出部１５ａで算出された固相の厚みｄ1と液相厚み算出部１５ｂで算出された液相の厚みｄ2とを加算して測定対象の樹枝材１０全体の厚みｄを算出して、出力部２３を介して出力する。
【００４８】
ｄ＝ｄ1＋ｄ2 …(5)このように構成された第１実施形態の樹枝材の厚み測定装置においては、超音波１１が測定対象の樹脂材１０の固相及び液相を伝搬する各伝搬時間Δｔ1、Δｔ2が測定される。そして、操業パラメータから樹脂材１０の固相及び液相の厚み方向の温度分布Ｔ1（ｘ）、Ｔ2（ｘ）が算出され、固相及び液相の平均温度Ｔｍ1、Ｔｍ2が算出される。各相を伝搬する超音波１１の音速Ｃ1、Ｃ2がこの平均温度Ｔｍ1、Ｔｍ2で補正される。次に、各相の伝搬時間と各相の音速とで各相の厚みｄ1、ｄ2が算出されるので、各相の厚みを加算することによって樹脂材１０全体の厚みｄが得られる。
【００４９】このように、超音波１１の音速Ｃが大きく異なる固相と液相との各相における音速Ｃ1、Ｃ2を個別に求め、各相の厚みｄ1、ｄ2を個別に求めている。したがって、樹脂材１０全体の厚みｄをより正確に測定できる。
【００５０】ここで、厚みｄ＝１０ｍｍ、押出しダイス直後の２００℃のポリエチレン管を管の外周面から１５０秒間冷却した時点における厚みｄの測定結果について検証する。
【００５１】樹枝材１０の固相における超音波１１の伝播時間はΔｔ1＝５．０７１μｓ、液相の伝播時間はΔｔ2＝８．０３３μｓであり、上記の設定した基準音速ＣS1＝２２３４ｍ／ｓ、ＣS2＝１１７８ｍ／ｓから、固相の厚みはｄ1＝５．６６ｍｍ、液相の厚みはｄ2＝４．７３ｍｍ、樹枝材１０全体の厚みｄ＝１０．３９ｍｍと算出される。
【００５２】さらに、操業パラメータから温度分布を求めると、図２のようであった。図２の計算では計算の基礎となる厚みを公称厚みｄSである１０ｍｍとして扱っているが、固相と液相の平均温度を求めるにはこれで十分である。
【００５３】図２から、固相の平均温度はＴｍ１＝８７．８℃、液相の平均温度はＴｍ2＝１４６．４℃である。これを基に、固相の音速の温度係数―７．５ｍ／ｓ℃、液相の温度係数―２．３ｍ／ｓ℃で厚み補正を行うと、固相の厚みはｄ1＝５．６６×(２２３４-７．５×(８７．８-７０))／２２３４＝５．３３ｍｍ液相の厚みはｄ2＝４．７３×(１１７８-２．３×(１４６．４-１６０))／１１７８＝４．８６ｍｍ、樹枝１０全体の厚みｄ＝１０．１９ｍｍとなり、正確な値である厚み１０ｍｍにより近い値が得られた。
【００５４】一方、固相、液相を考慮しない従来法について示すと、図２より平均温度は１１６．３℃であり、この時の音速Ｃは図７より１８５６ｍ／ｓとなる。伝播時間はΔｔ＝１３．１０４μｓであるので、厚みはｄ＝１２．１６ｍｍとなり、非常に誤差が多い結果であった。
【００５５】（第２実施形態）図３は本発明の第２実施形態に係る樹脂材の厚み測定方法が適用された樹脂材の厚み測定装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の樹脂材の厚み測定装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
【００５６】この第２実施形態の厚み測定装置においては、固相温度分布算出部１９ａ及び液相温度分布算出部１９ｂは、入力される操業パラメータを用いて、１秒周期で、図２に示す樹脂材１０における固相範囲の温度分布Ｔ1（ｘ）、液相範囲の温度分布Ｔ2（ｘ）をそれぞれ算出して、固相音速分布算出部２４ａ、液相音速分布算出部２４ｂへ送出する。
【００５７】音速温度特性記憶部２５内には、前述した図７に示す測定対象の樹脂材１０内を伝搬される超音波１１の音速の温度特性Ｃ（Ｔ）が記憶されている。具体的には、図７に示すように、融点温度ＴM近傍で特性が大きく変化するＳ字波形を示すので、この温度特性Ｃ（Ｔ）を、固相の温度特性Ｃ1（Ｔ）と液相の温度特性Ｃ2（Ｔ）とに分けて個別に記憶している。そして、それそれ例えば(6)式で示すような５次の多項式で表している。
【００５８】
Ｃ1（Ｔ）＝ａ11Ｔ＋ａ21Ｔ2＋ａ31Ｔ3＋ａ41Ｔ4＋ａ51Ｔ5 Ｃ2（Ｔ）＝ａ12Ｔ＋ａ22Ｔ2＋ａ32Ｔ3＋ａ42Ｔ4＋ａ52Ｔ5 …(6)ａ11，ａ21，ａ31，ａ41，ａ51…係数ａ12，ａ22，ａ32，ａ42，ａ52…係数なお、融点温度ＴMの値に応じて各係数ａ11〜ａ51、ａ12〜ａ52は大きく変化するので、測定対象の樹脂材１０毎にこの音速の温度特性Ｃ1（Ｔ）、Ｃ2（Ｔ）が記憶保持されている。この音速の温度特性Ｃ1（Ｔ）、Ｃ2（Ｔ）は固相音速分布算出部２４ａ、液相音速分布算出部２０ｂへ送出される。
【００５９】固相音速分布算出部２４ａは、１秒周期で、固相温度分布算出部１９ａから出力された図２に示す樹脂材１０内における固相の厚み方向の温度分布Ｔ1（ｘ）と音速温度特性記憶部２５内に記憶された図７に示す温度特性Ｃ1（Ｔ）とから、図４の左側に示すような、樹脂材１０内における固相の厚み方向の各位置ｘにおける音速の分布を示す音速分布Ｃd1（ｘ）を算出する。固相音速分布算出部２４ａは、１秒周期で、算出した固相の音速分布Ｃd1（ｘ）を固相平均音速算出部２６ａへ送出する。
【００６０】同様に、液相音速分布算出部２４ｂは、１秒周期で、液相温度分布算出部１９ｂから出力された図２に示す樹脂材１０内における液相の厚み方向の温度分布Ｔ2（ｘ）と音速温度特性記憶部２５内に記憶された図７に示す温度特性Ｃ2（Ｔ）とから、図４の右側に示すような、樹脂材１０内における液相の厚み方向の各位置ｘにおける音速の分布を示す音速分布Ｃd2（ｘ）を算出する。液相音速分布算出部２４ｂは、１秒周期で、算出した液相の音速分布Ｃd2（ｘ）を液相平均音速算出部２６ａへ送出する。
【００６１】固相平均音速算出部２６ａは、１秒周期で、(7)式を用いて、図２に示す温度分布Ｔ（ｘ）から得られる概略の厚みｄM1を有する固相の厚み方向の平均音速Ｃm1を算出する。
【００６２】
【数２】

【００６３】固相平均音速算出部２６ａは、１秒周期で、算出した厚み方向の平均音速Ｃm１を固相厚み算出部１５ａへ送出する。
【００６４】同様に、液相平均音速算出部２６ｂは、１秒周期で、(8)式を用いて、図２に示す温度分布Ｔ（ｘ）から得られる概略の厚みｄM2を有する液相の厚み方向の平均音速Ｃm2を算出する。なお、樹枝材１０の公称厚みはｄSである。
【００６５】
【数３】

【００６６】液相平均音速算出部２６ｂは、１秒周期で、算出した厚み方向の平均音速Ｃm2を液相厚み算出部１５ｂへ送出する。
【００６７】固相厚み算出部１５ａは、固相伝搬時間算出部１４ａから入力された伝搬時間Δｔ1と固相平均音速算出部２６ａから入力された平均音速Ｃm1とから(9)式を用いて固相の厚みｄ1を算出する。
ｄ1＝Ｃm1Δｔ1／２ …(9)同様に、液相厚み算出部１５ｂは、液相伝搬時間算出部１４ｂから入力された伝搬時間Δｔ2と液相平均音速算出部２６ｂから入力された音速Ｃm2とから(10)式を用いて液相の厚みｄ2を算出する。
ｄ2＝Ｃm2Δｔ2／２ …(10)厚み算出部２２は固相厚み算出部１５ａで算出された固相の厚みｄ1と液相厚み算出部１５ｂで算出された液相の厚みｄ2とを加算して測定対象の樹枝材１０全体の厚みｄを算出して、出力部２３を介して出力する。
【００６８】
ｄ＝ｄ1＋ｄ2 …(11)このように構成された第２実施形態の樹脂材の厚み測定装置においては、操業パラメータから樹脂材１０の固相と液相との各相の厚み方向の各温度分布Ｔ1（ｘ）、Ｔ2（ｘ）が算出され、この各温度分布Ｔ1（ｘ）、Ｔ2（ｘ）と音速の温度特性Ｃ1（Ｔ）、Ｃ2（Ｔ）とから樹脂材１０の固相と液相との各相の厚み方向の各位置ｘにおける音速Ｃd1（ｘ）、Ｃd2（ｘ）が正確に得られる。したがって、(7)、(8)式に示すように、固相と液相との各相の各厚み方向位置ｘの各音速Ｃd1（ｘ）、Ｃd2（ｘ）を累積して、この累積値を図２に示す温度分布Ｔ（ｘ）から得られる概略の厚み,ｄM1、ｄM2で除算することによって、各相の 厚み方向の平均音速Ｃm1、Ｃm2が求まり、この平均音速Ｃm1、Ｃm2と伝搬時間Δｔ1、Δｔ2とで樹脂材１０固相と液相との各相の厚みｄ1、ｄ2が算出され、これらを加算して樹枝材１０全体の厚みｄが求まる。
【００６９】このように、たとえ樹脂材１０内に固相と液相とが存在したとしても、固相と液相との各相の厚み方向の平均音速Ｃm1、Ｃm2が高い精度で求まるので、最終の樹脂材１０の厚みｄがより一層高い精度で算出される。
【００７０】図５は、様々の冷却時間で厚みｄを従来手法と本発明の実施形態手法とで測定して、その各手法における測定誤差を示す図である。この図５においては、冷却時間が短くなり液相が含まれ始める領域において、従来手法では大きな誤差が生ずるが、本発明の実施形態手法によれば少ない誤差で測定可能である。
【００７１】なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、樹脂材１０の厚みｄを(1)式の代りに(2)式を用いることも可能である。この場合、(2)式を解くためには数値積分を行なえばよく、いくつかの厚みに対して伝播時間を計算し、その値が伝播時間の測定値と等しくなる厚みを探索するようにすればよい。
【００７２】また、各実施形態では固相と液相の２相の場合について示したが、３相ないしはそれ以上の相となっている場合でも全く同様に適用できる。
【００７３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の樹脂材の厚み測定方法及び樹脂材の厚み測定装置においては、エコー信号に含まれる境界面エコーを用いて、樹脂材における固相と液相との各相毎に温度分布及び音速を算出して、各相毎に厚みを測定して、後からこれらを加算して樹脂材全体の厚みとしている。
【００７４】したがって、たとえ測定対象の樹脂材に液相が含まれるとしても、樹脂材の厚みを高い精度で測定できる。その結果、この厚み測定装置が組込まれた製造ラインで均一な厚みを有した樹脂材を製造できる。また、測定位置を押出しダイスの近くに設置できるため、製造される樹脂材の歩留りを向上できる。
【出願人】 【識別番号】０００００４１２３
【氏名又は名称】日本鋼管株式会社
【出願日】 平成１２年１月１１日（２０００．１．１１）
【代理人】 【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外４名）
【公開番号】 特開２００１−１９４１３５（Ｐ２００１−１９４１３５Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−２６２０（Ｐ２０００−２６２０）