JPS6042609A - 板厚測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属板の板厚測定方法に関し、具体的には測定
対象物である金属板と該金属板の両面夫々に対向せしめ
た凹面鏡とでマイクロ波共振器を各形成し、両マイクロ
波共振器の共振周波数を検出して金属板の各面と各凹面
鏡との距離を各測定し、また、板厚測定開始に先立って
、同様の方法−で両凹面鏡の距離を測定し、これらの測
定値の演算によって高温域は走行する薄板等にも通用で
きる金属板の板厚測定方法を提案するものである。

鋼板の板厚測定は品質管理上重要である。ところで、測
定対象物である鋼板が熱間物或いは走行する薄板である
場合には非接触式の板厚測定方法が適用される。

このような非接触式の板厚測定方法としては、従来、γ
線を利用する方法が多用されていた。しかしながら、γ
線厚み計はその線源の取扱いに危険を伴い、また、鋼板
の密度が不均一であるときは正確な測定が行えないとい
う欠点があった。

このため、近年マイクロ波を利用した板厚測定方法、例
えばＦＭレーダを利用する方法或いは開端共振筒の共振
周波数を利用する方法等の開発が進められている。

前者は測定対象物と測定器とを十分離すことができ、熱
間物、走行する薄板にも適用できるという長所をもつ反
面、高精度の測定が行えないという短所があった。

一方、開端共振筒の共振周波数を利用する後者の方法と
しては、例えば特公昭４５−１８６２５号の測定方法が
あった。この方法は以下に示す様なものであった。

即ち、第１図に示す様に鋼板１の」二下には開端共振筒
（導波管の管端にフランジを付けたもの）２．２′がそ
の開口端を鋼板１側に向けて対設されており、両共振筒
２．２′と鋼板１とで夫々マイクロ波共振器Ｍ、Ｍ’を
形成する。これら両共振器Ｍ、Ｍ’にはマイクロ波発振
器３から周波数が変化するマイクロ波が印加されるよう
になっている。両共振筒２，２′は夫々鋼板１に対して
接離移動可能になされており、図示しない制御回路によ
り両共振筒２，２′間の距離りを一定に保ちつつ、また
、各共振筒２．２′〜鋼板１間の距離り、　、’　ｉｌ
ｌ言すれば共振周波数が鋼板１の振動に拘わらず常に一
定となるように上下に駆動制御されている。このよかに
した状態で、共振器Ｍ、Ｍ’の共振周波数を検出するこ
とによ５り該共振周波数と一定の関係を有する両共振筒
２，２′と鋼板１との距離りを測定する方法である。従
って、鋼＠１の板厚ｔは両共振筒２，２′間の距離りか
ら各共振筒２，２′と鋼板１との距離りの和２Ｄを減算
（即ち、ｔ＝Ｌ−２Ｄ）することによりまる。

しかしながら、−Ｌ述きの開端共振筒の共振周波数を利
用する方法は、検出感度の低さ故に鋼板１と両共振筒２
，２′との距離を十分にとれず、熱間物の測定には適用
できず、また走行する薄板の様な振動の大きい測定対象
物についても通用できないという難点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものでｉす、測定
対象の金属板の両面に凹面鏡を対向させてマイクロ波共
振共振周波数を形成し、該マイクロ波共振器の共振周波
数が金属板の板厚にて定まる凹面鏡と金属板との距離と
一定の関係にあることを利用して、該共振周波数を検出
することにより金属板と両凹面鏡間の距離を夫々求め、
これに基づいて金属板の板厚を測定することとして、金
属板〜両凹面鏡間の距離を十分確保できて、熱間物或い
は走行する薄板にも適用でき、しかも正確な測定が行え
る金属板の板厚測定方法を提供することを目的とするう 本発明に係る金属板の板厚測定方法は、対設した凹面鏡
間にマイクロ波を印加し、その共振周波数を検出するこ
とにより両凹面鏡間距離をめ、また、両凹面鏡間に測定
対象の金属板を介在させ、各凹面鏡と金属板との間にマ
イクロ波を印加し、夫々の共振周波数を検出することに
より各凹面鏡と金属板との距離を夫々をめ、これらの距
離に基づいて金属板の板厚をめることを特徴とする。

また、両凹面鏡間の距離を直接求める代わりに、両凹面
鏡間に板厚既知の標準サンプルを介在させ、各凹面鏡と
標準サンプル間の共振周波数を検出することにより間接
的に両凹面鏡間の距離をめることとしてもよい。

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第２図は本発明方法の実施状態を示すブロック図であ
る。

図中１１は鋼板であって、図面の表裏方向に移動される
。鋼板１１の移動域の上下には、該鋼板１１の上、下面
から適長離隔して凹面鏡１２ａ　、　１２ｂがその凹部
を鋼板ｌｌ側に向けて対設されている。両凹面鏡１２ａ
、　１２ｂは銅、真鍮等からなり、四部の形状は回転万
物面状（又は球面状）に形成されている。

ＶＣＯ（電圧制御発振器）１７は出力周波数制御信号が
発振器２３から入力され、鋼板１１の上下振動に因って
変化する共振周波数に追随すべき共振周波数又はこれに
近い周波数のマイクロ波を出力する。ＶＣＯ１７出力は
アソティネータ１６により減衰され、方向性結合器１３
Ｃ，スイッチング回路１５ａを経、方向性結合器１３ａ
（又は１３ｂ）を経て、凹面鏡１２ａ（又は１２ｂ）に
印加され、また、前記方向性結合器１３ｃを経て周波数
カウンタ２０に入力される。

スイッチング回路１５ａには後述する厚み計算機２１か
らスイッチ切換信号が入力され、該信号によりその接点
を方向性結合器１３ａ側と方向性結合器１３ｂ側とに選
択的に切換える。

凹面鏡１２ａ又は１２Ｌ＋に印加されたマイクロ波は対
向する鋼板１１との間で夫々形成されるマイクロ波共振
器Ｍａ　、Ｍｂ或いは対向する両凹面鏡１２ａ。

１２ｂとで形成されるマイクロ波共振器に印加され、こ
れらの共振器出力は方向性結合器１３ａ又は１３ｂを経
てディテクタ１４ａ又は１４ｂにて捉えられる。ディテ
クタ１４ａ　、　１４ｂの出力は、スイッチング回路１
５ａと同様に方向性結合器１３ａ側と方向性結合器１３
ｂ側とに選択して切換られるスイッチング回路１５ｂを
介してプリアンプ１８に入力される。

プリアンプ１８にて増幅された出力信号はバンドパスフ
ィルタ１９により必要成分のみ取り出されて同期検波回
路２７へ入力される。

発振器２３の出力は前述した如＜ＶＣＯ１７出力周波数
変更制御のためにＶＣＯ１７へ与えられる外、同期検波
回路２７へも与えられる。同期検波回路２７は発振器２
３出力に基づき同期整流する、つまり発振器２３出力の
半周期をオン、半周期をオフとするアナログスイッチと
して機能するものであり、その出力はヒステリシス特性
を有する２値化回路２８へ与えられる。

２値化回路２８は入力信号が第１の闇値以上になると出
力信号が“１”となり、入力信号が第２の闇値以下（但
し、第２の閾値〈第１の闇値）となると出力信号が０”
となる〔第３図（ロ）参照〕回路、つまり第１〜第２の
闇値の間を不感帯とする、オペアンプ利用のシュミット
・トリガー回路等が用いられる。２値化回路２８の出力
はスイッチ回路２６へその切換信号として与えられる。

２６１゜２６２は固定電源であって、前者は正極性の、
後者は負極性の絶対値が等しい電圧をスイッチ回路２６
を介して選択的にアナログスイッチ２２へ与え得るよう
にしている。

発振器２３の出力はインバータ２４を介してこのアナロ
グスイッチ２２へり−えられる。従って、アナログスイ
ッチ２２は同期検波回路２７とは反対の半周期にてアナ
ログ信号を通過せしめることになる。

アナログスイッチ２２の出力側には積分回路２５が接続
されている。従って、この積分回路２５には２値化回路
２８にて定まる正又は負の電圧が発振器２３出力の半周
期ごとに断続印加されることになる。

この積分回路２５出力はＶ　ＣＯ１，７の出力周波数変
更のためＶＣＯ１７へ与えられる。

そして共振器Ｍａの共振周波数に追随せしめられたＶ、
Ｃ０１７の出力周波数は方向性結合器１３ｃを介して周
波数カウンタ２０に与えられる。周波数カウンタ２０は
この追随周波数の計数を行い厚み計算機２１へ入力する
。

厚み計算機２１はカウンタ２０の計数値に基づき凹面鏡
１２ａ又は１２ｂと鋼板１１との距離Ｄａ、、Ｄｂ或い
は両凹面鏡１２ａ　、　１２ｂの距離りを算出する。

その他ロック復帰回路２９はＶＣＯ１７のチェーン電圧
よりロック外れを検出し、同期検波回路２７に正又は負
の電圧を加え、ロック外れを解消させるものである。

次に、このような装置を用いて行う本発明方法につき説
明する。先ず、鋼板１１が凹゛面鏡１２ａ’、’１２ｂ
間にない状態として、・凹面鏡１２ａ　、　１２ｂにで
形成されるマイクロ波発振器の共振周波数又はその距離
を測定する。これには厚み計算機２１からの指令その他
によりスイッチング回路１５ａ　、　１５ｂを例えばい
ずれも方向性結合器１３’ａ側とし、凹面鏡１２ａ゛側
からマイクロ波を発せしめる。そして、後述する凹面鏡
１２ａ　、　１２ｂと鋼板１１との距離測定の場合と同
様の回□路動作を行わしめて（但し、共振□周”波数の
変動は生じない）、周波数カウンタ２０に共振周波数を
得、厚み計算機２１はこれを読み込んで□凹面鏡１２ａ
　、　１２ｂ間゛距離りを算出する。

次に、凹面鏡’１２ａ　、　１２ｂ間に鋼板１１゛を通
して移動させ、その間にスイッチング回路１５’ａ　、
　”１５ｂを方向性結合器１３ａ’（又は１３ｂ）側−
とし、凹面□鏡１２ａと鋼板１１（又は凹面鏡１２ｂと
鋼板１１）とで形成されるマイクロ波共振器Ｍａ（又は
Ｍｂ）の共振周波数を測定し、これから凹面鏡１２８′
と鋼板１１（又０ は凹面鏡１２ｈと鋼板１１）との距離Ｄａ　（又はＤｂ
）を測定し、厚み計算機２１にて下記（１１式の演算を
行い鋼板］１の板厚ｔを算出する。

ｔ　＝　Ｄ　−（Ｄａ　＋Ｄｂ　）　・＝（１１なお、
距離Ｄａ、Ｄｂ、Ｄの測定においては、凹面１１１２ａ
　、　１２ｂを用いているので鋼板１１又は対向する凹
面鏡１２ａ　、　１２ｂからの反射マイクロ波を効率よ
く捉えることができ、凹面鏡１２ａ　、　１２ｂと鋼板
１１との距離を十分大きくすることができる。

而して、鋼板１１はその移動の間上下に振動するので、
各凹面鏡１２ａ　、　１２ｂと鋼板１１との距離Ｄａ。

Ｄｂが変動し、従って共振周波数のロック外れの問題が
考えられるが、第２図に示す回路においてはこのロック
外れは生じない。

以下これについて説明する。

第３図（イ）はＶＣＯＬ？出力の周波数（横軸）と同期
検波回路２７の出力周波数（縦軸）との関係を示してい
る。ｆｏは共振器Ｍａの共振周波数を示しており、ＶＣ
Ｏ出力がｆ。にある場合は同期検波出力は０である。こ
れに対してｖＣＯ出力が「。より低い（又は高い）場合
は同期検波出力は負（又は正）となる。従ってこれを０
に近ずける方向に、即ち絶対値を減少する方向にＶＣＯ
ｍ力の周波数を調整することによりｖＣＯ出力を共振周
波数変動に追随させ得るのである。

然るところこの図に示された如くｆ。±Δｆ　（但しｆ
ｏ十Δｆは正の、またｆ。−Δｆは負のピーク値が検波
出力に現れる周波数）の範囲を越えた場合には検波出力
の増減と周波数の増減との増減の関係がｆ、−へｆ−ｆ
ｏ十Δｆの範囲に在る場合とは逆になり、ｒｏを見失っ
てロック外れが生じる虞れがあるが、本発明方法では２
値化回路２８によってｖＣＯ出力の周波数がｆ。より高
いか低いかを判別記憶させ、ｆｏ±Δｆの範囲外に外れ
た場合にも周波数の上昇又は下降させるべき方向を誤る
ことがないようにするのである。これを可能とするため
に第３図（ロ）に示すように前記第１の闇値としてｆ。

＋Δ［１（Δ目１〈Δｆ）を、また第２の闇値としてｆ
。−ΔｆＨを設定した、つまり不感帯をｆｏ　±ΔｆＦ
ｌの範囲としたヒ１ ステリシス特性を有する２値化回路を用い安定した追随
を行えるようにしているのである。

次に第２図に示す本発明の回路の動作につき詳しく説明
する。まず、発振器２９を操作してＶＣＯ１７に電圧信
号を加え、追随検出すべき共振周波数又はこれに近い周
波数をＶＣＯ１７から発せしめる。

而して発振器２３からは第４図（イ）に示す如く正弦波
が出力されてＶＣＯ１７に加えられるのでディテクタ１
４ａ（又は１４ｂ）又はプリアンプ１８の出力は、第４
図（ロ）に示すごとく変化する。第４図（ロ）の最初の
部分はＶＣＯ出力出力周波数カ振周波数ｆｏより高く発
振器２３出力と同位相の信号が検出されている状態を示
している。同期検波回路２７は発振器２３出力によって
同期整流するので第４図（ハ）に示す如く最初の部分は
正の脈流が現れる。この脈流のピーク値は第３図に示す
ようにＶＣＯ出力出力周波数カ振周波数［０との差によ
って定まるが、Ｆ−ｆｏ≧Δｆ）Ｉ　（検波出力は第４
図（ハ）の正側２点鎖線より大となる〕になった場合に
は２値化回路２８の出力は第４図（ニ）に３ ２ 示すように１”となり、スイッチ回路２６は正の固定電
源２６１側に接続される。この電源２６１の電圧は同期
検波出力が得られる半周−とは逆の半周期にて閉路する
アナログスイッチ２２を介して積分回路２５へ加えられ
る。従って積分回路２５の入力及び出力は夫々第４図（
ホ）・　（へ）に示すように変化する。このようにＦ≧
ｆｏ＋ΔｆＨとなった場合には正の積分回路出力がＶＣ
Ｏ１７の制御入力として負帰還されるのでＶＣＯの出力
周波数Ｆは漸減していき、やがてｆｌｌに到達すること
になり、このＶＣＯ出力出力周波数カウンタ２０にて読
み取ることによって共振周波数を知ることができる。

而してこの装置ではＦ≦ｆ、−ΔｆＨとなるまでＶＣＯ
出力周波数を低下させる上述の如き動作が継続され、Ｆ
≦ｆｆ１−Δｆ１１〔第４図（ハ）の負側２点鎖線より
も低くなる〕になった時点ｔ１で２値化回路２８出力が
“Ｏ”に反転し、スイッチ回路２６Ｕ１負の固定電源２
６２側に切換り、」二連したところとは逆にｖＣＯ出力
周波数Ｆが漸増していき、やがてｆｆｌに到達すること
になる。この状態４ はＦ≧ｆｏ　＋Δｆｌ＋になるまで継続されることばい
うまでもない。このようにＶＣＯ出力周波数Ｆは変動す
る検出すべき共振周波数ｆ。と±Δｆ１１の範囲内で追
随変化していく。そしてｆｏの急変その他の理由により
ＶＣＯ出力周波数Ｆが急にｆ。

→＝Δ「よりも大又はｆｏ−Δｆよりも小となった場合
においても２値化回路２８出力は“１”又は１０”出力
を保持しつづけるので所要の■ＣＯ出力周波数調整が継
続される結果ロック外れが起こることはない。

なお」：述の回路においてアナログスイッチ２２を設け
たのは検出の安定度を増すためである。即ち検波出力の
２値判断を行わせているタイミングではＶＣＯ出力周波
数が変更される制御、つまり積分回路２５への電圧印加
を行うことを禁じるための配慮をしているのである。

また共振周波数の検出はＶＣＯ１７にドリフトが存在し
ない場合は積分回路２５の出力を用いてもよい。

なお、上述の説明では両凹面鏡１２ａ　、　１２ｂ間の
距離りを測定し、これを用いて前述の（１）式による演
算を行い鋼板１１の板厚の測定を行ったが、第５図に示
す様に厚さｔ。が既知の標準サンプル１１０を凹面鏡１
２ａ　、　１２ｂ間に介在させて、凹面鏡１２ａ。

１２ｂから標準サンプル１１０の対向表面迄の距離Ｄ　
ａｏ、Ｄ　ｂｏを測定しておき、その後、前述の様にし
て測定した各凹面鏡１２ａ　、　１２ｂと鋼板１１との
距離Ｄ　ａｏ、Ｄ　ｂｏを用い、厚み計算機２１に下記
（２）式に示す演算を実行せしめ鋼板１１の板厚ｔを測
定することとしてもよい。

ｔ−（ｔｏ＋Ｄａｏ＋Ｄｂｏ）　（Ｄａ　＋Ｄｂ）・・
・（２１以上の様な本発明方法による場合は、凹面鏡は
従来の開端共振部に比し、マイクロ波を収束せしめる能
力が大きく、従って、高感度にマイクロ波の共振周波数
を検出することが可能であるので、凹面鏡と測定対象物
との離隔距離を大きく設定することができるので、熱間
物についても適用でき、また共振周波数をロック外れな
く追随検出することができるので、移動中に激しく振動
する走行薄板についてもその板厚を正確に測定できる等
、本５ 発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の板厚測定方法の実施状態を示す模式図、
第２図は本発明方法の実施状態を示すブロック図、第３
図はＶＣＯの出力周波数を共振器の共振周波数に正確に
追随せしめることができる理由の説明のための説明図、
第４図は本発明の実施に使用する機器の動作説明のため
の信号波形図、第５図は本発明方法の他の実施状態を示
す模式図である。 １１・・・鋼板　１２ａ　、　１２ｂ・・・凹面鏡　１
７・・・ＶＣＯ２０・・・周波数カウンタ　２１・・・
厚み計算機２８・・・２値化回路　１１０・・・標準サ
ンプル特　許　出願人　住友金属工業株式会社代理人　
弁理士　河　野　登　夫 ７ ６ 第　ｌ　昭 蓋３　図 第　し　ｌ −６３＝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対設した凹面鏡間にマイクロ波を印加し、その共振
   周波数を検出することにより両凹面鏡間距離をめ、また
   、両凹面鏡間に測定対象の金属板を介在させ、各凹面鏡
   と金属板との間にマイクロ波を印加し、夫々の共振周波
   数を検出することにより各凹面鏡と金属板との距離を夫
   々求め、これらの距離に基づいて金属板の板厚をめるこ
   とを特徴とする板厚測定方法。 ２、対設した凹面鏡間に厚さ既知の標準サンプルを介在
   させ、また、測定対象の金属板を介在させ、各凹面鏡と
   標準サンプル又は金属板との間にマイクロ波を印加し、
   夫々の共振周波数を検出することにより各凹面鏡と標準
   サンプル又は金属板との距離を夫々求め、これらの距離
   に基づいて金属板の板厚をめることを特徴とする板厚測
   定方法。