JPH0526625A - 塗油量測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ランダムな表面粗さを有する鋼帯表面の塗油
厚さを精度よく測定する技術を提供する。 【構成】 光源１と干渉フィルタ板２とで投光光路Ｒ
を、また空間フィルタ板４と赤外線検出器６とで受光光
路Ｓをそれぞれ構成し、これら干渉フィルタ板２，空間
フィルタ板４をタイミング回路部７でタイミング調整し
ながら鋼帯Ｐに照射された赤外線の反射光を赤外線検出
器６で検出し、検出回路部８を経て吸収量演算部９で赤
外エネルギー吸収量を測定し、補正演算回路部10で反射
分布形状から半値幅を演算して検量線の補正係数を求
め、この検量線の補正係数と吸収量演算部９での赤外エ
ネルギー吸収量とから塗油量演算部11で表面粗度に影響
を受けない塗油量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ランダムな粗さを有す
る物体表面に塗布された塗油量の測定方法および装置に
係り、特に製鉄業における冷間圧延工程や表面処理工程
などで鋼帯表面に塗布される防錆油などの塗油量をオン
ラインで測定する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷間圧延工程や表面処理工程を
経て製造される冷延鋼板やめっき処理鋼板などの表面に
は、錆の発生を防ぐために防錆油が連続的に塗布され
る。このような連続的な鋼板への塗油においては、防錆
油の塗布量の不足や塗布むらによって防錆効果の低下を
招来するとか、あるいは逆に過剰な塗油量によって防錆
コストの増大や加工工程における脱脂不良によるたとえ
ば不めっき部の発生などという問題を発生する。一方、
ユーザ側の脱脂設備の処理能力が異なることから、最近
では塗布すべき防錆油の油種や塗布量が個別的に指定さ
れる場合が多く、このような要請に対応するために厳密
な塗油量の管理・制御が要求されている。

【０００３】従来、このような塗油量の管理に用いられ
る測定方法としては、たとえば精密天秤による重量法や
水面上に形成された単分子層の油の面積から塗油量を測
定するハイドロフィルバランス法などが用いられてい
る。また、全長にわたって塗油量を測定する方法として
フィルムシートなどの厚さを測定する赤外エネルギーの
吸収を利用した有機物の厚さ測定方法の適用が考えられ
る。

【０００４】この赤外エネルギー吸収法は、たとえば特
開昭60−224002号公報に記載されているように、有機膜
に赤外線を照射すると赤外線のエネルギーが塗膜によっ
て吸収され、この赤外線のエネルギーの吸収量と有機塗
膜の厚さとはランベルト−ベールの法則に従って相関が
あるため、赤外線の吸収エネルギーを測定することによ
り、有機塗膜の厚さを求めることができるという方法で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
精密天秤による算出法では100mg/m²程度の少量の塗油量
では精度が悪化すること、またハイドロフィルバランス
法では測定に長時間を要することなどの欠点がある上
に、いずれもオフラインにおける測定方法であり、非常
に長い鋼帯においては１点あるいは数点を測定するのみ
で、全長にわたる塗油量の測定・管理は極めて困難であ
る。

【０００６】また、特開昭60−224002号の赤外線エネル
ギー吸収法の場合は、フィルムシートなどのように裏面
からの反射がないとみなされる半透明な対象物ではオン
ラインで全長にわたって，膜厚量を測定することがで
き、高い精度が得られることは周知であるが、しかし鋼
帯のような粗面に塗布された有機膜の厚さ測定では、吸
収後の鋼帯表面からの反射光が粗面によって拡散するた
め、検出する反射光量が変動して検出厚さに誤差を生ず
るという欠点がある。

【０００７】すなわち、図２は特開昭60−224002号の赤
外線エネルギー吸収法を鋼板表面上の塗油量の測定に適
用したときの塗油量と赤外エネルギー吸収量との関係の
一例を示したものである。この図から明らかなように、
同一鋼板表面に対しては、測定すべき塗油量の範囲にお
いては塗油量と赤外エネルギー吸収量との間には近似的
に直線関係が得られるから、赤外エネルギーの吸収量を
測定することにより、塗油量の算出が可能である。

【０００８】しかし、連続して製造されて油が塗布され
る鋼帯の圧延ラインでは、圧延距離によって圧延ロール
の表面の凹凸が変化し、その結果、圧延される鋼帯の表
面粗度が圧延距離により変化する。それ故、赤外エネル
ギー吸収後の鋼帯表面からの反射光が粗面によって拡散
することになるから、検出する反射光量が変動すること
になるのである。

【０００９】そのために、実用化されている装置では、
有機膜の特性吸収波長の吸収強度と、その吸収波長を挟
んだ近傍の２つの波長の強度とを測定することにより、
拡散の違いによる反射光量の変動を補償している。しか
し実際には、この拡散度は波長が短い場合には拡散度が
大きい、すなわち波長によって拡散度が異なるため、有
機塗膜の厚さが薄く検出光量が弱い場合には、この拡散
度の差が無視できず誤差となる。

【００１０】このような問題を解決する方法として、た
とえば特開昭63−235805号公報には、切欠き部を持つ反
射板を光路上で回転させて測定対象と同一の金属板から
なる表面に有機膜が形成されていない基準材と測定対象
面を交互に測定することにより、対象物の表面粗度の影
響を除去するという方法が提案されているが、この方法
によっても連続して圧延される鋼帯においては、圧延時
間による圧延ロールの表面の凹凸の変化により鋼帯表面
粗度が変化し、その結果連続する鋼帯の塗油量を精度よ
く測定することは困難である。

【００１１】本発明は、上記したような冷間圧延工程の
ごとき連続ラインにおいて、粗度の異なる表面に塗布さ
れる油膜の場合であっても、その厚さを精度よく測定す
ることの可能な塗油量測定方法および装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源からの赤
外領域のエネルギー吸収量から油膜量を測定する塗油量
測定方法において、被測定物体表面からの反射光の反射
分布強度を測定し、その反射分布によって赤外エネルギ
ー吸収量と塗油量とを関係づける検量線を補正すること
により油膜量を測定することを特徴とする塗油量測定方
法である。

【００１３】また、本発明は、被測定物体表面に赤外線
を投射する赤熱光源と回転しながら赤外線を透過する複
数の干渉フィルタを有する干渉フィルタ板とからなる投
光光路系と、前記被測定物体表面からの反射光をスリッ
トする開口面積の異なる空孔を複数有する空間フィルタ
板とその反射光を検出する赤外線検出器とからなる受光
光路系と、前記赤外線検出器からの検出信号をアナログ
処理する検出回路部と、前記検出回路部からのアナログ
信号をデジタル信号に変換して赤外エネルギーの吸収量
を測定する吸収量演算回路部と、前記検出回路部で検出
された赤外エネルギーの反射強度から反射分布形状を演
算して半値幅を求めて検量線の補正係数を演算する補正
演算回路部と、この補正演算回路部からの検量線の補正
係数と前記吸収量演算回路部での赤外エネルギー吸収量
とを入力して表面粗度に影響されない塗油量を演算する
塗油量演算部とから構成されることを特徴とする塗油量
測定装置である。

【００１４】

【作 用】本発明者らは、冷間圧延工程において製造さ
れる冷延鋼板からサンプル材を圧延ロールの圧延量すな
わち圧延距離に従って採取し、それらのサンプル材にお
ける表面粗度の変化や塗油量と赤外エネルギーの吸収量
の関係、それぞれの表面からの赤外線の反射強度分布な
どを詳細に検討，測定した結果、つぎのような知見が得
られ、これによって連続鋼帯における塗油量測定方法に
ついて従来からの問題を解決する手段を見出し得たので
ある。 同一鋼帯表面上の油膜厚さとその油膜による赤外エ
ネルギー吸収量とはよい相関があり、近似的に直線的な
検量線を用いて赤外エネルギー吸収量を測定することに
より、高い精度で塗油量の算出が可能である。 鋼帯表面の粗度は圧延距離により変化するが、とく
に初期的な圧延ロールの粗面の変化により、初期的に急
激に低下する。 圧延距離に従う鋼帯表面に同一量の油の塗布を施し
た場合、鋼帯表面粗さの初期的な急激な低下を反映して
測定値が変動し、同一の検量線で赤外エネルギー吸収量
から塗油量を算出することは困難である。 初期的に急激に鋼帯表面の粗度が低下する領域を過
ぎると赤外エネルギーの吸収量はほとんど変化せず、鋼
帯表面の粗度にかかわらず、同一の検量線にて塗油量の
算出が可能である。 赤外線の表面からの反射分布は、表面の粗度によっ
てそのピーク値，拡がりなどのプロフィルが変化する
が、これも表面粗度が初期的に急激に変化することを反
映して、初期的に反射分布形状が変化し、その領域を過
ぎると反射分布形状はほとんど変化しない。

【００１５】このような知見について、以下にさらに具
体的に説明する。まず、図３(a) は圧延距離と表面粗度
の関係を示したものであるが、圧延ラインにおいて製造
される鋼帯は圧延ロールの圧延距離によりその表面粗度
が変化しており、この度合いは圧延開始初期においては
圧延ロールの初期摩耗に起因して急激に変化し、その後
はゆっくりと非常に小さく変化する。

【００１６】つぎに、図３(b) は表面粗度の異なる鋼帯
の表面上の塗油量と赤外エネルギーの吸収量との関係を
示したものであるが、図からわかるように、圧延初期の
鋼帯においては同一塗油量に対して測定値が変動し、塗
油量と赤外エネルギーの吸収量との関係を示す検量線が
変動する。この初期領域を過ぎると塗油量と赤外エネル
ギー吸収量の関係はほとんど変化がなくなり、実用上１
本の検量線で塗油量の算出が可能である。

【００１７】図４は、圧延距離をパラメータとして塗油
量と赤外エネルギー吸収量の関係を示したものであり、
マーク□は圧延距離が 800kmと圧延量が多いロールで圧
延した鋼板上の塗油量を測定した場合、またマーク◆は
圧延距離が50kmと圧延中期のロールで圧延した鋼板上の
塗油量を測定した場合、さらにマーク●は圧延距離が1k
mと圧延量が少ないロールで圧延した鋼板上の塗油量を
測定した場合であるが、いずれもほぼ直線的な関係にあ
ることがわかる。なお、この検量線が変動し、そして変
動がなくなる領域は鋼帯の表面粗度の初期的な急激な粗
度変化の挙動と一致する。

【００１８】ところで、鋼帯表面からの赤外線の空間的
な反射分布は、２次元的に表現すると図５のように示さ
れる。すなわち、表面粗度が小さい場合は分布の拡がり
の小さい曲線ｂのような形状の反射分布となり、表面粗
度が大きい場合は分布の拡がりの大きい曲線ａのような
形状の反射分布となる。そこで、粗度の異なる鋼帯表面
における反射分布の半値幅の変化を調べた結果が図３
(c) である。反射分布の半値幅は、鋼帯の表面粗度の変
化，塗油量の検量線の変化と同様に、圧延距離の初期領
域において急激に小さくなり、粗度変化、検量線の変化
がほとんど変化がなくなる。

【００１９】また、同一鋼帯表面上の塗油量を変えた場
合は、図６に示すように、反射分布形状は相似形を示
し、強度は異なるが半値幅は変化しない。ここで、塗油
量Ｔと赤外線吸収量Ｕの検量線の式をＴ＝κＵ＋α（こ
こで、κ，αは定数）で表すとすると、実用的にαの値
が半値幅の１次式で表すことができるから、反射分布の
半値幅を測定することにより、粗度によって影響される
検量線を補正することができる。

【００２０】以上の知見から、本発明によれば、連続し
て圧延される鋼帯において、その表面からの赤外線の反
射分布を測定すると同時に、その反射分布の形状からピ
ーク値に対する半値幅を求め、その半値幅から予め決め
られた補正式に基づいて検量線を補正することにより、
圧延距離により異なる鋼帯表面の粗度に影響されずに、
同一の検量線によって高い精度で塗油量を算出すること
が可能となる。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
して詳しく説明する。図１は、本発明に係る塗油量測定
装置の実施例を示す概要図である。図において、１は鋼
帯Ｐに赤外線を照射するたとえばニクロム線が赤熱され
る光源である。２は干渉フィルタ板で、油の特性吸収波
長とこの特性吸収波長を挟んだ近傍の２波長の３種類の
透過波長をもつ干渉フィルタで構成される。３は干渉フ
ィルタ板２を回転する回転装置である。これら光源１と
干渉フィルタ板２とで投光光路系Ｒが形成される。

【００２２】４は空間フィルタ板で、たとえば５個など
の複数の異なる面積の空孔が設けられ、受光面積が制限
される。５は空間フィルタ板４を回転する回転装置であ
る。６は鋼帯Ｐからの反射光を受光する赤外線検出器で
ある。これら空間フィルタ板４，赤外線検出器６で受光
光路系Ｓが形成される。７は、投光光路系Ｒに設けられ
た干渉フィルタ板２の回転位置および受光光路系Ｓに設
けられた空間フィルタ板４の回転位置をそれぞれ制御
し、反射分布測定のタイミングを制御するタイミング回
路部である。８は赤外線検出器６で検出された反射光量
をアナログ処理する検出回路部であり、９はデジタル信
号に変換処理して赤外エネルギーの吸収量を測定する吸
収量演算回路部である。10は反射分布形状を演算してそ
の分布形状から半値幅を演算し検量線の補正係数を求め
る補正演算回路部で、11は塗油量を算出する塗油量演算
部である。

【００２３】そこで、光源１から発せられた赤外線が干
渉フィルタ板２を通過して測定対象とされる塗油された
鋼帯Ｐに照射され、その反射光は空間フィルタ板４を介
して赤外線検出器６で検出される。このとき、タイミン
グ回路部７によって干渉フィルタ板２および空間フィル
タ板４の回転位置が制御され、吸収量の測定と表面粗度
による検量線補正演算のための反射分布測定のタイミン
グが制御される。赤外線検出器６で受光された反射光
は、検出回路部８でアナログ処理がなされた後、吸収量
演算回路部９でデジタル処理されて赤外エネルギーの吸
収量が測定される。

【００２４】また、補正演算回路部10において回転する
空間フィルタ板４を通して検出された赤外線の反射強度
から近似計算により反射分布形状を演算し、その分布形
状から半値幅を演算する。さらに得られた半値幅から予
め決められた補正式に基づいて検量線の補正係数を求め
る。この補正係数と赤外エネルギー吸収量とを塗油量演
算部11に入力して表面粗度に影響を受けない塗油量を算
出する。

【００２５】本発明の塗油量測定装置を用いて連続圧延
ラインにおいて走行する鋼帯表面の塗油量を測定した結
果の一例を図７に示した。得られた赤外エネルギー吸収
量の値のうち、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４点については半値幅
によって補正係数を求めて検量線を補正した結果、非常
に高い直線性のある検量線を得ることができ、一本の検
量線にて塗油量を測定することが可能であることがわか
る。

【００２６】なお、上記した本実施例において、反射強
度分布を測定する方法として空間フィルタ４を回転装置
５で回転するとして説明したが、たとえば、図８に示す
ように、シリンダ装置12によって連続的に移動し得る移
動スリット13とし、その移動量を移動量検出器14で検出
するようにしてもよい。また、あるいは図９に示すよう
に、赤外線検出器６を円弧状のラック装置15に取付けて
ギアモータ16で円弧状に移動させて測定点を走査するよ
うにし、円弧角測定器17で移動量を検出するようにして
もよい。

【００２７】また、上記実施例は連続する鋼帯について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
表面粗度の異なる物体であればいずれにも適用し得るこ
とは言うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、連
続して製造される圧延鋼帯などの表面に塗布される防錆
油などの表面塗油量を表面の粗度の違いにかかわらず、
全長にわたって精度よく即位呈することが可能となり、
ユーザーの要求に基づく製品品質の向上や表面塗油の原
単位の低減、自動管理による省力化などのすぐれた効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の塗油量測定装置の実施例を示す概要図
である。

【図２】従来の赤外線エネルギー吸収法を用いて塗油量
と赤外エネルギー吸収量との関係の一例を示す特性図で
ある。

【図３】(a) は鋼帯の圧延距離と表面粗度の関係、(b)
は鋼帯の圧延距離と赤外エネルギー吸収量との関係、
(c) は鋼帯の圧延距離と反射分布半値幅の関係をそれぞ
れ示す特性図である。

【図４】圧延距離をパラメータとしたときの塗油量と赤
外エネルギー吸収量の関係を示す特性図である。

【図５】反射分布形状を説明する図である。

【図６】塗油量の異なる同一鋼帯表面上からの反射分布
形状を示す図である。

【図７】本発明を適用したときの塗油量と赤外エネルギ
ー吸収量の関係を示す特性図である。

【図８】空間フィルタの他の実施例を示す概要図であ
る。

【図９】空間フィルタの他の実施例を示す概要図であ
る。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 干渉フィルタ板 ３ 回転装置 ４ 空間フィルタ板 ５ 回転装置 ６ 赤外線検出器 ７ タイミング回路部 ８ 検出回路部 ９ 吸収量演算回路部 10 補正演算回路部 11 塗油量演算部 12 シリンダ装置 13 移動スリット 14 移動量検出器 15 ラック装置（移動装置） 16 ギアモータ（移動装置） 17 円弧角測定器 Ｐ 鋼帯 Ｒ 投光光路系 Ｓ 受光光路系

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの赤外領域のエネルギー吸収
   量から油膜量を測定する塗油量測定方法において、被測
   定物体表面からの反射光の反射分布強度を測定し、その
   反射分布によって赤外エネルギー吸収量と塗油量とを関
   係づける検量線を補正することにより油膜量を測定する
   ことを特徴とする塗油量測定方法。
2. 【請求項２】 前記検量線の補正を反射強度分布の半
   値幅を用いて行うことを特徴とする請求項１記載の塗油
   量測定方法。
3. 【請求項３】 被測定物体表面に赤外線を投射する赤
   熱光源と回転しながら赤外線を透過する複数の干渉フィ
   ルタを有する干渉フィルタ板とからなる投光光路系と、
   前記被測定物体表面からの反射光をスリットする開口面
   積の異なる空孔を複数有する空間フィルタ板とその反射
   光を検出する赤外線検出器とからなる受光光路系と、前
   記赤外線検出器からの検出信号をアナログ処理する検出
   回路部と、前記検出回路部からのアナログ信号をデジタ
   ル信号に変換して赤外エネルギーの吸収量を測定する吸
   収量演算回路部と、前記検出回路部で検出された赤外エ
   ネルギーの反射強度から反射分布形状を演算して半値幅
   を求めて検量線の補正係数を演算する補正演算回路部
   と、この補正演算回路部からの検量線の補正係数と前記
   吸収量演算回路部での赤外エネルギー吸収量とを入力し
   て表面粗度に影響されない塗油量を演算する塗油量演算
   部とから構成されることを特徴とする塗油量測定装置。
4. 【請求項４】 前記空間フィルタ板の代わりに、開口
   面積を連続的に変化させ得る移動スリットを設けること
   を特徴とする請求項３記載の塗油量測定装置。
5. 【請求項５】 前記受光光路系を測定点に対して円弧
   状に走査する移動装置を備えたことを特徴とする請求項
   ３記載の塗油量測定装置。