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ハイスピードカメラPhantom TMX7510によるキャビテーションの可視化|株式会社ノビテック

油圧バルブ内のキャビテーション

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油圧バルブ内のキャビテーション

ハイスピードカメラPhantom TMX7510 によるキャビテーションの可視化

今回は、ハイスピードカメラPhantom TMX7510モノクロモデルと可視化用レーザー照明CAVILUXを使用し、油圧バルブ内のキャビテーションを撮影しました。 76,000fpsの高フレームレートでしたが、TMX7510だと768x800の高解像度で撮影でき、細かい気泡の振る舞いを鮮明にとらえることができました。 またCAVILUX Smart UHSをバックライトで使用したことで、CAVILUXの超短パルスレーザーをハイスピードカメラと同期させることが出来るため、通常の連続光照明ではブレてしまうような超高速な流れもシャープに撮影できました。

ハイスピードカメラ Phantom TMX7510 ハイスピードカメラ Phantom TMX7510

油圧バルブは、油圧ポンプから送り出された作動油の方向、圧力、流量を調整・制御する弁で、油圧ショベル等の建設機械で重要な役割を果たします。 今回は、油圧バルブ内のキャビテーションの様子をVision Research Inc.(米国)製ハイスピードカメラPhantom TMX7510のモノクロモデルとCAVITAR(フィンランド)製可視化用レーザー照明を用いて可視化撮影しました。

Phantom TMX7510はISO感度モノクロ:125,000、カラー:16,000とシリーズ最高感度を有し、フル解像度1280x800ピクセル時に76,000コマ/秒の超高速撮影性能を備えたハイエンドモデルです。

照明として使用したCAVILUX Smart UHS(50W)モデルは最短10nsの超短パルス、高繰り返し、高輝度の均一な照明用のダイオードレーザーです。単波長のレーザーにもかかわらず、干渉縞のでない低コヒーレント設計で、高輝度で均一な光を照射できます。高速度カメラと同期を使用することが可能で高速現象をブレのない画像として捉えることが可能になります。

本事例では、76,000コマ/秒での撮影ですが、カメラのビニング機能を用いて、局所的に拡大し、640x384で30万コマ/秒で撮影も行いました。最速で175万コマ/秒で撮影可能です。これら高速度カメラを用いたキャビテーションの可視化、解明は油圧バルブの研究において最も重要とされる損失の低減、不具合の削減などの課題解決に必要な要素となります。今回使用しましたハイスピードカメラPhantom TMX7510は撮影速度、感度ともにシリーズ最高性能を有しており、高速現象を明るく鮮明に捉えることができます。また照明として使用しましたCAVILUXは高速度カメラと同期することが出来るので、カメラの露光タイミングに合わせ短いパルス照明を入れることにより、カメラのシャッター速度の限界を超え高速度現象をブレのない画像としてシャープに捉えることが可能になります。

使用機材

ハイスピードカメラ Phantom TMX7510 モノクロモデル

試験対象 : 油圧バルブ内キャビテーション

可視化用レーザー照明CAVILUX Smart UHS

ハイスピードカメラ Phantom TMX7510

撮影条件

・フレームレート:76,000コマ/秒
・解像度: 768x800ピクセル
・露光時間:300n秒
・照明出力:50W
・照明波長:640nm
・パルス幅:50ns

撮影協力

日本大学 生産工学部 機械工学科 沖田先生

結果説明

油圧バルブ内のキャビテーションをハイスピードカメラPhantom TMX7510モノクロモデルと可視化用レーザー照明CAVILUXを使用して撮影しました これまで低解像度でしか観察出来ていなかった現象を高解像度で撮影をすることで、細かいバブルの振る舞いが鮮明に確認できました。 高速な噴霧現象の可視化には高速度な撮影能力と高感度なセンサーを持つハイスピードカメラと超高速な流れをシャープに捉える超短パルスレーザー照明CAVILUXを用いた撮影が最適です。今回Phantomシリーズで最も高速度かつ高感度なハイスピードカメラPhantom TMX7510と可視化用レーザー照明CAVILUXを使用したことでバルブ内のキャビテーションを鮮明に撮影することに成功しております。

ノビテックではガラスや金属片のクラックなどの超高速度現象に適したハイスピードカメラのラインナップ各種を取り揃えております。各種デモやオンラインでのご相談も承っておりますので、こちらよりお気軽にご相談ください。

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