JPH1172436A - 金属材料表面の塗油量測定方法および装置 - Google Patents
金属材料表面の塗油量測定方法および装置Info
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- JPH1172436A JPH1172436A JP23427997A JP23427997A JPH1172436A JP H1172436 A JPH1172436 A JP H1172436A JP 23427997 A JP23427997 A JP 23427997A JP 23427997 A JP23427997 A JP 23427997A JP H1172436 A JPH1172436 A JP H1172436A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低塗油量域での測定精度が高く且つオフライン
でもオンラインでも簡便且つ容易に塗油量を測定できる
金属材料表面の塗油量測定装置を提供する。 【解決手段】油が塗布された金属材料表面に長方形のビ
ーム形状とした特定波長の励起光を照射する励起用光源
6と、その励起光により発生した金属材料表面からの蛍
光を集光して長方形のスリット13上に長方形の蛍光像
を結ぶ光学系12と、スリット13を介して導いた蛍光
を分光する分光器14と、その分光器14で分光した蛍
光を検出して蛍光強度を測定する光検出素子15とを備
え、長方形のスリット13はその長辺の方向が長方形の
蛍光像の長辺方向と直交するように配置した。
でもオンラインでも簡便且つ容易に塗油量を測定できる
金属材料表面の塗油量測定装置を提供する。 【解決手段】油が塗布された金属材料表面に長方形のビ
ーム形状とした特定波長の励起光を照射する励起用光源
6と、その励起光により発生した金属材料表面からの蛍
光を集光して長方形のスリット13上に長方形の蛍光像
を結ぶ光学系12と、スリット13を介して導いた蛍光
を分光する分光器14と、その分光器14で分光した蛍
光を検出して蛍光強度を測定する光検出素子15とを備
え、長方形のスリット13はその長辺の方向が長方形の
蛍光像の長辺方向と直交するように配置した。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料表面の塗
油量測定方法および装置に係り、特に、鋼板やアルミニ
ウム板等の金属材の表面に塗布された微量な油の量を簡
便かつ高精度に測定することが可能な金属材料表面の塗
油量測定方法および装置に関する。
油量測定方法および装置に係り、特に、鋼板やアルミニ
ウム板等の金属材の表面に塗布された微量な油の量を簡
便かつ高精度に測定することが可能な金属材料表面の塗
油量測定方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】防錆やプレス成形時の潤滑等のために金
属板面に塗布された油の塗油量は、防錆やプレス成形の
特性を決める重要な管理項目である。通常は、連続生産
される金属板からサンプルを切り出して油付着時と油脱
脂後との重量を測定し、両者の差を求めて単位面積当た
りの塗油量を算出している。しかし最近は、より厳しい
品質管理が要求されることから、これに対応するべく測
定対象の金属板が走行している状態でも測定可能な連続
式のオンライン塗油量測定装置(特開平7−24397
0号)や、反対にバッチ式で簡便に使用できる小型軽量
なオフライン塗油量測定装置(New methods for qualit
y assurance in metal forming,18th Bi-ennial Congre
ss IDDRG 1994) が開発されて実用化されている。前者
はレーザ誘起蛍光法を利用し、後者は赤外吸収法を利用
したものである。
属板面に塗布された油の塗油量は、防錆やプレス成形の
特性を決める重要な管理項目である。通常は、連続生産
される金属板からサンプルを切り出して油付着時と油脱
脂後との重量を測定し、両者の差を求めて単位面積当た
りの塗油量を算出している。しかし最近は、より厳しい
品質管理が要求されることから、これに対応するべく測
定対象の金属板が走行している状態でも測定可能な連続
式のオンライン塗油量測定装置(特開平7−24397
0号)や、反対にバッチ式で簡便に使用できる小型軽量
なオフライン塗油量測定装置(New methods for qualit
y assurance in metal forming,18th Bi-ennial Congre
ss IDDRG 1994) が開発されて実用化されている。前者
はレーザ誘起蛍光法を利用し、後者は赤外吸収法を利用
したものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
誘起蛍光法を利用した前者の場合は、例えば鉄鋼業の冷
間圧延工程や表面処理工程などで連続生産中の冷延鋼板
や各種めっき材などの表面の塗油量をオンライン測定で
きることを前提とし、塗油量の測定範囲も100〜20
00mg/m2 と比較的多いものが対象となるため、工
業的に安定で高出力のレーザを使用しており、その結果
装置が大型化し価格も高くなってオフラインでは利用し
にくいという問題がある。
誘起蛍光法を利用した前者の場合は、例えば鉄鋼業の冷
間圧延工程や表面処理工程などで連続生産中の冷延鋼板
や各種めっき材などの表面の塗油量をオンライン測定で
きることを前提とし、塗油量の測定範囲も100〜20
00mg/m2 と比較的多いものが対象となるため、工
業的に安定で高出力のレーザを使用しており、その結果
装置が大型化し価格も高くなってオフラインでは利用し
にくいという問題がある。
【0004】一方、後者の赤外吸収法を利用したものの
場合は、オフライン用装置に必要なコンパクトで低価格
という条件は満足しても、塗布油の赤外線吸収度合いは
下地金属材料の表面特性例えば表面粗さ,圧延方向性,
反射率等の影響や、油の付着状態例えば粒状に付着して
いるか膜状に付着しているかの違いによる影響を受けや
すいことから、低塗油量域での測定精度が良くないとい
う問題がある。
場合は、オフライン用装置に必要なコンパクトで低価格
という条件は満足しても、塗布油の赤外線吸収度合いは
下地金属材料の表面特性例えば表面粗さ,圧延方向性,
反射率等の影響や、油の付着状態例えば粒状に付着して
いるか膜状に付着しているかの違いによる影響を受けや
すいことから、低塗油量域での測定精度が良くないとい
う問題がある。
【0005】そこで本発明は、このような従来技術の問
題点に着目してなされたものであり、油が塗布された被
測定金属面へ照射する励起光により誘起された蛍光を集
中的に受光光学系に導いて蛍光強度を測定することによ
り、被測定面の粗さや測定装置との位置関係の変動によ
る蛍光強度測定誤差を低減させた、低塗油量域での測定
精度が高く且つオフラインでもオンラインでも簡便且つ
容易に塗油量を測定できる金属材料表面の塗油量測定方
法および装置を提供することを目的とする。
題点に着目してなされたものであり、油が塗布された被
測定金属面へ照射する励起光により誘起された蛍光を集
中的に受光光学系に導いて蛍光強度を測定することによ
り、被測定面の粗さや測定装置との位置関係の変動によ
る蛍光強度測定誤差を低減させた、低塗油量域での測定
精度が高く且つオフラインでもオンラインでも簡便且つ
容易に塗油量を測定できる金属材料表面の塗油量測定方
法および装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の請求項1に係る金属材料表面の塗油量測定方法
は、油が塗布された金属材料表面に長方形のビーム形状
とした特定波長の励起光を照射し、その照射によって生
じる蛍光を集光して長方形の蛍光像を長方形のスリット
位置に結ばせて当該蛍光像の長辺方向と前記スリットの
長辺方向とを直交せしめるとともに各長方形の中心を一
致せしめ、当該スリットを通過した蛍光の強度を測定し
て塗油量を求めることを特徴とする。
発明の請求項1に係る金属材料表面の塗油量測定方法
は、油が塗布された金属材料表面に長方形のビーム形状
とした特定波長の励起光を照射し、その照射によって生
じる蛍光を集光して長方形の蛍光像を長方形のスリット
位置に結ばせて当該蛍光像の長辺方向と前記スリットの
長辺方向とを直交せしめるとともに各長方形の中心を一
致せしめ、当該スリットを通過した蛍光の強度を測定し
て塗油量を求めることを特徴とする。
【0007】また、請求項2に係る金属材料表面の塗油
量測定装置は、油が塗布された金属材料表面に長方形の
ビーム形状とした特定波長の励起光を照射する手段と、
その励起光により発生した前記金属材料表面からの蛍光
を集光して長方形のスリット位置に長方形の蛍光像を結
ぶ光学系と、前記スリットを介して導いた前記蛍光を分
光する分光器と、該分光器で分光した蛍光を検出して蛍
光強度を測定する手段と、その蛍光強度に基づいて塗油
量を算出する手段とを備え、前記長方形のスリットはそ
の長辺の方向を前記長方形の蛍光像の長辺方向と直交す
るように配置したことを特徴とする。
量測定装置は、油が塗布された金属材料表面に長方形の
ビーム形状とした特定波長の励起光を照射する手段と、
その励起光により発生した前記金属材料表面からの蛍光
を集光して長方形のスリット位置に長方形の蛍光像を結
ぶ光学系と、前記スリットを介して導いた前記蛍光を分
光する分光器と、該分光器で分光した蛍光を検出して蛍
光強度を測定する手段と、その蛍光強度に基づいて塗油
量を算出する手段とを備え、前記長方形のスリットはそ
の長辺の方向を前記長方形の蛍光像の長辺方向と直交す
るように配置したことを特徴とする。
【0008】請求項3に係る金属材料表面の塗油量測定
装置は、上記請求項2記載の塗油量測定装置において、
被測定金属材料を所定の測定位置に保持する保持装置を
備えたことを特徴とする。
装置は、上記請求項2記載の塗油量測定装置において、
被測定金属材料を所定の測定位置に保持する保持装置を
備えたことを特徴とする。
【0009】鋼板などの金属板上に塗布された油の表面
に、その油に好適な励起波長の光を照射すると、蛍光を
発することが知られており、この蛍光の強度と塗油量と
の間には比例関係があるとの知見が得られている。例え
ば、冷間圧延後の調質圧延工程や精整工程において多く
使用される防錆油の蛍光特性を調べると、紫外線波長領
域である波長330〜350nm付近で励起すると効率
良く蛍光が発し、その蛍光のピークは波長420〜45
0nm付近であるとの結果を得ており、肉眼でも蛍光を
観察することができる。本願発明者らは、この原理を利
用しオフラインでの測定に特に好適に適用できるコンパ
クトな塗油量測定を実現するために実験を重ねたとこ
ろ、コンパクト化にはピークパワーの強い波長337n
mの窒素(N2 )パルスレーザが好適に利用できるとの
知見が得られた。従来、N2 パルスレーザは理化学実験
用に用いられており比較的大型の装置が多かったが、最
近はN2 ガスを循環させなくても、2千万パルスを連続
的に発信できる小型のレーザ発振器が安価に市販されて
いる。そこで、このようなレーザ発振器を用い、例えば
繰り返し周波数20Hz、1パルス当たりのエネルギー
120μJのN2 レーザ光を集光して鋼板上の油に照射
し、蛍光強度をパルス同期させて測定すると、S/N比
の良い蛍光検出が可能であり、塗油量測定に応用できる
ことが分かった。
に、その油に好適な励起波長の光を照射すると、蛍光を
発することが知られており、この蛍光の強度と塗油量と
の間には比例関係があるとの知見が得られている。例え
ば、冷間圧延後の調質圧延工程や精整工程において多く
使用される防錆油の蛍光特性を調べると、紫外線波長領
域である波長330〜350nm付近で励起すると効率
良く蛍光が発し、その蛍光のピークは波長420〜45
0nm付近であるとの結果を得ており、肉眼でも蛍光を
観察することができる。本願発明者らは、この原理を利
用しオフラインでの測定に特に好適に適用できるコンパ
クトな塗油量測定を実現するために実験を重ねたとこ
ろ、コンパクト化にはピークパワーの強い波長337n
mの窒素(N2 )パルスレーザが好適に利用できるとの
知見が得られた。従来、N2 パルスレーザは理化学実験
用に用いられており比較的大型の装置が多かったが、最
近はN2 ガスを循環させなくても、2千万パルスを連続
的に発信できる小型のレーザ発振器が安価に市販されて
いる。そこで、このようなレーザ発振器を用い、例えば
繰り返し周波数20Hz、1パルス当たりのエネルギー
120μJのN2 レーザ光を集光して鋼板上の油に照射
し、蛍光強度をパルス同期させて測定すると、S/N比
の良い蛍光検出が可能であり、塗油量測定に応用できる
ことが分かった。
【0010】しかして、例えばN2 レーザを用いてオフ
ライン用の塗油量測定を構成する場合、塗油量が100
mg/m2 以下の低塗油量域で高精度に測定するために
は、レーザビームをレンズを用いて集光して蛍光効率を
高め金属材料表面に照射することが効果的であることが
判明した。
ライン用の塗油量測定を構成する場合、塗油量が100
mg/m2 以下の低塗油量域で高精度に測定するために
は、レーザビームをレンズを用いて集光して蛍光効率を
高め金属材料表面に照射することが効果的であることが
判明した。
【0011】一方、オフライン測定では、サンプルを切
り出して塗油量測定装置に装着して測定する場合と、塗
油量測定装置の方をシート状またはコイル状の金属材料
表面上に押し当てるか或いは金属材料表面上に載せて測
定する場合との両方の場合を想定し、それぞれの場合に
使用できるようにすることが好ましい。しかしこれらの
場合、金属材料表面の微小な凹凸形状や装置へのサンプ
ル装着,押し当て方などの位置精度の違いにより、受光
される蛍光ビームの受光光学系への導光状態が微妙に異
なり、それが蛍光強度誤差となって最終的な塗油量測定
誤差となる可能性がある。そこで、本願発明者らは、こ
のようなオフライン測定の欠点に対処して測定値の信頼
性を高めるべく研究を進めた結果、測定面の位置が多少
変動したり傾いたりしても受光する蛍光を安定的に受光
光学系に導き測定誤差を減少させるには、照射光ビーム
形状と受光スリット形状とのそれぞれを長方形とし、各
長方形の中心を一致させて配置するとともに、各長方形
の長辺が直交するように励起光とスリットとの三次元的
な配置を定めることが有効であることを見いだして本発
明をなすに至ったものである。
り出して塗油量測定装置に装着して測定する場合と、塗
油量測定装置の方をシート状またはコイル状の金属材料
表面上に押し当てるか或いは金属材料表面上に載せて測
定する場合との両方の場合を想定し、それぞれの場合に
使用できるようにすることが好ましい。しかしこれらの
場合、金属材料表面の微小な凹凸形状や装置へのサンプ
ル装着,押し当て方などの位置精度の違いにより、受光
される蛍光ビームの受光光学系への導光状態が微妙に異
なり、それが蛍光強度誤差となって最終的な塗油量測定
誤差となる可能性がある。そこで、本願発明者らは、こ
のようなオフライン測定の欠点に対処して測定値の信頼
性を高めるべく研究を進めた結果、測定面の位置が多少
変動したり傾いたりしても受光する蛍光を安定的に受光
光学系に導き測定誤差を減少させるには、照射光ビーム
形状と受光スリット形状とのそれぞれを長方形とし、各
長方形の中心を一致させて配置するとともに、各長方形
の長辺が直交するように励起光とスリットとの三次元的
な配置を定めることが有効であることを見いだして本発
明をなすに至ったものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は本発明に係る金属材料表面
の塗油量測定装置の全体構成を説明する概要図である。
図において、符号1は塗油量測定用の検出ヘッドで、持
ち運びできる程度に小型軽量である。この検出ヘッド1
の先端部には、油を塗布した被測定金属試料(以下、ワ
ークという)Wを所定の測定位置に保持する保持装置と
しての着脱可能なサンプルホルダ2を備えている。この
場合のワークWは、プロセスラインで切断して採取した
ものを示しているが、サンプルホルダ2を取り外すこと
により、シート状又はコイル状の金属材料に直接に検出
ヘッド1を接触させて測定することもできる。符号3は
検出ヘッド1に接続された信号制御処理装置で、後述す
るレーザの発信タイミングや蛍光強度を測定する検出素
子の検出タイミングを制御する機能を有する。符号4は
塗油量算出手段としての演算処理装置で、前記信号制御
処理装置3で処理された信号の測定値から塗油量を算出
したり、校正板の測定,検量線の入力などの一連の測定
手順を制御する。
を参照して説明する。図1は本発明に係る金属材料表面
の塗油量測定装置の全体構成を説明する概要図である。
図において、符号1は塗油量測定用の検出ヘッドで、持
ち運びできる程度に小型軽量である。この検出ヘッド1
の先端部には、油を塗布した被測定金属試料(以下、ワ
ークという)Wを所定の測定位置に保持する保持装置と
しての着脱可能なサンプルホルダ2を備えている。この
場合のワークWは、プロセスラインで切断して採取した
ものを示しているが、サンプルホルダ2を取り外すこと
により、シート状又はコイル状の金属材料に直接に検出
ヘッド1を接触させて測定することもできる。符号3は
検出ヘッド1に接続された信号制御処理装置で、後述す
るレーザの発信タイミングや蛍光強度を測定する検出素
子の検出タイミングを制御する機能を有する。符号4は
塗油量算出手段としての演算処理装置で、前記信号制御
処理装置3で処理された信号の測定値から塗油量を算出
したり、校正板の測定,検量線の入力などの一連の測定
手順を制御する。
【0013】前記検出ヘッド1は、図2に示すように、
ワークWの表面に長方形のビーム形状とした特定波長の
励起光を照射する手段としての励起用光源6と、この励
起用光源6からの励起光LBのうち波長λ1 のみを透過
する干渉フィルタ7と、励起光LBをワークWの表面に
入射角θ1 で照射するためのミラー8と、ミラー8の反
射光をワークWの表面に集光するレンズ9と、このレン
ズ9で集光された長方形の励起光LBによりワークW表
面に塗布されている油11から発生した蛍光L f を集光
して長方形のスリット13の位置に長方形の蛍光像を結
ぶ光学系12と、スリット13を通過して導かれた蛍光
Lf を高精度で分光する分光器14と、この分光器14
で分光した蛍光Lf を検出して蛍光強度を測定する手段
としての光検出素子15を備えている。光検出素子15
で検出された蛍光強度の測定値は、図1に示す演算処理
装置4に送られて、ワークWの表面の油11の塗油量が
算出されるようになっている。
ワークWの表面に長方形のビーム形状とした特定波長の
励起光を照射する手段としての励起用光源6と、この励
起用光源6からの励起光LBのうち波長λ1 のみを透過
する干渉フィルタ7と、励起光LBをワークWの表面に
入射角θ1 で照射するためのミラー8と、ミラー8の反
射光をワークWの表面に集光するレンズ9と、このレン
ズ9で集光された長方形の励起光LBによりワークW表
面に塗布されている油11から発生した蛍光L f を集光
して長方形のスリット13の位置に長方形の蛍光像を結
ぶ光学系12と、スリット13を通過して導かれた蛍光
Lf を高精度で分光する分光器14と、この分光器14
で分光した蛍光Lf を検出して蛍光強度を測定する手段
としての光検出素子15を備えている。光検出素子15
で検出された蛍光強度の測定値は、図1に示す演算処理
装置4に送られて、ワークWの表面の油11の塗油量が
算出されるようになっている。
【0014】前記光学系12は、例えば励起光LBの照
射によりワークWの表面上の油11に誘起された蛍光L
f を集光して平行光線にするレンズ12aと、その平行
光線のうちの波長λ2 を透過させる干渉フィルタ12b
と、干渉フィルタ12bを透過した波長λ2 の蛍光Lf
をスリット13の面上に集光するレンズ12cとを組み
合わせて構成される。その場合、レンズ12aとレンズ
12cとしては、同一の焦点距離を有するレンズを用い
ると、ワークWの表面にレンズ9で集光された励起光L
Bの長方形の結像(A’、図3参照)の寸法形状を、ス
リット13の面上に集光された蛍光Lf の長方形の蛍光
像(A”、図3参照)と同一にすることができ、スリッ
ト13の上に蛍光像を結ぶことができて効率の良い蛍光
測定が可能となる。
射によりワークWの表面上の油11に誘起された蛍光L
f を集光して平行光線にするレンズ12aと、その平行
光線のうちの波長λ2 を透過させる干渉フィルタ12b
と、干渉フィルタ12bを透過した波長λ2 の蛍光Lf
をスリット13の面上に集光するレンズ12cとを組み
合わせて構成される。その場合、レンズ12aとレンズ
12cとしては、同一の焦点距離を有するレンズを用い
ると、ワークWの表面にレンズ9で集光された励起光L
Bの長方形の結像(A’、図3参照)の寸法形状を、ス
リット13の面上に集光された蛍光Lf の長方形の蛍光
像(A”、図3参照)と同一にすることができ、スリッ
ト13の上に蛍光像を結ぶことができて効率の良い蛍光
測定が可能となる。
【0015】なお、図2中の符号17は励起用光源6の
光を遮断するためのシャッタである。符号18は検出ヘ
ッド1の内部に外光が侵入しないように通常は閉じ測定
時のみ開くようにしたスライドシャッタで、その開閉タ
イミングは信号制御処理装置3により制御される。ま
た、符号19はサンプルホルダ2を上下左右に一定の長
さだけ移動させるためのサンプル微動用ステージであ
る。
光を遮断するためのシャッタである。符号18は検出ヘ
ッド1の内部に外光が侵入しないように通常は閉じ測定
時のみ開くようにしたスライドシャッタで、その開閉タ
イミングは信号制御処理装置3により制御される。ま
た、符号19はサンプルホルダ2を上下左右に一定の長
さだけ移動させるためのサンプル微動用ステージであ
る。
【0016】前記励起用光源6としては、波長330〜
350nmの紫外線領域の波長の励起光LBを(長方形
のビームとして)出力するものを用いると、ワークWに
塗布した例えば防錆油から波長420〜450nmの蛍
光が良好な発光効率で得られて好都合である。但し本発
明の塗油量測定装置はオフラインでの測定を好適に行え
るようなコンパクトなものが望ましい。また、本発明の
場合、励起光LBのビーム形状は、後述する理由によ
り、一般的な円形ビームではなく長方形ビームを使用す
る。そこでこの実施形態では励起用光源6として、ピー
クパワーの強い波長337nmの長方形のビームを発信
する安価で小型の市販のN2 パルスレーザ発振器を利用
している。したがって干渉フィルタ7の波長λ1 =33
7nmである。このN2 パルスレーザ発振器を励起用光
源とし、先に述べたようにワークWへの塗油量が100
mg/m2 以下の低塗油量域で高精度に測定するため
に、長方形のレーザビームをレンズ9により集光してワ
ークWの表面に長方形に照射するものである。
350nmの紫外線領域の波長の励起光LBを(長方形
のビームとして)出力するものを用いると、ワークWに
塗布した例えば防錆油から波長420〜450nmの蛍
光が良好な発光効率で得られて好都合である。但し本発
明の塗油量測定装置はオフラインでの測定を好適に行え
るようなコンパクトなものが望ましい。また、本発明の
場合、励起光LBのビーム形状は、後述する理由によ
り、一般的な円形ビームではなく長方形ビームを使用す
る。そこでこの実施形態では励起用光源6として、ピー
クパワーの強い波長337nmの長方形のビームを発信
する安価で小型の市販のN2 パルスレーザ発振器を利用
している。したがって干渉フィルタ7の波長λ1 =33
7nmである。このN2 パルスレーザ発振器を励起用光
源とし、先に述べたようにワークWへの塗油量が100
mg/m2 以下の低塗油量域で高精度に測定するため
に、長方形のレーザビームをレンズ9により集光してワ
ークWの表面に長方形に照射するものである。
【0017】その励起光LB(λ1 =337nmの長方
形のレーザビーム)の入射により、ワークWの表面に塗
布されている油11に誘起される蛍光Lf は、指向性と
単色性の良いレーザ光線の反射光(LB’)とは異なる
方向,異なる波長で放射される(例えばある種の防錆油
の場合であれば波長λ2 =435nm)。これをレーザ
反射光(LB’)とは異なる方向に配置した受光光学系
12で受光することで感度の高い検出ができる。そのた
め、受光光学系12の配置は、レーザ光線のワークWへ
の入射角θ1 と、油で発生した蛍光がワークWの表面で
反射する蛍光反射角θ2 との関係が正反射を測定する関
係(すなわちθ1 =θ2 )にならないように設定するこ
とが好ましい。例えば 30°≦θ1 ≦75°, θ2 =0° ……(1) のような条件で三次元配置すると、効率的に蛍光を受光
でき、且つワークWの表面の性状、例えば表面粗さ,圧
延方向性,反射率等の影響を受けにくいことが実験的に
確認できた。
形のレーザビーム)の入射により、ワークWの表面に塗
布されている油11に誘起される蛍光Lf は、指向性と
単色性の良いレーザ光線の反射光(LB’)とは異なる
方向,異なる波長で放射される(例えばある種の防錆油
の場合であれば波長λ2 =435nm)。これをレーザ
反射光(LB’)とは異なる方向に配置した受光光学系
12で受光することで感度の高い検出ができる。そのた
め、受光光学系12の配置は、レーザ光線のワークWへ
の入射角θ1 と、油で発生した蛍光がワークWの表面で
反射する蛍光反射角θ2 との関係が正反射を測定する関
係(すなわちθ1 =θ2 )にならないように設定するこ
とが好ましい。例えば 30°≦θ1 ≦75°, θ2 =0° ……(1) のような条件で三次元配置すると、効率的に蛍光を受光
でき、且つワークWの表面の性状、例えば表面粗さ,圧
延方向性,反射率等の影響を受けにくいことが実験的に
確認できた。
【0018】ここで、本発明におけるワークWの表面に
集光して照射される励起光LBの形状,寸法と、スリッ
ト13上に形成される蛍光像および当該スリット13の
形状,寸法との関係並びに配置等の条件について説明す
る。
集光して照射される励起光LBの形状,寸法と、スリッ
ト13上に形成される蛍光像および当該スリット13の
形状,寸法との関係並びに配置等の条件について説明す
る。
【0019】励起光LBのビーム形状を長方形とする
理由:円形ビームを使用するよりも、塗油量の測定精度
が向上し、しかも照射エネルギーが小さくてすみ、装置
の小型化が容易になる。
理由:円形ビームを使用するよりも、塗油量の測定精度
が向上し、しかも照射エネルギーが小さくてすみ、装置
の小型化が容易になる。
【0020】これを、図3,図4を参照して詳しく説明
する。例えば、いま、スリット13上に焦点した蛍光L
f の蛍光像(ビーム形状)A”に対して、単位面積当た
りのエネルギー密度を等しくするとともに分光器14に
導かれる蛍光の強度を等価とした円形蛍光ビームをD”
とする。この円形蛍光ビームD”の場合は、照射面積が
小さいぶん照射エネルギーは少なくても良いが、被測定
面であるワークW表面の凹凸形状や測定装置までの距離
の変動により円形蛍光ビームD”の位置がずれて蛍光強
度に誤差を生じ易く、塗油量の測定精度が悪化すること
になる。一方、前記蛍光Lf の蛍光像(ビーム形状)
A”に対して、単位面積当たりのエネルギー密度を等し
くするとともにワークW表面上に焦点した励起光LBの
長方形ビームにより発生する蛍光ビームA’の長辺長さ
(蛍光像A”の長辺長さと同じ)を直径とする円形の蛍
光ビームC”とした場合には、円形蛍光ビームC”の位
置ずれによる蛍光強度誤差は生じにくいが、照射面積が
広いぶん受光される蛍光強度は弱くなり測定感度が劣
る。従って強度を高めるためには照射エネルギーを大き
くする必要があるので好ましくない。
する。例えば、いま、スリット13上に焦点した蛍光L
f の蛍光像(ビーム形状)A”に対して、単位面積当た
りのエネルギー密度を等しくするとともに分光器14に
導かれる蛍光の強度を等価とした円形蛍光ビームをD”
とする。この円形蛍光ビームD”の場合は、照射面積が
小さいぶん照射エネルギーは少なくても良いが、被測定
面であるワークW表面の凹凸形状や測定装置までの距離
の変動により円形蛍光ビームD”の位置がずれて蛍光強
度に誤差を生じ易く、塗油量の測定精度が悪化すること
になる。一方、前記蛍光Lf の蛍光像(ビーム形状)
A”に対して、単位面積当たりのエネルギー密度を等し
くするとともにワークW表面上に焦点した励起光LBの
長方形ビームにより発生する蛍光ビームA’の長辺長さ
(蛍光像A”の長辺長さと同じ)を直径とする円形の蛍
光ビームC”とした場合には、円形蛍光ビームC”の位
置ずれによる蛍光強度誤差は生じにくいが、照射面積が
広いぶん受光される蛍光強度は弱くなり測定感度が劣
る。従って強度を高めるためには照射エネルギーを大き
くする必要があるので好ましくない。
【0021】そこで、本発明の励起光LBのビーム形状
は長方形として、スリット13上に長方形の蛍光蛍光像
A”を焦点させるものとし、これによりワークの表面状
態等に起因する蛍光像の位置ずれによる誤差が生じにく
く、かつ照射エネルギーが小さくてすむようにした。
は長方形として、スリット13上に長方形の蛍光蛍光像
A”を焦点させるものとし、これによりワークの表面状
態等に起因する蛍光像の位置ずれによる誤差が生じにく
く、かつ照射エネルギーが小さくてすむようにした。
【0022】励起光,蛍光像,スリットの各長方形の
相互の配置関係について:N2 パルスレーザ発振器から
なる励起用光源6から出力される励起光LBのビーム形
状Aは、図3に示すように、長辺がa1 ,短辺がa2 の
長方形である。この励起光LBをレンズ9で集光しワー
クW表面に照射して、長辺がa1 ’,短辺がa2 ’の長
方形の結像A’とする。ここに、a1 :a2 =a1 ’:
a2 ’である。この照射で発生する蛍光Lf を、光学系
12の同一焦点距離を有するレンズ12a,12cで集
光してスリット13上に投影すると、長辺a1 ”=
a1 ’,短辺a2 ”=a2 ’の長方形の蛍光像A”とな
る。そのスリット13の形状は長辺がb1 ,短辺がb2
の長方形Bである。本発明にあっては、スリット13の
長方形Bの中心と蛍光像A”の中心を一致させる(中心
点O)。且つまた、両長方形を直交させる(中心線の交
叉角α=90°)。このようにすることで、ワークW表
面自体の凹凸形状や、ワークWを検出ヘッド1のサンプ
ルホルダ2に装着する際に生ずる測定面と測定装置との
相対的位置の変動誤差に起因する蛍光強度測定誤差を低
減させることができるので、測定値の信頼性が高められ
る。
相互の配置関係について:N2 パルスレーザ発振器から
なる励起用光源6から出力される励起光LBのビーム形
状Aは、図3に示すように、長辺がa1 ,短辺がa2 の
長方形である。この励起光LBをレンズ9で集光しワー
クW表面に照射して、長辺がa1 ’,短辺がa2 ’の長
方形の結像A’とする。ここに、a1 :a2 =a1 ’:
a2 ’である。この照射で発生する蛍光Lf を、光学系
12の同一焦点距離を有するレンズ12a,12cで集
光してスリット13上に投影すると、長辺a1 ”=
a1 ’,短辺a2 ”=a2 ’の長方形の蛍光像A”とな
る。そのスリット13の形状は長辺がb1 ,短辺がb2
の長方形Bである。本発明にあっては、スリット13の
長方形Bの中心と蛍光像A”の中心を一致させる(中心
点O)。且つまた、両長方形を直交させる(中心線の交
叉角α=90°)。このようにすることで、ワークW表
面自体の凹凸形状や、ワークWを検出ヘッド1のサンプ
ルホルダ2に装着する際に生ずる測定面と測定装置との
相対的位置の変動誤差に起因する蛍光強度測定誤差を低
減させることができるので、測定値の信頼性が高められ
る。
【0023】図5は、スリットと蛍光像とを直交させた
効果を確認するべく行った比較実験の結果を示したもの
である。すなわち、スリット13の長方形Bの中心と蛍
光像A”の中心を一致させた状態で、交叉角αを90
°,45°及び0°(両長方形が平行に重なる)とした
場合のそれぞれについて、測定値とα=0°でサンプル
位置0mmの場合の塗油量Mとの測定誤差(絶対値)│
ΔM/M│で比較した。横軸の目盛りは、試料ワークW
の位置の励起光LBの焦点位置からの前後方向のずれ量
である。この結果から、スリット13と蛍光像A”とを
中心一致の状態で直交させた配置にすることで、ワーク
Wの保持位置が前後方向で2.0mm変動しても測定誤
差が5%以内になることがわかる。
効果を確認するべく行った比較実験の結果を示したもの
である。すなわち、スリット13の長方形Bの中心と蛍
光像A”の中心を一致させた状態で、交叉角αを90
°,45°及び0°(両長方形が平行に重なる)とした
場合のそれぞれについて、測定値とα=0°でサンプル
位置0mmの場合の塗油量Mとの測定誤差(絶対値)│
ΔM/M│で比較した。横軸の目盛りは、試料ワークW
の位置の励起光LBの焦点位置からの前後方向のずれ量
である。この結果から、スリット13と蛍光像A”とを
中心一致の状態で直交させた配置にすることで、ワーク
Wの保持位置が前後方向で2.0mm変動しても測定誤
差が5%以内になることがわかる。
【0024】ワークW表面へ焦点した長方形励起光L
Bの照射形状の寸法およびスリット13の長方形寸法に
ついて:本発明の塗油量測定装置において、ワークW表
面上で焦点した長方形励起光LBの長方形の結像A’の
大きさは、短辺を0.4〜1.0mmの範囲、長辺を
1.6〜4.0mmの範囲とするのが好ましい。これに
よりワークW表面の油11が点状の油滴の場合にも照射
面を広く取り、しかも励起エネルギーを十分に確保する
ことができるからである。上記各辺の長さが下限値未満
の場合は、点状の塗布に対して測定面積が小さすぎて塗
油むらの影響を受け易く、上限値を超えると感度を高め
るためには励起用光源6の所要パワーを大きくする必要
が生じる。
Bの照射形状の寸法およびスリット13の長方形寸法に
ついて:本発明の塗油量測定装置において、ワークW表
面上で焦点した長方形励起光LBの長方形の結像A’の
大きさは、短辺を0.4〜1.0mmの範囲、長辺を
1.6〜4.0mmの範囲とするのが好ましい。これに
よりワークW表面の油11が点状の油滴の場合にも照射
面を広く取り、しかも励起エネルギーを十分に確保する
ことができるからである。上記各辺の長さが下限値未満
の場合は、点状の塗布に対して測定面積が小さすぎて塗
油むらの影響を受け易く、上限値を超えると感度を高め
るためには励起用光源6の所要パワーを大きくする必要
が生じる。
【0025】また、スリット13の大きさは、分光器1
4への迷光の除去、波長分解能,信号強度の確保の見地
から短辺を0.4〜0.8mmの範囲とするのが好まし
い。0.4mm未満では信号強度が不十分となり、0.
8mmを超えると迷光の除去が不完全になる。
4への迷光の除去、波長分解能,信号強度の確保の見地
から短辺を0.4〜0.8mmの範囲とするのが好まし
い。0.4mm未満では信号強度が不十分となり、0.
8mmを超えると迷光の除去が不完全になる。
【0026】本実施形態では、励起用光源6から発射さ
れる励起光LBの長方形ビームAの寸法を長辺a1 =8
mm、短辺a2 =2mmとし、レンズ9で集光されてワ
ークWの表面上に焦点を結んだ長方形の照射部A’の寸
法は長辺a1 ’=2.0mm、短辺a2 ’=0.5m
m、スリット13上に焦点した蛍光像A”の寸法は前記
照射部A’の寸法と同じく長辺a1 ’=2.0mm、短
辺a2 ’=0.5mmとしている。
れる励起光LBの長方形ビームAの寸法を長辺a1 =8
mm、短辺a2 =2mmとし、レンズ9で集光されてワ
ークWの表面上に焦点を結んだ長方形の照射部A’の寸
法は長辺a1 ’=2.0mm、短辺a2 ’=0.5m
m、スリット13上に焦点した蛍光像A”の寸法は前記
照射部A’の寸法と同じく長辺a1 ’=2.0mm、短
辺a2 ’=0.5mmとしている。
【0027】(実施例)上記の実施形態に示す塗油量測
定装置と他の蛍光分析法による塗油量測定装置を用い
て、冷延鋼板に防錆油を静電塗油したワークWについて
塗油量を測定し、その結果を重量法による塗油量分析値
と比較したものを図6に示す。
定装置と他の蛍光分析法による塗油量測定装置を用い
て、冷延鋼板に防錆油を静電塗油したワークWについて
塗油量を測定し、その結果を重量法による塗油量分析値
と比較したものを図6に示す。
【0028】ケース1(CASE1)は、本発明塗油量
測定装置による測定値(○)である。ケース2(CAS
E2)は、スリット13上に結像する長方形蛍光像A”
と長方形スリット形状Bとが平行(即ち交叉角α=0
°)になるように光学系を配置した装置による比較例の
測定値(●)である。
測定装置による測定値(○)である。ケース2(CAS
E2)は、スリット13上に結像する長方形蛍光像A”
と長方形スリット形状Bとが平行(即ち交叉角α=0
°)になるように光学系を配置した装置による比較例の
測定値(●)である。
【0029】ケース3(CASE3)は、励起光LBの
ビーム形状が円形の従来の装置による測定値(▲)であ
る。この図6から明らかなように、塗油量が300mg
/m2 以下の少ない領域において、本発明による結果
(CASE1)では、±10%以内の精度で測定可能で
ある。これに対して、比較例及び従来例(CASE2,
3)による結果は、測定誤差が±10%を超えてしま
い、測定性能が低下している。
ビーム形状が円形の従来の装置による測定値(▲)であ
る。この図6から明らかなように、塗油量が300mg
/m2 以下の少ない領域において、本発明による結果
(CASE1)では、±10%以内の精度で測定可能で
ある。これに対して、比較例及び従来例(CASE2,
3)による結果は、測定誤差が±10%を超えてしま
い、測定性能が低下している。
【0030】この実施例の場合、使用した冷延鋼板の表
面粗さはRa0.15〜1.0μmの範囲で異なるもの
である。したがって、本発明の塗油量測定装置によれ
ば、ワークWの表面粗さ(下地表面粗さ)の影響を受け
ない測定が可能であるといえる。
面粗さはRa0.15〜1.0μmの範囲で異なるもの
である。したがって、本発明の塗油量測定装置によれ
ば、ワークWの表面粗さ(下地表面粗さ)の影響を受け
ない測定が可能であるといえる。
【0031】なお、上記実施形態では、測定対象である
油の油種を1種類に限定して説明したが、油種が異なる
場合には蛍光効率が異なるため、油種毎に予め蛍光強度
と塗油量との関係を表す検量線を求めておき、それらの
関係式を前記演算処理装置4に記憶させておくことによ
り、測定油種毎に検量線を選択して用いるようにすれば
良い。
油の油種を1種類に限定して説明したが、油種が異なる
場合には蛍光効率が異なるため、油種毎に予め蛍光強度
と塗油量との関係を表す検量線を求めておき、それらの
関係式を前記演算処理装置4に記憶させておくことによ
り、測定油種毎に検量線を選択して用いるようにすれば
良い。
【0032】また、本発明の金属材料表面の塗油量測定
装置及び方法は、鋼板に限らず、アルミニウム板や銅箔
などの各種非鉄分野への応用も可能である。また、本発
明の金属材料表面の塗油量測定装置は、小型で軽量な構
成であるから容易に持ち運びができるとともに、保持装
置2を取り外すことによりシート状またはコイル状の金
属材料表面に装置を押し当てて測定するという使用態様
も可能であるから、オフラインとは限らずラインにおけ
るバッチ測定にも利用できるものである。
装置及び方法は、鋼板に限らず、アルミニウム板や銅箔
などの各種非鉄分野への応用も可能である。また、本発
明の金属材料表面の塗油量測定装置は、小型で軽量な構
成であるから容易に持ち運びができるとともに、保持装
置2を取り外すことによりシート状またはコイル状の金
属材料表面に装置を押し当てて測定するという使用態様
も可能であるから、オフラインとは限らずラインにおけ
るバッチ測定にも利用できるものである。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定対象の金属材料表面に塗布された油の量を、たとえ
単位面積当たりの塗油量が微量であっても十分な感度で
精度良く測定できると共に簡便な操作で測定でき、且つ
自動測定で作業負荷を軽減することも可能であるから、
測定頻度を増やすことができて、その結果品質管理の強
化、異常の早期発見、目標に合わせた塗油量での安定的
な塗布がなされると同時に過剰塗布による無駄を排除し
コストダウンできるという効果を奏する。
測定対象の金属材料表面に塗布された油の量を、たとえ
単位面積当たりの塗油量が微量であっても十分な感度で
精度良く測定できると共に簡便な操作で測定でき、且つ
自動測定で作業負荷を軽減することも可能であるから、
測定頻度を増やすことができて、その結果品質管理の強
化、異常の早期発見、目標に合わせた塗油量での安定的
な塗布がなされると同時に過剰塗布による無駄を排除し
コストダウンできるという効果を奏する。
【図1】本発明に係る金属材料表面の塗油量測定装置の
全体構成を示す概略図である。
全体構成を示す概略図である。
【図2】本発明に用いる検出ヘッドの一実施形態の構成
を模式的にしめす図である。
を模式的にしめす図である。
【図3】本発明における励起光と蛍光像およびスリット
の形状,寸法,位置等との関係を説明する模式図で、
(a)は部分の斜視図、(b)はそのスリット部の拡大
図である。
の形状,寸法,位置等との関係を説明する模式図で、
(a)は部分の斜視図、(b)はそのスリット部の拡大
図である。
【図4】本発明におけるスリット形状と蛍光ビーム形状
との関係を説明する図である。
との関係を説明する図である。
【図5】スリットと蛍光像との位置関係(交叉角α)と
測定誤差との相関を示す実測値のグラフである。
測定誤差との相関を示す実測値のグラフである。
【図6】本発明に係る実施例と比較例と従来例との塗油
量測定値を比較したグラフである。
量測定値を比較したグラフである。
1 検出ヘッド 2 保持装置(サンプルホルダ) 4 塗油量算出手段(演算処理装置) 6 励起光照射手段(励起用光源) 12 光学系 13 スリット 14 分光器 15 蛍光強度測定手段(光検出素子)
Claims (3)
- 【請求項1】 油が塗布された金属材料表面に長方形の
ビーム形状とした特定波長の励起光を照射し、その照射
によって生じる蛍光を集光して長方形の蛍光像を長方形
のスリット位置に結ばせて当該蛍光像の長辺方向と前記
スリットの長辺方向とを直交せしめるとともに各長方形
の中心を一致せしめ、当該スリットを通過した蛍光の強
度を測定して塗油量を求めることを特徴とする金属材料
表面の塗油量測定方法。 - 【請求項2】 油が塗布された金属材料表面に長方形の
ビーム形状とした特定波長の励起光を照射する手段と、
その励起光により発生した前記金属材料表面からの蛍光
を集光して長方形のスリット位置に長方形の蛍光像を結
ぶ光学系と、前記スリットを介して導いた前記蛍光を分
光する分光器と、該分光器で分光した蛍光を検出して蛍
光強度を測定する手段と、その蛍光強度に基づいて塗油
量を算出する手段とを備え、前記長方形のスリットをそ
の長辺の方向が前記長方形の蛍光像の長辺方向と直交す
るように配置したことを特徴とする金属材料表面の塗油
量測定装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の塗油量測定装置におい
て、被測定金属材料を所定の測定位置に保持する保持装
置を備えたことを特徴とする金属材料表面の塗油量測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23427997A JPH1172436A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 金属材料表面の塗油量測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23427997A JPH1172436A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 金属材料表面の塗油量測定方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1172436A true JPH1172436A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=16968493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23427997A Pending JPH1172436A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 金属材料表面の塗油量測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1172436A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11287758A (ja) * | 1998-04-01 | 1999-10-19 | Kawasaki Steel Corp | 塗油量測定用検量線の作成方法 |
| JP2002333310A (ja) * | 2001-03-09 | 2002-11-22 | Nippon Steel Corp | 塗油量分布測定装置及び塗油量分布測定方法 |
| JP2012098248A (ja) * | 2010-11-05 | 2012-05-24 | Hitachi Ltd | 脱脂判定装置及び脱脂判定方法 |
| JP2013205203A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Hitachi Ltd | 脱脂状態計測装置、脱脂状態計測システム、及び、脱脂状態計測方法 |
| CN114054243A (zh) * | 2020-07-31 | 2022-02-18 | 上海梅山钢铁股份有限公司 | 一种静电涂油机涂油量控制系统及控制方法 |
-
1997
- 1997-08-29 JP JP23427997A patent/JPH1172436A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11287758A (ja) * | 1998-04-01 | 1999-10-19 | Kawasaki Steel Corp | 塗油量測定用検量線の作成方法 |
| JP2002333310A (ja) * | 2001-03-09 | 2002-11-22 | Nippon Steel Corp | 塗油量分布測定装置及び塗油量分布測定方法 |
| JP2012098248A (ja) * | 2010-11-05 | 2012-05-24 | Hitachi Ltd | 脱脂判定装置及び脱脂判定方法 |
| JP2013205203A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Hitachi Ltd | 脱脂状態計測装置、脱脂状態計測システム、及び、脱脂状態計測方法 |
| CN114054243A (zh) * | 2020-07-31 | 2022-02-18 | 上海梅山钢铁股份有限公司 | 一种静电涂油机涂油量控制系统及控制方法 |
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