JPH0593619A - コンプトン散乱ｘ線法による金属上塗膜の厚さ測定方法 及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンプトン散乱Ｘ線法により金属を被覆する
塗膜等の厚さを測定するに当たって、測定面の傾きの変
動による測定誤差をなくす。 【構成】 測定面２１の測定点Ｏにおける法線に関して
互いに対称の位置に、一対のＸ線発生源１及び２を設け
た装置を用い、予想される測定面の最大傾き角αを含む
平面内（紙面）にこの一対のＸ線発生源１及び２を位置
させて測定点Ｏに向けて照射する。 【効果】 測定面の傾きの変動αにより一方の入射Ｘ線
の塗膜を通過する光路長が変わっても、他方の入射Ｘ線
の塗膜を通過する光路長も変わり、これらは互いに光路
長の変化を打ち消し合うように変わるので、測定誤差が
なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】鋼板或いはめっき鋼板等金属基盤
の上に塗装した塗膜の厚さを測定する技術の一つにコン
プトン散乱Ｘ線法があるが、この測定技術の精度向上に
関する。

【０００２】

【従来の技術】金属上塗膜の厚さ測定法には、かってよ
りマイクロメーター法、重量法、電磁法、赤外線反射法
等があった。マイクロメーター法、重量法は、塗膜を剥
いでその前後の寸法差或いは重量差から塗膜厚を求める
方法で、直接的に厚さが求まる絶対法であるが、測定に
時間を要する。

【０００３】電磁法、赤外線反射法は相対法であって、
上記の絶対法を基準として電磁強度或いは赤外線吸収量
が厚さに換算される。測定の迅速さ、非破壊測定が可能
な点でこれらの相対法は優れているが、限られた条件下
でなければ測定出来ない欠点があった。この欠点を克服
した測定法にコンプトン散乱Ｘ線測定法がある。

【０００４】例えば、特開昭６４−４１８１０号公報で
は、塗膜で被覆された金属にＸ線を照射し発生するコン
プトン散乱Ｘ線の強度は、塗膜の厚さと直線関係にあ
り、この直線の切片は下地金属と関係し勾配は塗膜と関
係することを明らかにしている。即ち、一次Ｘ線が塗膜
を通過するときに原子に衝突し散乱された二次Ｘ線がコ
ンプトン散乱Ｘ線であって、その量は一次Ｘ線の通過路
の長さに依存する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、一次Ｘ線の
入射角が一定の場合は問題はないが、測定面が傾いたり
して入射角が変動する場合には、塗膜を通過するＸ線路
の長さが変動し測定に誤差が生ずるという問題が残され
ていた。

【０００６】この問題を解決するためにこの発明は行わ
れたもので、複数個のＸ線管球を用いて、入射角の変動
を相殺することによって、塗膜厚を高い精度で測定する
ことを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の手段は、測定点にＸ線を照射し発生する二次Ｘ線を測
定する際に、二個のＸ線発生源を用いることによって、
測定面の傾きの変動等による入射角の変動を相殺する方
法であるが、これらの二個のＸ線発生源を測定面の最大
傾き角を含む平面内であって基準測定面の測定点におけ
る法線に関して対称の位置に配置し、これによって入射
角の変動を相殺するコンプトン散乱Ｘ線法による金属上
塗膜の厚さ測定方法と、この方法を用いるのに適した装
置であって、測定点にＸ線を照射し発生する二次Ｘ線を
測定する測定装置において、基準測定面の測定点におけ
る法線に関して対称となる位置に一対のＸ線発生管球を
一対以上配置したコンプトン散乱Ｘ線法による金属上塗
膜の厚さ測定装置とである。

【０００８】

【作用】コンプトン散乱Ｘ線法では、塗膜等樹脂皮膜
（以下、単に塗膜と称す）で被覆された金属体にＸ線を
照射し、発生する二次Ｘ線を捉えて塗膜の厚さを測定す
るが、二次Ｘ線のうちコンプトン散乱Ｘ線強度が主たる
情報であり、蛍光Ｘ線情報が参考情報となる。

【０００９】コンプトン散乱Ｘ線は、Ｘ線が通過しよう
として原子に衝突して散乱されるものであり、その強度
と塗膜厚とは一次の関係にある。この関係を図６に示
す。図６で、縦軸はコンプトン散乱Ｘ線強度、横軸は塗
膜厚であるが、両者の関係を示す直線の縦軸切片は、塗
膜が無い場合即ち金属体から発生するコンプトン散乱Ｘ
線強度である。塗膜厚が増すとこれを通過するＸ線路が
長くなり、コンプトン散乱Ｘ線強度も増加する。したが
って、この図６の関係をあらかじめ検量線として求めて
おけば、コンプトン散乱Ｘ線強度から塗膜の厚さを算出
することができる。

【００１０】具体的には、図７に示す光学系によって測
定される。図７で、１はＸ線管球、１１は塗膜、１２は
下地金属、１３は二次Ｘ線、１４は検出器、１５は増幅
器、１６は計数回路、１７は演算装置である。Ｘ線管球
１に高電圧をかけＸ線を発生させ、塗膜１１に照射す
る。Ｘ線が照射されるとＸ線と塗膜１１及び下地金属１
２との相互作用により、コンプトン散乱Ｘ線や蛍光Ｘ線
等からなる二次Ｘ線が発生する。この二次Ｘ線１３を検
出器１４で受け、受信信号を増幅器１５によって増幅
し、計数回路１６によりＸ線の強度を計数し、演算装置
１７により演算を行い塗膜厚を算出する。

【００１１】以上がコンプトン散乱Ｘ線法の概要であ
る。従来法では、図７のようにＸ線源を一箇所に設けて
いた。この場合、測定面の傾きが変わると、照射Ｘ線の
入射角が変わり測定に誤差が生ずる。この様子を図５に
示す。図５で、入射角がαからβに変わると、入射Ｘ線
の塗膜を通過する距離（以下、光路長と称す）はｄ₁ か
らｄ₂ に変わる。光路長が変わると、コンプトン散乱Ｘ
線強度も変わるので、塗膜厚の算出値はこれに応じて変
わる。

【００１２】この入射角の変動に対するコンプトン散乱
Ｘ線強度を図示すると、図４のようになる。図４で縦軸
はコンプトン散乱Ｘ線強度、横軸は入射角の変動量であ
る。入射角が小さくなるように変動するとコンプトン散
乱Ｘ線強度が増加し、入射角が大きくなるように変動す
るとコンプトン散乱Ｘ線強度が減少する。

【００１３】図４には、入射角の変動域を大きくとって
示したが、現実に起る変動は小さく、入射角の変動量と
コンプトン散乱Ｘ線強度との関係は直線関係と見なすこ
とが出来る。例えば塗装鋼帯の連続測定では変動域は概
ね２度以内であり、このような場合の関係を図３に示
す。図３で、縦軸はコンプトン散乱Ｘ線強度、横軸は入
射角の変動量であり、その変動量が２度以内の場合を示
したが、両者を関係づけるグラフは直線に極めて近い。

【００１４】この入射角の変動によるコンプトン散乱Ｘ
線強度の変動を、一対のＸ線発生源を用いることによっ
て、相殺することができる。このことを図２及び図３を
用いて説明する。

【００１５】図２において、基準測定面２１と決めこれ
を基準にして傾きを考え、図２の描かれている紙面を測
定面の最大傾き角を含む面とする。Ｘ線発生源１及び対
をなす他のＸ線発生源２は、共に測定面の最大傾き角を
含む面内即ち紙面上にあり、且つ、基準測定面２１の測
定点Ｏにおける法線２２に関して互いに対称の位置にあ
る。測定面が基準測定面の状態では、Ｘ線発生源１から
照射されたＸ線の塗膜１１を通過する光路長は、Ｘ線発
生源２から照射されたＸ線の塗膜１１を通過する光路長
と等しくＯＣであり、これらが散乱するコンプトン散乱
Ｘ線強度は、図３に示されるＩの２倍である。

【００１６】この測定面がαだけ傾くと、Ｘ線発生源１
から照射されたＸ線の塗膜１１を通過する光路長はＯ
Ａ、Ｘ線発生源２から照射されたＸ線のそれはＯＢとな
るが、これらが散乱するコンプトン散乱Ｘ線強度は、図
３に示されるように、各々Ｉ−ｋα、Ｉ＋ｋαである。
即ち、両Ｘ線源から照射されたＸ線によって散乱される
コンプトン散乱Ｘ線強度の変動分ｋαは相殺され、基準
測定面の状態で測定したコンプトン散乱強度Ｉの２倍が
測定される。

【００１７】次に、上記の測定方法を実施するためのこ
れに適した装置について説明する。試験片の傾きが問題
になる場合の一つにオンライン測定がある。鋼帯を連続
的に処理する連続ラインで測定する場合、測定面は静止
しておらず、僅かではあるが、測定面の傾きの度合は絶
えず変動する。そしてその最大傾き角を含む平面は、測
定場所やライン操業条件等により、鋼帯走行方向と平行
であったり、或いはこれと直角の方向であったりする。

【００１８】最大傾き角を含む平面の方向が一方向で一
定である場合は、基準測定面の測定点における法線に関
して対象となる位置であって、Ｘ線発生源がこの平面内
にあるように、一対のＸ線発生管球を備えた装置であれ
ば、上記の測定方法を実施することができる。

【００１９】しかし、最大傾き角を含む平面の方向が複
数方向の場合は、これらの方向に応じて、複数対のＸ線
発生管球の配置が必要になる。

【００２０】

【実施例】厚さ０．３５mmの鋼板に塗膜を付した塗装鋼
板試料について、図１に示すように、Ｘ線発生管球１及
びＸ線発生管球２を所定の位置に配置した装置を用い
て、塗膜１１の厚さを測定した。測定にあたって、試験
片を傾けて入射角φを±５°迄変動させその影響による
誤差を調べた。即ち、基準測定面についての測定値と傾
いた測定面についての測定値との相違が誤差である。な
お、Ｘ線発生管球が１個である従来例についても同様に
その誤差を調べて比較した。

【００２１】検出器１４は基準測定面の測定点における
法線上に配置したが、限定されるものではなく、実用上
この位置に設置することが困難な場合は他の位置でもよ
く、又複数の検出器を配置してもよい。複数の検出器を
用いた場合は、検出された二次Ｘ線強度の和を塗膜厚の
算出に供すればよい。

【００２２】Ｘ線源管球１及び２には同じ出力のＡｇ管
球を使用し、ＬｉＦモノクロメータを用いて入射Ｘ線を
ＡｇＫα線（λ＝０．５６０８Å）に単色化した。検出
器には半導体検出器を用いた。調べた結果を表１に示
す。

【００２３】

【００２４】測定面の傾きが大きくなると誤差は増える
が、従来例では、測定面が０．５°傾いた場合でも２％
以上、２°傾いた場合は９％以上の誤差が生ずる。これ
に対し、この発明の実施例では、２°傾いた場合でも誤
差は０．４％以下である。即ち実施例では、測定面傾き
による誤差は従来例の約２５分の１で済んでいる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べてきたように、この発明ではコ
ンプトン散乱Ｘ線法を用いた金属上の塗膜の厚さ測定に
際して、一対のＸ線発生源を、測定面の傾きの影響が相
殺されるように配置する。このため、従来の測定に比し
測定誤差は約２５分の１に低減し、測定精度は大きく向
上した。

【００２６】産業界では、オンライン測定のように、測
定面の傾きが避けられない場合も多く、このように飛躍
的に測定精度を高めたこの発明の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例であるＸ線発生管球の配置
を示す図である。

【図２】一対のＸ線発生管球の配置及び測定面の傾きと
一次Ｘ線の光路長の相殺を説明するための塗膜の断面図
である。

【図３】変動量が小さい場合の一次Ｘ線の入射角の変動
量とコンプトン散乱Ｘ線強度との関係を示す図である。

【図４】一次Ｘ線の入射角の変動量とコンプトン散乱Ｘ
線強度との関係を示す図である。

【図５】測定誤差の発生原理を説明するための、一次Ｘ
線の入射角の変動と光路長の変動を説明するための塗膜
の断面図である。

【図６】コンプトン散乱Ｘ線法における、塗膜厚とコン
プトン散乱Ｘ線強度との関係を示す図である。

【図７】従来のコンプトン散乱Ｘ線法による塗膜厚測定
の光学系の概要を示す図である。

【符号の説明】

１ Ｘ線管球 ２ 対をなす他のＸ線管球 １１ 塗膜 １２ 下地金属 １３ 二次Ｘ線 １４ 検出器 ２１ 基準測定面 ２２ 法線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋吉 孝則 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 吉川 裕泰 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 岩田 年一 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定点にＸ線を照射し発生する二次Ｘ線
   を測定する際に、二個のＸ線発生源を測定面の最大傾き
   角を含む平面内であって基準測定面の測定点における法
   線に関して対称の位置に配置することによって、入射角
   の変動を相殺することを特徴とするコンプトン散乱Ｘ線
   法による金属上塗膜の厚さ測定方法。
2. 【請求項２】 測定点にＸ線を照射し発生する二次Ｘ線
   を測定する測定装置において、基準測定面の測定点にお
   ける法線に関して対称となる位置に一対のＸ線発生管球
   を一対以上配置したことを特徴とするコンプトン散乱Ｘ
   線法による金属上塗膜の厚さ測定装置。