広領域スペクトル法を用いる高温表面の温度性状のインプロセス計測法の開発

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01850049
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 牧野 俊郎 京都大学, 工学部, 助教授 (30111941)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小坂 武 ミノルタカメラ(株), 計測機器部門, 次長 ; 吉田 篤正 京都大学, 工学部, 助手 (60174918)
• Keywords: 熱ふく射 / 熱物性 / 計測 / スペクトル / 高温 / 表面被膜 / 表面あらさ / フラクタル

Research Abstract

本研究は、高温の工学系の実環境下のある材料の表面の温度や微視形状を、生産の現場で時々刻々に診断するふく射計測技術(インプロセス計測法)の開発を目的とするものであり、熱工学のふく射物性研究の方法を応用することをその特色とするものである。平成元年度には、計測装置の大半を完成し、計測法のアルゴリズムを検討した。
まず、広波長域用高速スペクトル計測装置の試作を進めた、装置は、0.4〜14.5μmの近紫外〜遠赤外の波長域のふく射のスペクトルを多角的に計測するものであり、可視・近赤外域ではシリコンとゲルマニウムの多素子アレイを電子的に走査し、赤外・遠赤外域では高速回転する波長連続可変フィルタ(CVFフィルタ)を水銀・カドミウム・テルル素子とともに用いて高速化を計る。この装置の赤外・遠赤外部の製作のために、平成元年度備品として上記フィルタのセットを購入した。
計測すべきスペクトル現象の全体像を把握するために、すでに完成している高速スペクトル計測装置の可視・近赤外部を用いて、高温酸化過程における金属材料のふく射性質の過渡挙動を調べた。その結果、表面の微視構造とスペクトルとの関係が、実用の材料の表面についても電磁波の回折と干渉の機構により明確に特徴づけられることがわかった。
そこで、スペクトルの反転解析法開発の第1段階として、実在表面におけるふく射現象を記述する電磁波光学・数理統計学的な理論の検討を進めた、ふく射の波長の微視形状を与える新しい3次元のフラクタル的なモデルを提案し、また、検証のための分光実験を行いその妥当性を検討した。この実験では、表面の微視構造が明確に定量的に記述できる試料を対象とすることが重要であり、このために、平成元年度設備備品として表面あらさ形状測定のためのシステムを購入した。

Research Products

• [Publications] 牧野俊郎: "3次元重ね合せ法によりモデル化したあらい表面におけるふく射の散乱" 第27回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (1990)
• [Publications] Toshiro Makino: "Thermal Radiation Characteristics of Stainless Steels and Super-Alloys in an Oxidation Proces at High Temperatceres" Proceedings of the Second Thermophiysical Properties Confetence,Sapporo. 221、226 (1989)