CN112823270A - 氧化膜厚测量装置以及该方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的氧化膜厚测量装置针对将膜厚测量范围划分的多个子膜厚测量范围分别存储有膜厚与发射率的对应关系的膜厚转换信息，在该子膜厚测量范围内，相对于膜厚变化的发射率变化之比处于设定范围内，以不同的多个测量波长测量钢板表面的发光亮度并测量其温度，求出所述多个测量波长的各个波长下的各发射率，针对按各测量波长求出的各发射率，通过使用与该测量波长相对应的膜厚转换信息，求出与该测量波长下的发射率相对应的膜厚和该膜厚下的比，并且在该求出的比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内的情况下，将该求出的膜厚作为实际的膜厚的候选值而提取。

Description

氧化膜厚测量装置以及该方法
技术领域
本发明涉及一种测量在钢板表面生成的氧化物的膜厚的氧化膜厚测量装置以及氧化膜厚测量方法。
背景技术
热浸镀锌钢板具有优异的耐腐蚀性、加工性以及表面美观等各种特性，因此，适合作为例如汽车用钢板而被使用。已知在该热浸镀锌中，在退火步骤生成于钢板表面的氧化物对在热浸镀锌步骤形成的镀层的镀覆特性带来坏影响。因此，需要测量所述氧化物的膜厚，并且需要在还原步骤适当地还原所述氧化物，所以所述氧化物的膜厚测量是重要的。
作为测量此种所述氧化物的膜厚的技术，有预先求出钢板表面的发射率(emissivity)与氧化物的膜厚的关系，根据所述关系，求出与通过测量获得的发射率相对应的氧化物的膜厚的技术(例如参照专利文献1)。
钢板表面的发射率与氧化物的膜厚的关系一般具有随着氧化物的膜厚增加而钢板表面的发射率单调地增加后达到峰值，其后减少或反复增减的轮廓(profile)。因此，如果通过使用该关系来求出与通过测量获得的发射率相对应的氧化物的膜厚，则可能发生氧化物的膜厚不能决定为1个的情况。因此，通过使用所述关系求出氧化物的膜厚的情况下，存在只能测量到与所述峰值对应的膜厚的限制。而且，在该限制下，即使在钢板表面的发射率和氧化物的膜厚一对一地对应的范围求出氧化物的膜厚，在相对于膜厚变化的发射率变化之比(斜率)小的情况下，因通过测量获得的发射率的一点点偏差，就会使氧化物的膜厚较大地变化，难以精确地求出氧化物的膜厚。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本发明专利公开公报特开平3-293504号
发明内容
本发明是鉴于所述的情况而作出的发明，其目的在于提供一种能够在更广的范围更精确地测量氧化物的膜厚的氧化膜厚测量装置以及氧化膜厚测量方法。
本发明所涉及的氧化膜厚测量装置以及氧化膜厚测量方法针对将膜厚测量范围划分的多个子膜厚测量范围分别准备膜厚与发射率的对应关系的膜厚转换信息，在该子膜厚测量范围内，相对于膜厚变化的发射率变化之比处于设定范围内，以不同的多个测量波长测量钢板表面的发光亮度并测量其温度，求出所述多个测量波长的各波长下的各发射率，针对这些按各测量波长求出的铜板表面的各发射率，通过使用与该测量波长相对应的膜厚转换信息，求出与该测量波长下的发射率相对应的膜厚和该膜厚下的比，并且在该求出的比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内的情况下，将该求出的膜厚作为实际的膜厚的候选值而提取。
所述以及其他的本发明的目的、特征以及优点通过以下的详细记载和附图将更加明了。
附图说明
图1是表示实施方式中的氧化膜厚测量装置的结构的框图。
图2是用于说明将所述氧化膜厚测量装置的第一及第二发光亮度测量部和温度测量部安装于钢板的输送路上的配置方式的剖视图。
图3是用于说明存储于所述氧化膜厚测量装置的多个膜厚转换信息的图。
图4是表示不同测量波长下的氧化物的膜厚与发射率之间的关系的图。
图5是说明用于计算单层膜的反射率的计算模型的图。
图6是表示所述氧化膜厚测量装置的动作的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的一个或多个实施方式。但是，发明范围并不限定于所公开的实施方式。另外，在各图中附上相同符号的结构表示相同的结构，并适当省略其说明。在本说明书中，总称时用省略后缀的参照符号来表示，当指个别的结构时用附上后缀的参照符号来表示。
图1是表示实施方式中的氧化膜厚测量装置的结构的框图。图2是用于说明将所述氧化膜厚测量装置的第一及第二发光亮度测量部和温度测量部安装于钢板的输送路上的配置方式的剖视图。图3是用于说明存储于所述氧化膜厚测量装置的多个膜厚转换信息的图。在图3中，◆表示第一测量波长5μm的情况，■表示第二测量波长14μm的情况。图4是表示不同测量波长下的氧化物的膜厚与发射率之间的关系的图。图4A表示测量波长为相对长的波长的情况，图4B表示测量波长为相对短的波长的情况。在图4A中，◆表示测量波长20μm的情况，▲表示测量波长14μm的情况。在图4B中，◆表示测量波长5μm的情况，▲表示测量波长3μm的情况。在图3、图4A及图4B中，各横轴是氧化物的膜厚(氧化膜厚)，其纵轴是发射率。图5是说明用于计算单层膜的反射率的计算模型的图。
实施方式中的氧化膜厚测量装置D例如图1及图2所示，具备多个发光亮度测量部1(1-1、1-2)、温度测量部2、控制处理部3、存储部4、输入部5、输出部6以及接口部(IF部)7，并且被配置在形成输送钢板WK的输送路的输送路形成构件HS上。
输送路形成构件HS例如图2所示，是剖面矩形形状的比较长的中空的方柱状构件，其内部用耐火物等隔热材料覆盖，形成输送钢板WK的输送路。输送路形成构件HS如下地被配置：在其一端，例如，为了在钢板WK的表面以指定的膜厚形成氧化膜，与直接加热炉的下游侧连接，该直接加热炉用直接燃烧器对被输送并前进中的钢板WK进行加热，在其另一端，与将形成于钢板WK的表面的氧化膜还原的还原装置的上游侧连接。通过该直接加热炉的加热，在输送路形成构件HS内被输送的钢板WK自发光。在输送路形成构件HS连接有第一测量窗形成构件(窥视管构件)HSa，以便多个发光亮度测量部1测量钢板WK的发光亮度(emitting light luminance)，并且连接有第二测量窗形成构件(窥视管构件)HSb，以便测量所述多个发光亮度测量部1被测量的测量区域的所述钢板表面的温度。该第一测量窗形成构件HSa具备：从输送路形成构件HS的一侧壁沿钢板WK的钢板表面的法线方向延伸的筒状的第一发射线屏蔽构件HSa1；和与所述第一发射线屏蔽构件HSa1相比，直径大且高度低的筒状的第二发射线屏蔽构件HSa2。第一发射线屏蔽构件HSa1的一端面向输送路形成构件HS的外部，以使多个发光亮度测量部1能够测量钢板WK的发光亮度的方式被安装。第一发射线屏蔽构件HSa1的另一端面向输送路形成构件HS的内部，在第二发射线屏蔽构件HSa2的一端以气密方式与第二发射线屏蔽构件HSa2同轴连接。第二发射线屏蔽构件HSa2的另一端面向钢板WK的钢板表面。在第一测量窗形成构件HSa，在从第二发射线屏蔽构件HSa2的另一端至安装有多个发光亮度测量部1的第一发射线屏蔽构件HSa1的一端之间，安装有至少使指定的测量波长穿透的例如蓝宝石等窗构件(未图示)。所述第二测量窗形成构件HSb是以沿钢板WK的输送方向隔开指定的间隔与第一测量窗形成构件Has并列配置的方式，从输送路形成构件HS的一侧壁沿钢板WK的钢板表面的法线方向延伸的筒状的构件。第二测量窗形成构件HSb的一端面向输送路形成构件HS的外部，以使温度测量部2能够测量钢板WK的温度的方式被安装。第二测量窗形成构件HSb的另一端面向输送路形成构件HS的内部，并面向钢板WK的钢板表面。在第二测量窗形成构件HSb的另一端至安装有温度测量部2的一端之间，安装有例如Ge(锗)等窗构件(未图示)。
多个发光亮度测量部1是分别连接于控制处理部3，并按照控制处理部3的控制而测量钢板WK的钢板表面的发光亮度的装置。这些多个发光亮度测量部1的测量波长λ以互不相同的方式被设定。在本实施方式中，多个发光亮度测量部1具备第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2这两个发光亮度测量部。第一发光亮度测量部1-1以第一测量波长λ1测量钢板表面的发光亮度，第二发光亮度测量部1-2以不同于所述第一测量波长λ1的第二测量波长λ2测量所述钢板表面的发光亮度。
第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2各自具备例如：用于规定测量波长λ的让指定的波长范围穿透的带通滤光器(optical band-pass filter)；通过所述带通滤光器接收钢板WK的表面的发射光强度的受光元件；预先存储所述受光元件的输出电平与发光亮度的对应关系的存储部；以及根据通过所述带通滤光器接收钢板WK的表面的发射光强度而获得的所述受光元件的输出电平，通过使用所述对应关系而求出发光亮度的信息处理部。第一发光亮度测量部1-1中的带通滤光器(第一带通滤光器)的波长范围(第一波长范围)被设定为包含第一测量波长λ1，第二发光亮度测量部1-2中的带通滤光器(第二带通滤光器)的波长范围(第二波长范围)被设定为包含第二测量波长λ2。另外，这些所述存储部以及所述信息处理部可以兼用作存储部4以及控制处理部3。或者，第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2可以各自利用辐射温度计。市售的辐射温度计通常测量波长被限定，并组装有带通滤光器。此外，发光亮度可以根据温度(将设定发射率设为1时的显示温度)和测量波长，并通过所谓的普朗克定律而计算。因此，例如，第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2各自具备：测量钢板WK的表面的温度的辐射温度计；以及根据由所述辐射温度计测量出的温度和所述辐射温度计的测量波长，求出发光亮度的信息处理部。使用于第一发光亮度测量部1-1的辐射温度计(第一辐射温度计)的测量波长被设定为第一测量波长λ1，使用于第二发光亮度测量部2-2的辐射温度计(第二辐射温度计)的测量波长被设定为第二测量波长λ2。另外，这些所述信息处理部可以兼用作控制处理部3。如此地通过使用辐射温度计，与使用分光亮度计的情况相比较，能够实现低成本化。所述辐射温度计可以利用具备例如热电堆(thermopile)、辐射热测量计(bolometer)、热释传感器等的辐射温度计。
对这些第一及第二测量波长λ1、λ2进行说明。
伴随直接加热炉的加热步骤中的氧化进展，发射率ε具有随着氧化物的膜厚(氧化膜厚)d的增加而单调地增加后达到峰值，其后减少或反复增减的轮廓。认为该发射率ε的波动的原因在于，氧化膜表面的发射和氧化膜与金属表面界面的发射引起干扰(参照平本一男等著，“氧化工艺中的金属的分光发射率行为”，《铁和刚》，Vol.85(1999)No.12，P863-869)。据此，例如图5所示，在钢板WK的钢板表面形成单层的氧化膜WK2的情况下，反射率R用下式1来表示，发射率ε用下式3来表示。
式1：R＝(ρ01+ρ12e-2iδ)/(1+ρ01ρ12e-2iδ)
式2：δ＝(2N1dcosθ)/λ
式3：ε＝1-R
在此，θ是入射角，λ是波长，d是氧化膜厚，N1是氧化膜WK2的复折射率，ρ01是钢板WK周围的气氛(空气等)与氧化膜WK2的界面处的反射率，ρ12是氧化膜WK2与在氧化膜WK2下未氧化的钢板主体WK1的界面处的反射率，i为虚数单位(i2＝-1)，e是纳皮尔常熟(e≈2.71828)。
通过将所述波长λ设为测量波长λ并使用所述的式1至式3，一边改变测量波长λ，一边求出(模拟)相对于氧化物的膜厚d的发射率ε的关系，则如图4A及图4B所示，在任意测量波长λ下，发射率ε如上所述地均具有大概随着氧化物的膜厚d的增加而单调地增加之后达到峰值，其后减少或者反复增减的轮廓。并且，随着氧化物的膜厚d的增加而发射率ε单调地增加的膜厚d的范围的上限膜厚Th随着测量波长λ越长而变得更厚。例如，图4A所示的测量波长λ为14μm附近的情况下的上限膜厚Th2比图4B所示的测量波长λ为5μm附近的情况下的上限膜厚Th1厚。因此，只是想要在更宽的范围测量氧化物的膜厚d，则测量波长λ越长越好。但是，从图4A可知，如果测量波长λ长，则在膜厚d薄时，相对于膜厚d的变化的发射率ε的变化之比(斜率)小，因通过测量获得的发射率ε的一点点偏差而导致膜厚d较大地变化，难以精确地求出膜厚d。另一方面，在此种膜厚d薄的情况下，如果使测量波长λ变短，则从图4B可知，相对于膜厚d的变化的发射率ε的变化之比(斜率)大，能够精确地求出膜厚d。如上所述，从测量精确度的观点出发，根据氧化物的膜厚d而存在适合的测量波长λ。于是，将指定的膜厚测量范围划分为多个子膜厚测量范围，并且针对这些多个子膜厚测量范围各自选择如下波长作为测量波长，即：以在该子膜厚测量范围内，随着氧化物的膜厚的增加而发射率单调地增加(发射率和膜厚一对一地对应)的方式，并且以从测量精确度的观点出发，相对于膜厚变化的发射率变化之比(相对于膜厚的发射率的斜率)处于指定的设定范围内的方式，来赋予发射率与膜厚的关系，这样的波长即可。为了确保膜厚的足够的检测精度，所述设定范围被设定为例如1以上。相对于膜厚变化的发射率变化之比(斜率)越大，膜厚的分辨率就越提高，但是从膜厚测量范围(子膜厚测量范围)会变窄的观点出发，所述设定范围优选膜厚分辨率和膜厚测量范围(子膜厚测量范围)平衡的1。基于此种见解，在本实施方式中，第1测量波长λ1被设定为3μm或5μm等5μm以下的波长，例如5μm，以便能够精确地测量相对薄的膜厚d，第二测量波长λ2被设定为比第一测量波长λ1长的波长的14μm或20μm等14μm以上的波长，例如14μm，以便能够精确地测量相对厚的膜厚d。如果如上所述地设定第一测量波长λ1和第二测量波长λ2，则可以在0至Th2的膜厚测量范围测量膜厚d，该膜厚测量范围被划分为0至Th1的第一子膜厚测量范围和Th1至Th2的第二子膜厚测量范围，可以在第一及第二子膜厚测量范围分别精确地进行测量。
温度测量部2是连接于控制处理部3，并按照控制处理部3的控制测量多个发光亮度测量部1被测量的测量区域的钢板表面的温度的装置。温度测量部2例如是具备热电堆(thermopile)、辐射热测量计(bolometer)、热释传感器等而构成的辐射温度计等。温度测量部2将所述测量的钢板表面的温度输出到控制处理部3。如上所述，温度测量部2被安装在输送路形成构件HS中的第二测量窗形成构件HSb的一端。另外，也可以使温度测量部2能够从钢板WK的钢板表面的法线方向面向所述钢板表面的方式，例如在输送路形成构件HS的一侧壁设置温度测量部安装开口(图1中未示出)，并安装温度测量部2。
另外，如上所述，在第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2具备辐射温度计而构成的情况下，温度测量部2可以与第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2的任一个兼用，氧化膜厚测量装置D无需在第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2以外另外具备温度测量部2，能够实现低成本化。
输入部5是连接于控制处理部3，并将例如指示开始测量氧化膜厚的命令等各种命令以及例如钢板WK的名称和后述的膜厚转换信息等测量所述氧化膜厚所需的各种数据输入于氧化膜厚测量装置D的装置，例如是被分配了指定的功能的多个输入开关、键盘以及鼠标等。输出部6是连接于控制处理部3，并按照控制处理部3的控制，输出从输入部5输入的命令和数据以及由该氧化膜厚测量装置D测量的测量结果等的装置，例如是CRT显示器、LCD(液晶显示装置)和有机EL显示器等显示装置以及打印机等印刷装置等。
IF部7是连接于控制处理部3，并按照控制处理部3的控制在与外部设备之间进行数据的输入输出的电路，例如是作为串行通信方式的RS-232C的接口电路、使用蓝牙(注册商标)标准的接口电路、进行IrDA(红外数据协会)标准等的红外线通信的接口电路、以及使用USB(通用串行总线)标准的接口电路等。此外，IF部7是在与外部设备之间进行通信的电路，可以是例如数据通信板卡、根据IEEE802.11标准等的通信接口电路等。
存储部4是连接于控制处理部3，并按照控制处理部3的控制存储各种指定的程序和各种指定的数据的电路。所述各种指定的程序例如包含控制氧化膜厚测量装置D的各部1(1-1、1-2)、2、4～7的控制程序、基于多个发光亮度测量部1的各个测量部被测量的钢板表面的各发光亮度以及温度测量部2被测量的温度，求出与所述各发光亮度相对应的钢板表面的各发射率的发射率处理程序、以及通过使用存储在后述的膜厚转换信息存储部41的多个膜厚转换信息，基于所述发射率处理程序求出的钢板表面的各发射率，求出在所述钢板表面生成的氧化物的膜厚d的膜厚处理程序等控制处理程序。所述各种指定的数据包含钢板WK的名称和膜厚转换信息等执行这些各程序所需的数据。此种存储部4例如具备作为非易失性存储元件的ROM(只读存储器)、作为可重写的非易失性存储元件的EEPROM(电可擦可编程只读存储器)等。存储部4包含存储在所述指定的程序的执行过程中生成的数据等的成为所谓的控制处理部3的工作存储器的RAM(随机存取存储器)等。并且，存储部4功能性地具备存储多个膜厚转换信息的膜厚转换信息存储部41。
膜厚转换信息存储部41用于存储多个膜厚转换信息。所述多个膜厚转换信息是分别表示所述钢板表面的发射率与所述氧化物的膜厚d的对应关系的信息。所述多个膜厚转换信息的各个信息与所述多个发光亮度测量部1各自的多个测量波长λ的各个波长一对一地相对应。所述多个膜厚转换信息的各个信息与将指定的膜厚测量范围划分的多个子膜厚测量范围的各个范围一对一地相对应而预先被准备。例如，所述多个膜厚转换信息的各个信息根据多个试样预先被求出。或者，例如，所述多个膜厚转换信息的各个信息通过使用所述的式1至式3进行模拟而预先被求出。并且，所述多个膜厚转换信息各自在对应于该膜厚转换信息的子膜厚测量范围内，该膜厚转换信息中的相对于膜厚变化的发射率变化之比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内。作为一例，在本实施方式中，在膜厚转换信息存储部41中存储如图3所示与第一测量波长5μm相对应的第一膜厚转换信息α-1和与第二测量波长14μm相对应的第二膜厚转换信息α-2。第一膜厚转换信息α-1与将0至Th2的膜厚测量范围划分的0至Th1的第一子膜厚测量范围相对应，第二膜厚转换信息α-2与将0至Th2的膜厚测量范围划分的Th1至Th2的第二子膜厚测量范围相对应。第一膜厚转换信息α-1如图3所示，不仅具有第一子膜厚测量范围的信息，而且具有与其他膜厚d相对应的发射率(发光亮度)的信息，但在第一子膜厚测量范围内，相对于其膜厚变化的发射率(发光亮度)变化之比(相对于膜厚的发射率(发光亮度)的斜率)在β11至β12的范围内。第二膜厚转换信息α-2如图3所示，不仅具有第二子膜厚测量范围的信息，而且具有与其他膜厚d相对应的发射率(发光亮度)的信息，但在第二子膜厚测量范围内，相对于其膜厚变化的发射率(发光亮度)变化之比(相对于膜厚的发射率(发光亮度)的斜率)在β21至β22的范围内。这些多个膜厚转换信息(在所述的例子中为第一及第二膜厚转换信息α-1、α-2)分别以例如查找表形式或例如函数表达式预先存储在膜厚转换信息存储部41中。
控制处理部3是用于将氧化膜厚测量装置D的各部1(1-1、1-2)、2、4～7根据该各部的功能分别进行控制，通过使用存储在膜厚转换信息存储部41中的多个膜厚转换信息，基于多个发光亮度测量部1测量的钢板表面的各发光亮度以及温度测量部测量的钢板表面的温度求出氧化物的膜厚d的电路。在本实施方式中，控制处理部3使第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2分别测量第一及第二发光亮度并使温度测量部2测量温度，并且基于存储在膜厚转换信息存储部41中的第一及第二膜厚转换信息求出氧化物的膜厚d。控制处理部3例如具备CPU(中央处理单元)及其外围电路而构成。控制处理部3通过执行控制处理程序，功能性地具备控制部31、发射率处理部32和膜厚处理部33。
控制部31用于将该氧化膜厚测量装置D的各部1(1-1、1-2)、2、4～7根据该各部的功能分别进行控制，并管理氧化膜厚测量装置D的整体控制。
发射率处理部32基于多个发光亮度测量部1各自测量的钢板表面的各发光亮度以及温度测量部2测量的温度，求出与所述各发光亮度相对应的钢板表面的各发射率。更具体而言，发射率处理部32根据多个发光亮度测量部1各自测量的钢板表面的各发光亮度以及温度测量部2测量的温度，并使用式4求出与所述各发光亮度相对应的钢板表面的各发射率。
式4：ε＝(exp(C2/λTw)-1)/(exp(C2/λTa)-1)
在此，C2＝ch/k，c是真空中的光速，h是普朗克常数，k是波尔兹曼常数。Tw是钢板WK的钢板表面的温度，Ta是周围的环境温度。
在本实施方式中，发射率处理部32根据第一发光亮度测量部1-1测量的钢板表面的第一发光亮度以及温度测量部2测量的温度，通过使用所述的式4，求出与第一发光亮度相对应的钢板表面的第一发射率ε1，同样，根据第二发光亮度测量部1-2测量的钢板表面的第二发光亮度以及温度测量部2测量的温度，通过使用所述的式4，求出与第二发光亮度相对应的钢板表面的第一发射率ε1。
膜厚处理部33通过使用存储在膜厚转换信息存储部41的多个膜厚转换信息，基于发射率处理部32求出的与各测量波长相对应的钢板表面的各发射率，求出所述氧化物的膜厚d。更具体而言，膜厚处理部33针对基于多个发光亮度测量部1测量的钢板表面的各发光亮度由发射率处理部32求出的钢板表面的各发射率，通过使用与对应于该发光亮度测量部1的测量波长相对应的膜厚转换信息，求出与基于该发光亮度测量部1测量的钢板表面的发光亮度由发射率处理部32求出的钢板表面的发射率相对应的氧化物的膜厚和在所述氧化物的膜厚下的相对于膜厚变化的发射率变化之比，在该求出的比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内的情况下，将该求出的氧化物的膜厚作为实际的膜厚的候选值而提取。在本实施方式中，膜厚处理部33针对基于第一发光亮度测量部1-1测量的钢板表面的第一发光亮度由发射率处理部32求出的钢板表面的第一发射率ε1，通过使用与对应于第一发光亮度测量部1-1的第一测量波长λ1(＝5μm)相对应的第一膜厚转换信息α-1，从而求出与所述钢板表面的第一发射率ε1相对应的氧化物的膜厚d1和在该氧化物的膜厚d1下的相对于膜厚变化的发射率变化之比RT1，在该求出的比RT1处于与第一膜厚转换信息α-1相对应的β11至β12的设定范围内的情况下(β11≤RT1≤β12)，将该求出的氧化物的膜厚d1作为实际的膜厚的候选值d面提取，针对基于第二发光亮度测量部1-2测量的钢板表面的第二发光亮度由发射率处理部32求出的钢板表面的第二发射率ε2，通过使用与对应于第二发光亮度测量部1-2的第二测量波长λ2(＝14μm)相对应的第二膜厚转换信息α-2，从而求出与所述钢板表面的第二发射率ε2相对应的氧化物的膜厚d2和在该氧化物的膜厚d2下的相对于膜厚变化的发射率变化之比RT2，在该求出的比RT2处于与第二膜厚转换信息α-2相对应的β21至β22的设定范围内的情况下(β21≤RT2≤β22)，将该求出的氧化物的膜厚d2作为实际的膜厚的候选值d而提取。膜厚d下的相对于膜厚变化的发射率变化之比RT例如作为在所述求出的膜厚d下的膜厚转换信息α的微分值而求出。或者，例如，根据膜厚转换信息求出与相对于所述求出的发射率相差预先设定的指定值Δ的发射率相对应的膜厚ds，根据所述求出的发射率以及与其对应的膜厚d和相对于所述求出的发射率相差指定值Δ的发射率以及与其对应的膜厚ds，求出膜厚d下的相对于膜厚变化(＝ds-d)的发射率变化(＝Δ)之比RT(RT＝Δ/(ds-d))。
这样的控制处理部3、存储部4、输入部5、输出部6以及IF部7可以由例如台式或笔记本式个人计算机PC等构成。
接着，说明第一实施方式的动作。图6是表示所述氧化膜厚测量装置的动作的流程图。
具有这样的结构的氧化膜厚测量装置D如果接通其电源，则执行所需的各部的初始化，并开始其工作。通过执行其控制处理程序，在控制处理部3中功能性地构成控制部31、发射率处理部32和膜厚处理部33。
例如如果通过输入部5受理开始测量的指示，则在图6中，控制处理部3的控制部31使第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2各自测量钢板WK的钢板表面的各发光亮度，第一发光亮度测量部1-1如果测量出第一测量波长λ1下的钢板表面的发光亮度，则将其测量结果的第一发光亮度输出至控制处理部3，第二发光亮度测量部1-2如果测量出第二测量波长λ2下的钢板表面的发光亮度，则将其测量结果的第二发光亮度输出至控制处理部3(S11)。另外，与黑体不同，钢板WK的发射率(发光亮度)取决于波长λ，因此，第一及第二发光亮度并不一定一致。
接着，控制处理部3的控制部31让温度测量部2测量钢板WK的钢板表面的温度，温度测量部2如果测量出在处理S11由多个发光亮度测量部1测量的测量区域的所述钢板表面的温度，则将其测量结果输出到控制处理部3(步骤S12)。更具体而言，在本实施方式中，以测量在所述处理S11由多个发光亮度测量部1测量的测量区域的所述钢板表面的温度的方式，温度测量部2在从第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2测量的时机错开对应钢板WK的输送速度和第一及第二测量窗形成构件HSa、HSb之间的距离的时间的时机，测量所述钢板表面的温度。
接着，如果测量出第一及第二发光亮度和温度，控制处理部3的发射率处理部32根据第一发光亮度测量部1-1测量的钢板表面的第一发光亮度以及温度测量部2测量的温度，通过使用所述的式4，从而求出与第一发光亮度相对应的钢板表面的第一发射率ε1，同样，根据第二发光亮度测量部1-2测量的钢板表面的第二发光亮度以及温度测量部2测量的温度，通过使用所述的式4，从而求出与第二发光亮度相对应的钢板表面的第二发射率ε2(S13)。
接着，如果求出被测量的温度下的各发光亮度下的各发射率，则控制处理部3的膜厚处理部33通过使用与对应于第一发光亮度测量部1-1的第一测量波长λ1(＝5μm)相对应的第一膜厚转换信息α-1，从而求出与基于所述第一发光亮度测量部1-1测量的钢板表面的第一发光亮度在所述处理S13由发射率处理部32求出的钢板表面的第一发射率ε1相对应的氧化物的膜厚d1和在该氧化物的膜厚d1下的相对于膜厚变化的发射率变化之比RT1，同样，通过使用与对应于第二发光亮度测量部1-2的第二测量波长λ2(＝14μm)相对应的第二膜厚转换信息α-2，从而求出与基于所述第二发光亮度测量部1-2测量的钢板表面的第二发光亮度在所述处理S13由发射率处理部32求出的钢板表面的第二发射率ε2相对应的氧化物的膜厚d2和在该氧化物的膜厚d2下的相对于膜厚变化的发射率变化之比RT2(S14)。
接着，如果求出氧化物的膜厚d和在该膜厚d下的所述比RT，则膜厚处理部33判断针对第一发光亮度测量部1-1求出的所述比RT1是否处于与对应于第一发光亮度测量部1-1的第一测量波长λ1的第一膜厚转换信息α-1相对应的β11至β12的设定范围内，在所述比RT1处于所述β11至β12的设定范围内的情况下，将与所述比RT1一起求出的氧化物的膜厚d1作为实际的膜厚的候选值d而提取。另外，在所述比RT1不在所述β11至β12的设定范围内的情况下，与所述比RT1一起求出的氧化物的膜厚d1被丢弃(删除)。并且，膜厚处理部33判断针对第二发光亮度测量部1-2求出的所述比RT2是否处于与对应于第二发光亮度测量部1-2的第二测量波长λ2的第二膜厚转换信息α-2相对应的β21至β22的设定范围内，在所述比RT2处于所述β21至β22的设定范围内的情况下，将与所述比RT2一起求出的氧化物的膜厚d2作为实际的膜厚的候选值d而提取。另外，在所述比RT2不在所述β21至β22的设定范围内的情况下，与所述比RT2一起求出的氧化物的膜厚d2被丢弃(删除)。
接着，如果求出测量结果(氧化物的膜厚)d，则控制处理部3的控制部31将该求出的氧化物的膜厚d通过输出部6输出并结束处理。另外，也可以根据需要，控制处理部3的控制部31将该求出的氧化物的膜厚d输出至IF部7。
如以上说明，本实施方式的氧化膜厚测量装置D以及安装在该装置的氧化膜厚测量方法针对多个子膜厚测量范围的各个范围存储膜厚转换信息，该膜厚转换信息是在该子膜厚测量范围内相对于膜厚变化的发射率变化之比(斜率)处于设定范围内的信息。因此，所述氧化膜厚测量装置D以及氧化膜厚测量方法即使扩大膜厚测量范围，也能通过划分为适当个数的子膜厚测量范围，从而能够准备相对于膜厚变化的发射率变化之比处于设定范围内的膜厚转换信息。并且，所述氧化膜厚测量装置D以及氧化膜厚测量方法以互不相同的多个测量波长λn(在本实施方式中，n＝1、2)测量钢板表面的发光亮度并测量所述钢板表面的温度，基于这些被测量的钢板表面的各发光亮度以及温度，求出与所述各发光亮度相对应的钢板表面的各发射率εn，针对这些按各测量波长λn求出的钢板表面的各发射率εn，通过使用与该测量波长λn相对应的膜厚转换信息α-n，从而求出与基于以该测量波长λn测量的钢板表面的发光亮度求出的钢板表面的发射率εn相对应的所述氧化物的膜厚dn和在所述氧化物的膜厚dn下的相对于膜厚变化的发射率变化之比RTn，在该求出的比RTn处于与该膜厚转换信息相对应的βn1至βn2的指定的设定范围内的情况下，将该求出的氧化物的膜厚dn作为实际的膜厚的候选值d而提取。因此，所述氧化膜厚测量装置D以及氧化膜厚测量方法能够选择根据以多个测量波长λn分别测量的钢板表面的各发光亮度求出的氧化物的膜厚dn中，使用相对于膜厚变化的发射率变化之比RTn处于βn1至βn2的设定范围内的膜厚转换信息而求出的氧化物的膜厚dn，因此，能够更精确地进行测量。因此，所述氧化膜厚测量装置D以及氧化膜厚测量方法能够在更广的范围更精确地测量氧化物的膜厚。
所述氧化膜厚测量装置D以及氧化膜厚测量方法在不具备比较高价的分光辐射亮度计，而是具备比较廉价的辐射温度计来构成第一及第二发光亮度测量部1-1、1-2的情况下，能够实现低成本化。第一发光亮度测量部1-1具备以5μm附近的第一测量波长λ1进行测量的第一辐射温度计，其中，在较薄的膜厚范围，相对于膜厚变化的发光亮度变化之比处于β11至β12的设定范围内，第二发光亮度测量部1-2具备以14μm附近的第二测量波长λ2进行测量的第二辐射温度计，其中，在较厚的膜厚范围，相对于膜厚变化的发光亮度变化之比处于β21至β22的设定范围内，因此，氧化膜厚测量装置D以及氧化膜厚测量方法能够在更广的范围更精确地测量氧化物的膜厚。
本说明书公开了如上所述的各种方式的技术，将其中的主要的技术概括如下。
一方式所涉及的氧化膜厚测量装置测量在钢板的钢板表面生成的氧化物的膜厚，其包括：膜厚转换信息存储部，存储表示所述钢板表面的发射率与所述氧化物的膜厚之间的对应关系的多个膜厚转换信息；多个发光亮度测量部，以互不相同的多个测量波长测量所述钢板表面的发光亮度；温度测量部，测量所述多个发光亮度测量部所测量的测量区域的所述钢板表面的温度；发射率处理部，基于所述多个发光亮度测量部各自测量的钢板表面的各发光亮度以及所述温度测量部测量的温度，求出与所述各发光亮度相对应的钢板表面的各发射率；以及膜厚处理部，通过使用存储在所述膜厚转换信息存储部的多个膜厚转换信息，基于所述发射率处理部所求出的钢板表面的各发射率，求出所述氧化物的膜厚，其中，所述多个膜厚转换信息以其各个信息与所述多个测量波长的各个波长一对一地对应并且该各个信息与将指定的膜厚测量范围划分的多个子膜厚测量范围的各个范围一对一对应的方式预先被准备，在对应于该膜厚转换信息的子膜厚测量范围内，该膜厚转换信息中相对于膜厚变化的发射率变化之比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内，所述膜厚处理部针对基于由所述多个发光亮度测量部测量出的钢板表面的各发光亮度而由所述发射率处理部求出的钢板表面的各发射率，通过使用与对应于该发光亮度测量部的测量波长相对应的膜厚转换信息，求出与基于由该发光亮度测量部测量出的钢板表面的发光亮度而由所述发射率处理部求出的钢板表面的发射率相对应的所述氧化物的膜厚、和在该氧化物的膜厚下的相对于膜厚变化的发射率变化之比，并且在所述求出的比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内的情况下，将所述求出的氧化物的膜厚作为实际的膜厚的候选值而提取。
此种氧化膜厚测量装置针对多个子膜厚测量范围的各个范围存储膜厚转换信息，该膜厚转换信息是在该子膜厚测量范围内相对于膜厚变化的发射率变化之比(斜率)处于设定范围内的信息。因此，所述氧化膜厚测量装置即使扩大膜厚测量范围，也能通过划分为适当个数的子膜厚测量范围，能够准备相对于膜厚变化的发射率变化之比处于设定范围内的膜厚转换信息。并且，所述氧化膜厚测量装置以互不相同的多个测量波长测量钢板表面的发光亮度并测量所述钢板表面的温度，基于这些被测量的钢板表面的各发光亮度以及温度，求出与所述各发光亮度相对应的钢板表面的各发射率，针对这些按各测量波长求出的钢板表面的各发射率，通过使用与该测量波长相对应的膜厚转换信息，从而求出与基于以该测量波长测量的钢板表面的发光亮度求出的钢板表面的发射率相对应的所述氧化物的膜厚和在所述氧化物的膜厚下的相对于膜厚变化的发射率变化之比，在该求出的比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内的情况下，将该求出的氧化物的膜厚作为实际的膜厚的候选值而提取。因此，所述氧化膜厚测量装置能够选择根据以多个测量波长的各个波长测量的钢板表面的各发光亮度求出的氧化物的膜厚中，使用相对于膜厚变化的发射率变化之比处于设定范围内的膜厚转换信息而求出的氧化物的膜厚，因此，能够更精确地进行测量。因此，所述氧化膜厚测量装置能够在更广的范围更精确地测量氧化物的膜厚。
优选在所述的氧化膜厚测量装置中，所述多个发光亮度测量部具备两个第一及第二发光亮度测量部，所述第一发光亮度测量部具备第一测量波长为5μm附近的第一辐射温度计而构成，所述第二发光亮度测量部具备第二测量波长为14μm附近的第二辐射温度计而构成。
氧化膜厚测量装置不使用比较高价的分光辐射亮度计，而是具备例如未组装半反射镜等分光计的多个辐射温度计来构成发光亮度测量部，因此，能够实现低成本化。第一发光亮度测量部具备相对于膜厚变化的发光亮度变化之比在较薄的膜厚范围处于设定范围内的以5μm附近的第一测量波长进行测量的第一辐射温度计而构成，第二发光亮度测量部具备相对于膜厚变化的发光亮度变化之比在较厚的膜厚范围处于设定范围内的以14μm附近的第二测量波长进行测量的第二辐射温度计而构成，因此，所述氧化膜厚测量装置能够在更广的范围更精确地测量氧化物的膜厚。
另一方式所涉及的氧化膜厚测量方法测量在钢板的钢板表面生成的氧化物的膜厚，其包括以下步骤：多个发光亮度测量步骤，以互不相同的多个测量波长测量所述钢板表面的发光亮度；温度测量步骤，测量在所述多个发光亮度测量步骤中测量的测量区域的所述钢板表面的温度；发射率处理步骤，基于在所述多个发光亮度测量步骤各自中测量的钢板表面的各发光亮度以及在所述温度测量步骤中测量的温度，求出与所述各发光亮度相对应的钢板表面的各发射率；以及膜厚处理步骤，通过使用表示所述钢板表面的发射率与所述氧化物的膜厚之间的对应关系的多个膜厚转换信息，基于在所述发射率处理步骤中求出的钢板表面的各发射率，求出所述氧化物的膜厚，其中，所述多个膜厚转换信息以其各个信息与所述多个测量波长的各个波长一对一地对应并且该各个信息与将指定的膜厚测量范围划分的多个子膜厚测量范围的各个范围一对一对应的方式预先被准备，在对应于该膜厚转换信息的子膜厚测量范围内，该膜厚转换信息中相对于膜厚变化的发射率变化之比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内，在所述膜厚处理步骤中，针对基于在所述多个发光亮度测量步骤中测量出的钢板表面的各发光亮度而在所述发射率处理步骤中所求出的钢板表面的各发射率，通过使用与对应于该发光亮度测量步骤的测量波长相对应的膜厚转换信息，求出与基于在该发光亮度测量步骤中测量出的钢板表面的发光亮度而在所述发射率处理步骤中所求出的钢板表面的发射率相对应的所述氧化物的膜厚、和在该氧化物的膜厚下的相对于膜厚变化的发射率变化之比，并且在所述求出的比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内的情况下，将所述求出的氧化物的膜厚作为实际的膜厚的候选值而提取。
此种氧化膜厚测量方法针对多个子膜厚测量范围的各个范围存储膜厚转换信息，该膜厚转换信息是在该子膜厚测量范围内相对于膜厚变化的发射率变化之比(斜率)处于设定范围内的信息。因此，所述氧化膜厚测量方法即使扩大膜厚测量范围，也能通过划分为适当个数的子膜厚测量范围，能够准备相对于膜厚变化的发射率变化之比处于设定范围内的膜厚转换信息。并且，所述氧化膜厚测量方法以互不相同的多个测量波长测量钢板表面的发光亮度并测量所述钢板表面的温度，基于这些被测量的钢板表面的各发光亮度以及温度，求出与所述各发光亮度相对应的钢板表面的各发射率，针对这些按各测量波长求出的钢板表面的各发射率，通过使用与该测量波长相对应的膜厚转换信息，从而求出与基于以该测量波长测量的钢板表面的发光亮度求出的钢板表面的发射率相对应的所述氧化物的膜厚和在所述氧化物的膜厚下的相对于膜厚变化的发射率变化之比，在该求出的比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内的情况下，将该求出的氧化物的膜厚作为实际的膜厚的候选值而提取。因此，所述氧化膜厚测量方法能够选择根据以多个测量波长的各个波长测量的钢板表面的各发光亮度求出的氧化物的膜厚中，使用相对于膜厚变化的发射率变化之比处于发定范围内的膜厚转换信息而求出的氧化物的膜厚，因此，能够更精确地进行测量。因此，所述氧化膜厚测量方法能够在更广的范围更精确地测量氧化物的膜厚。
该申请以2018年11月9日提交的日本发明专利申请特愿2018-211334为基础，其内容包含在本申请中。
为了表述本发明，在所述说明中参照附图并通过实施方式适当且充分地说明了本发明，但是应该理解只要是本领域技术人员就能容易地对所述的实施方式进行变更及/或改良。因此，本领域技术人员实施的变更方式或改良方式只要不脱离权利要求书记载的权利要求的权利范围，就解释为该变更方式或该改良方式包含在该权利要求的权利范围。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供测量在钢板表面生成的氧化物的膜厚的氧化膜厚测量装置以及氧化膜厚测量方法。

Claims (2)

1.一种氧化膜厚测量装置，测量在钢板的钢板表面生成的氧化物的膜厚，其特征在于包括：
膜厚转换信息存储部，存储表示所述钢板表面的发射率与所述氧化物的膜厚之间的对应关系的多个膜厚转换信息；
多个发光亮度测量部，以互不相同的多个测量波长测量所述钢板表面的发光亮度；
温度测量部，测量所述多个发光亮度测量部所测量的测量区域的所述钢板表面的温度；
发射率处理部，基于所述多个发光亮度测量部各自测量的钢板表面的各发光亮度以及所述温度测量部测量的温度，求出与所述各发光亮度相对应的钢板表面的各发射率；以及
膜厚处理部，通过使用存储在所述膜厚转换信息存储部的多个膜厚转换信息，基于所述发射率处理部所求出的钢板表面的各发射率，求出所述氧化物的膜厚，其中，
所述多个膜厚转换信息以其各个信息与所述多个测量波长的各个波长一对一地对应并且该各个信息与将指定的膜厚测量范围划分的多个子膜厚测量范围的各个范围一对一对应的方式预先被准备，
在对应于该膜厚转换信息的子膜厚测量范围内，该膜厚转换信息中相对于膜厚变化的发射率变化之比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内，
所述膜厚处理部针对基于由所述多个发光亮度测量部测量出的钢板表面的各发光亮度而由所述发射率处理部求出的钢板表面的各发射率，通过使用与对应于该发光亮度测量部的测量波长相对应的膜厚转换信息，求出与基于由该发光亮度测量部测量出的钢板表面的发光亮度而由所述发射率处理部求出的钢板表面的发射率相对应的所述氧化物的膜厚、和在该氧化物的膜厚下的相对于膜厚变化的发射率变化之比，并且在所述求出的比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内的情况下，将所述求出的氧化物的膜厚作为实际的膜厚的候选值而提取。
2.一种氧化膜厚测量方法，测量在钢板的钢板表面生成的氧化物的膜厚，其特征在于包括以下步骤：
多个发光亮度测量步骤，以互不相同的多个测量波长测量所述钢板表面的发光亮度；
温度测量步骤，测量在所述多个发光亮度测量步骤中测量的测量区域的所述钢板表面的温度；
发射率处理步骤，基于在所述多个发光亮度测量步骤各自中测量的钢板表面的各发光亮度以及在所述温度测量步骤中测量的温度，求出与所述各发光亮度相对应的钢板表面的各发射率；以及
膜厚处理步骤，通过使用表示所述钢板表面的发射率与所述氧化物的膜厚之间的对应关系的多个膜厚转换信息，基于在所述发射率处理步骤中求出的钢板表面的各发射率，求出所述氧化物的膜厚，其中，
所述多个膜厚转换信息以其各个信息与所述多个测量波长的各个波长一对一地对应并且该各个信息与将指定的膜厚测量范围划分的多个子膜厚测量范围的各个范围一对一对应的方式预先被准备，
在对应于该膜厚转换信息的子膜厚测量范围内，该膜厚转换信息中相对于膜厚变化的发射率变化之比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内，
在所述膜厚处理步骤中，针对基于在所述多个发光亮度测量步骤中测量出的钢板表面的各发光亮度而在所述发射率处理步骤中所求出的钢板表面的各发射率，通过使用与对应于该发光亮度测量步骤的测量波长相对应的膜厚转换信息，求出与基于在该发光亮度测量步骤中测量出的钢板表面的发光亮度而在所述发射率处理步骤中所求出的钢板表面的发射率相对应的所述氧化物的膜厚、和在该氧化物的膜厚下的相对于膜厚变化的发射率变化之比，并且在所述求出的比处于与该膜厚转换信息相对应的指定的设定范围内的情况下，将所述求出的氧化物的膜厚作为实际的膜厚的候选值而提取。
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