JP2016106217A - 流れる条片の塗膜層の厚さを測定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】条片の塗膜層の厚さの密度度マッピングを生成可能にし、且つ塗膜ラインの密な制御が可能であり、プロセスの比較的高速の動作不規則性を調整可能にする十分に高速で正確な、流れている条片の塗膜層の厚さを測定する手段を提案する。【解決手段】渦電流センサを用いて、塗膜層の厚さを表す数量が測定され、流れる条片１の塗膜材料層の厚さは、測定された数量及び少なくとも１つの較正値を用いて決められる。渦電流センサを用いて行われる測定は、低励起周波数及び高励起周波数で流れる条片１に面するコイルの複素インピーダンスの測定と、複素インピーダンス測定を用いた塗膜層の厚さを表す数量の計算とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、亜鉛めっき鋼条片等の流れる条片（running strip）の塗膜材料層の厚さの測定に関する。

鋼シートを腐食から保護するために、鋼シートには亜鉛等の材料が塗膜され、それにより、亜鉛めっき鋼が得られる。この亜鉛塗膜を生成するために、条片は、焼きなまし炉内を進み、次に、ベルを通り、液体亜鉛浴内に浸され、液体亜鉛浴から、亜鉛層が塗膜されて現れ、亜鉛層は液体であり、窒素等のガスを吹き付けることにより乾燥する。乾燥後、条片は任意選択的に熱処理を受けて、亜鉛層と鋼基板とを反応させ、次に、シートは冷却され、最後に、「調質圧延機」等の表面転造設備に導入されてから、巻かれる。塗装後に優れた表面外観を有するように、奇麗で規則正しい表面を有するシートを得るためには、亜鉛又は亜鉛合金塗膜層が可能な限り平滑である必要がある。さらに、腐食に対する良好な保護を保証できるようにするためには、塗膜層が条片のいずれのポイントでも十分な厚さである必要がある。業界設備で確実にこの結果を得るには、プロセスを制御可能であること、及び結果をチェックし、それにより、亜鉛層の厚さを測定可能であることの両方が必要である。この厚さ測定を行うために、Ｘ蛍光を用いる方法が一般に使用され、この方法では、亜鉛層の厚さの絶対測定を行うことが可能であるが、比較的遅いという欠点を有する。その遅さにより、このプロセスでは、条片の表面の密度度マッピングを生成することができず、したがって、厳密な品質制御を実行することができない。同じ理由により、プロセスの動作的不規則性の検出しかできず、その変動変化は小さい。したがって、Ｘ蛍光により塗膜の厚さを測定することでは、市場のニーズを満たすために必要な、製品の品質の保証を得るために十分に厳格な塗膜ラインの制御を達成することができない。

鉄基板への導電塗膜層の厚さを制御できるように、５００ｋＨｚという高い周波数を有する渦電流センサを用いる測定の使用が提案された。しかし、この方法は十分に正確ではなく、条片の塗膜厚さのマッピング生成を目的としない。

本発明の目的は、条片の塗膜層の厚さの密度度マッピングを生成可能なように、且つ塗膜ラインの密な制御が可能であり、プロセスの比較的高速の動作不規則性を調整可能なように十分に高速で正確な、流れている条片の塗膜層の厚さを測定可能な手段を提案することにより、この欠点への改善策を見つけることである。

このために、本発明の目的は、流れている条片の塗膜材料層の厚さを測定する方法であり、この方法によれば、渦電流センサにより、条片の少なくとも１つのエリアで、塗膜層の厚さの代表的な品質が測定され、塗膜層の厚さが、測定された品質及び少なくとも１つの較正値から特定される。

渦電流センサにより行われる測定は、低励起周波数での流れている条片に面するコイルの複素インピーダンスの測定と、これらの複素インピーダンス測定からの塗膜層の厚さを表す数量の生成（elaboration）とを含む。

好ましくは、低励起周波数は４０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚを含み、高励起周波数は４００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚを含む。

上記少なくとも１つの較正値を決定するために、塗膜層の厚さの測定を、渦電流センサを用いて測定が行われたエリアの少なくとも１つのポイントで行い、この測定は、好ましくは、Ｘ蛍光厚さゲージにより行われる。

好ましくは、条片を構成する材料の厳密な性質及び塗膜の種類が識別され、これらのデータ及び較正値は対応表に記録され、対応表は、使用すべき較正値を決定するために続けて使用し得る。

渦電流センサを用いて行われる測定は、基準サンプルに面するコイルの低励起周波数及び高励起周波数での複素インピーダンスの測定と、条片に面するコイルの複素インピーダンスと基準サンプルに面するコイルの複素インピーダンスとの差からの塗膜層の厚さを表す数量の特定とをさらに含み得る。

好ましくは、条片は金属条片である。

好ましくは、金属条片は鋼であり、塗膜は、例えば、亜鉛又は亜鉛合金からなる金属塗膜である。

渦電流センサを用いる測定を行う前に、条片を消磁し得る。

渦電流センサによりこれらの測定を行うために、条片の表面に略平行し、条片の流れる方向を横断するように延びる少なくとも１つのラインに沿って配置される複数の渦電流センサを使用し得、センサを順次励起させて、条片の幅にわたって分布する一連の測定を取得し、横断厚プロファイルを取得し得る。

Ｘ蛍光により厚さ測定を行うために、例えば、条片の表面に略平行するラインに沿って条片に対して横方向に移動し得るＸ蛍光ゲージが使用される。

好ましくは、条片の幅にわたって分布する複数の一連の測定が行われて、条片の幅にわたって分布する複数の一連の測定を取得し、これらの一連の測定は条片の長さにわたって分布する。それにより、条片の長さに沿って分布する複数の横断プロファイルが得られる。

好ましくは、プローブの順次励起は、条片の幅にわたって分布する一連の測定の取得時間が、２つの連続したタイミング信号の時間間隔よりも短いように、適した速度で行われる。

好ましくは、渦電流プローブのラインに対する条片の横方向位置が検出され、条片の幅に対する各測定エリアの位置が、渦電流センサのラインに対する条片の横方向位置及びプローブのライン内の各センサの位置により特定される。

条片の長さに対する測定エリアの位置を特定するために、２つの連続した条片間の溶接等の条片の発端が検出され、次に、条片の変位が連続して検出され、測定毎に、測定点と条片の発端とを隔てる条片長が特定される。

好ましくは、条片の長さ及び幅に対する測定エリアの位置が記録されて、条片の塗装厚のマッピングを生成する。

この条片は、例えば、溶融亜鉛めっき設備等の連続塗膜設備内を流れ、マッピングの少なくとも一部分が、リアルタイムでキャビンに表示され、表示手段を用いて塗膜設備を制御し、及び／又はマッピングの少なくとも一部分が塗膜設備の自動制御装置にリアルタイムで送信され、それにより、制御装置は、塗膜設備の調整設定値を生成し、及び／又はマッピングが品質制御目的でコンピュータ手段に記録される。

本発明は、流れる条片の塗膜層の厚さを連続して測定する装置にも関し、この装置は、支持梁上の少なくとも１つのラインに配置された複数の渦電流センサと、条片の進行を辿る少なくとも１つの手段に接続された渦電流センサを制御する装置と、特に、複数の渦電流センサ及びＸ蛍光厚さゲージに対する条片の横方向位置を検出する手段に接続された自動制御手段と、センサを制御する装置及び自動制御手段に接続された、測定の制御及び管理を行うコンピュータ手段と、を備える。

好ましくは、本発明による測定装置は、２つの平行ラインの渦電流センサを備え、１ラインのセンサの位置は、他方のラインのセンサの位置に対してシフトされる。そのような構成を用いて、特に、渦電流による測定を受ける表面面積の割合を増大させることが可能である。

渦電流センサは、２つの周波数を有し、好ましくは差動型である。

好ましくは、各ラインの渦電流センサの支持梁は、サービス位置と退避位置との間で移動可能に取り付けられ、装置は、自動制御手段により制御されるサービス位置と退避位置との間で梁を変位させる手段を備え、自動制御手段は、条片の幾何学的欠陥を検出する手段にも接続され、自動制御手段及び梁を変位させる手段は、条片の幾何学的欠陥が検出された場合、渦電流センサを退避位置に素早く変位させるように構成される。

好ましくは、装置は複数の平衡サンプルをさらに備え、平衡サンプルは、退避位置で渦電流センサに面するように平衡サンプルを配置するのに適した装置により支えられる。

装置は、条片の流れる方向に対して渦電流センサから上流に配置される、条片を消磁する手段をさらに備え得る。

本発明は、最後に、塗膜装置と、塗膜後に条片を排出して処理するラインとを備える種類の流れる条片に連続して塗膜する設備に関し、設備は、条片を排出し処理して、本発明による方法を提供する、ラインに配置された装置を備える。

設備は、例えば、連続溶融亜鉛めっき設備等の金属又は金属合金で金属条片を溶融亜鉛めっきする設備である。

設備は、少なくとも１つの横方向ガイドロールを備え得る。サービス位置では、渦電流センサの各ラインは、ガイドロールの母線に面して配置され、測定のタイミングをとる手段が、横方向ガイドロールにより駆動されるパルス生成器に接続される。

これより本発明について、添付図を参照してより正確に説明するが、限定として説明するのではない。

特に、塗膜層の厚さを測定する手段を含む連続して流れる条片の溶融塗膜設備を概略的に示す。 一方ではＸ蛍光測定手段を備え、渦電流センサを有する測定手段を備える流れる条片の塗膜層の厚さを測定する手段の概略上面図を示す。 塗膜層の厚さ分布の密度マッピングの再構築が可能な流れる条片の塗膜層の厚さを測定する原理の概略図である。 渦電流センサにより塗膜層の厚さを測定する手段を備えた流れる条片のガイドロールの正面図である。 図４の装置のプロファイル図である。 差動型渦電流センサの断面図である。 較正手段を備える、渦電流による塗膜層の厚さを測定する装置の概略図である。 連続塗膜設備で流れる条片の塗膜層の厚さを測定する装置を監視／制御する装置の概略図である。

図１には、矢印の方向に流れる条片１の連続溶融亜鉛めっきが概略的に示される。焼きなまされて、亜鉛めっきに適した温度にされ、図示されない炉に端を発するこの条片は、ベル２を通過し、ベル２は、条片を液体亜鉛又は亜鉛合金浴３内に通す。少なくとも１つのロール７で偏向された後、条片は、上方に移動することにより再び亜鉛めっき浴から離れて、亜鉛めっき浴から出て、ノズル４の間を通ってガス吹きつけにより乾燥され、次に、上方に移動して処理・冷却塔に入る。この塔では、条片は、任意選択的に合金炉５を通過した後、ガス吹きつけ６により冷却ボックス間を通り、次に、水急冷タンク６Ａに向かってロール７’（「上部ロール」と呼ばれる）上を通過しながら下に移動し、条片７１をセンタリングする装置を備える第２のループで再び上方に移動してから、「スキンパス」型の表面転造ミル８を通して取り出され、次に、巻かれる。条片７１をセンタリングする装置は、横方向ガイドロール７Ａを備える。この溶融塗膜ラインは、それ自体が当業者に既知であり、塗膜層の厚さを測定又は監視する、全体的に９として記される手段を備える。この塗膜層の厚さを監視する手段９は、Ｘ蛍光厚さ測定装置１１と、２つの連続した条片間の溶接を検出する装置１２と、条片の幾何学的欠陥を検出する装置１３と、条片を消磁する装置１４と、渦電流センサにより塗膜層の厚さを表す数量を測定する装置１５とに接続された自動制御手段１０を備える。測定装置１５の渦電流センサは、横方向ガイドロール７Ａに面して位置決めされ、横方向ガイドロール７Ａは、それ自体が自動制御手段１０に接続されたパルス生成器１６を駆動する。最後に、自動制御手段１０は、条片の横方向位置を検出する装置１７に接続される。自動制御装置１０は、一方では、例えば画面である、結果を表示する手段１８にも接続され、他方では、塗膜方法を管理するコンピュータ１９にも接続される。

Ｘ蛍光により塗膜層の厚さを測定する手段１１は、それ自体が既知の手段であり、条片の表面に対して略平行して、条片を横断して移動可能に取り付けられるＸ蛍光測定ゲージを含む。このゲージを用いて、塗膜層の厚さの正確な測定を連続して行うことが可能である。しかし、これは少し遅いため、条片の表面を密に覆うことを保証しない範囲での厚さ測定しかできない。

連続した条片の接合溶接を検出する装置１２は、連続塗膜設備で使用されるそれ自体が既知であり、条片の変化を検出可能な装置である。実際に、これらの連続塗膜設備では、溶接により一緒に接続された連続した条片の塗膜が実行される。これらの条片は、異なるリールから端を発し、異なる性質であり得る。溶接を検出することにより、条片変化の通過を検出し、設備での条片の通過の時間的経過を辿ることが可能である。

消磁装置１４は、例えば、条片の移動と組み合わせて、条片を消磁する５０Ｈｚ交番縦磁場を生成する、それ自体が既知の装置である。この装置は、亜鉛めっき設備が磁気効果により条片を安定化させる手段を含む場合のみ必要である。実際には、条片を磁気安定化するこれらの装置は、条片の永久的な磁化を生み出し、この磁化は渦電流を用いる方法により行われる測定を混乱させる。塗膜設備がいかなる磁気安定化手段も有さない場合、厚さ測定設備はいかなる消磁装置も含まない。

条片の幾何学的欠陥を検出する装置１３は、例えば、１つ又は２つのレーザで形成され、レーザは、水急冷タンクから出る条片を辿るレーザ等の、ロール７での条片の表面に平行する光線を発し、レーザ光線は光電セルを照明する。設備内の循環する条片が実際に平坦である場合、条片は、通常、光電セルを照明するレーザビームの下を通過する。条片が大きすぎる幾何学的欠陥を有する場合、条片はレーザからの光線を遮る。光線が遮られる場合、光線はもはや光電セルを照明せず、それにより、条片の幾何学的欠陥検出の信号を生成することが可能である。そのような信号を使用して、特定の機器の安全対策を作動させ得る。

より詳細に続けて説明する、渦電流センサを使用する測定装置１５は、少なくとも１つの梁からなり、梁上に、条片の表面に平行し、条片に対して横方向に延びる少なくとも１つのラインに沿って位置合わせされた複数の渦電流センサが配置される。動作時、これらのセンサは、パルス生成器１６を駆動する、条片の横方向ガイドロール７Ａの少なくとも１つの母線に面して配置される。ガイドロール７Ａにより駆動されるこのパルス生成器１６により、当業者にはそれ自体が既知の方法で、条片の進行を辿ることが可能である。

図２に、Ｘ線ゲージ及び渦電流測定装置により形成される厚さ測定手段が、上面図として概略的に示される。

Ｘ蛍光ゲージ１１は、当業者にそれ自体が既知の機構により条片１の流れる方向を横断して駆動され、枠及び駆動手段からなる測定ヘッド１１Ａを含む。この測定ヘッドはＸ蛍光ゲージの制御手段１０Ａに接続され、制御手段１０Ａは、測定ヘッド１１Ａの位置及び行われた測定の結果に関する情報を受信する。Ｘ蛍光ゲージを制御するこの手段１０Ａは、条片の塗膜の厚さを測定する装置の制御コンピュータ１０Ｃに接続される。

渦電流センサを使用する測定装置１５は、ここでは、梁からなり、梁上には、小型の複数の渦電流センサ１５Ａが、条片の流れる方向を横断するラインに沿って配置される。これらのセンサは、渦電流センサを制御する手段１０Ｂに接続され、この手段１０Ｂも、溶接を検出する手段１２及びパルス生成器１６から情報を受信し、それにより、条片の進行を辿ることができ、手段１０Ｂは、測定の結果についての情報を、塗膜層の厚さを測定する装置の制御コンピュータ１０Ｃに送信し得る。塗膜層の厚さを測定する手段を制御するこのコンピュータ１０Ｃは、測定装置に対する条片の横方向位置を検出する手段１７に接続される。コンピュータ１０Ｃは、塗膜設備の、方法を実行するコンピュータ１９に接続される。手段１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの全体が自動制御手段１０を形成する。

渦電流センサの数は、センサの直径及び塗膜ラインの幅に従って適合され、塗膜条片の全幅にわたって塗膜層の厚さを測定できるようにする。例として、１．５０ｍの幅を有するラインでは、センサの数は１６であり得、これにより、１００ｍｍ毎に測定することができる。

渦電流プローブにより厚さを測定する装置１５は、図４及び図５により詳細に示される。この装置は、横方向ガイド装置７１のロール７Ａの母線に面して配置され、梁１５０からなり、梁１５０上に、渦電流センサ１５Ａが配置される。この梁は、例えば、液圧又は空気圧モータであるモータ１５１により駆動されて回転する。梁の回転により、渦電流センサをサービス位置１６０と退避位置１６１との間で変位させることができる。

サービス位置において、センサは、流れる条片１の表面の近傍にあり、この距離は約１０ｍｍのオーダであるが、例えば、１〜２０ｍｍに含まれてもよい。退避位置では、センサは持ち上げられ、条片から離れるように適宜移動し、これにより、いかなる問題もなく、又は条片の幾何学的欠陥を通さずに、条片を取り扱うことが可能になる。

渦電流センサを使用する測定装置１５は、これらもまた、例えば、液圧又は空気圧モータ１５３により駆動されて回転する第２の梁１５２も含む。この梁１５２は、梁１５０により支えられる渦電流センサの数と同数であり、退避位置にある場合、渦電流センサに面して配置可能なように配置される複数の「標準」ワッシャ１５４を支える。梁１５０及び１５２並びにそれぞれの駆動モータは、クレードル７２上にシャーシ１４９を介して取り付けられ、クレードル７２は、条片を横方向ガイドする装置７１のロール７Ａを支持する。このクレードル７２は、地面に置かれたシャーシ７４上にスライド７５を介して置かれる。クレードル７２は、条片のセンタリングを制御するそれ自体が当分野で既知の手段により制御されるアクチュエータ７３により横方向に駆動される。実際に、ライン上の条片の横方向センタリングは、クレードル７２により支えられるロール７Ａを横方向に変位させることにより達成される。アクチュエータ７３の位置は、例えば、制御・測定手段１７２に接続された誘導センサ、ワイヤセンサ、又は他のセンサ等のそれ自体が当分野で既知の測定手段により記録される。条片の適切なセンタリング又はセンタリングずれを検出可能な、例えば、渦電流型の手段である、地面に対する条片の位置の検出器１７０も、制御・測定手段１７２に接続される。渦電流センサ１５Ａを支える梁１５０は、クレードル７２に機械的に接続され、クレードル７２はロール７Ａを支持し、地面に対するクレードルの位置は、アクチュエータ７３に関連付けられた測定装置により測定され、条片のセンタリングは、装置１７０及び既知の条片の幅により測定され、渦電流センサ１５Ａに対する条片の位置を特定することが可能である。したがって、測定の実行に用いられる各渦電流センサの位置は既知であるため、各測定の厳密な位置は、条片の幅に相対して既知である。

渦電流センサは、図６の断面図で拡大して示される２周波数差動センサである。

渦電流センサは測定ヘッド５０を含み、測定ヘッド５０は、測定すべき条片に面して配置されることを意図される第１のコイル５１と、第１のコイルと同一であり、第１のコイルに対向して位置決めされる第２のコイルと、を含み、これらの両コイルは、温度プローブ５３も含む伝熱樹脂からなるブロック５４内に含まれる。第２のコイル５２は、亜鉛が塗膜された層を含む鋼円盤からなる基準サンプル５５に面する。この組立体は、測定ヘッドがねじ込まれるヨーク５６により保持される。

この差動センサは、両コイルの温度を等化させる伝熱樹脂により、温度変化の影響をあまり受けないという利点を有する。このプローブは温度の影響を受けないため、サーミスタ等の補償手段を提供する必要はなく、又は熱による影響をあまり受けないが、常に満足のいく電気特性を有するわけではないという欠点を有する特殊な合金で巻線を作る必要がない。

図７では、梁１５２により支えられる較正手段１５４に接触する渦電流センサ１５Ａを支える梁部分１５０の正面が示される。各渦電流センサ１５Ａは、先に示されたように、当業者がいかなる問題もなく設計し得る保持手段５７により梁１５０に保持されたヨーク５６により支えられる測定ヘッド５０を含む。これらのセンサ５０は、ケーブル５８を通して制御・センサ測定ボックスに接続される。梁１５２により支えられる較正手段１５４は、測定が意図される種類の塗膜金属シートで切り抜かれたワッシャ１５４Ａを備える。このワッシャ１５４Ａは、渦電流センサ内部に位置決めされた基準サンプル５５と同一である。ワッシャ１５４Ａは、プラスチック材料のシムに接着して接合され、その厚さは、条片の表面と測定位置にあるセンサとの距離に等しい。シムに接着して接合されたワッシャは、空気圧アクチュエータ１５４Ｂにより支えられる較正サンプルを形成し、空気圧アクチュエータ１５４Ｂは、渦電流センサの表面と平らにできるようにする。較正ワッシャ１５４Ａは、センサを調整できるようにする。実際に、較正ワッシャがセンサに接触する場合、センサの両コイル５１及び５２が見るワッシャは同一であり、センサにより送られる信号が両ワッシャの固有性に対応するように、装置の設定を調整することが可能である。

図示の実施形態では、測定装置は、１ラインのみの渦電流センサを含む。しかし、測定密度を増大させるために、横断方向で、装置は、互いに平行するいくつかのラインのセンサを備え得、１ラインセンサは、１ラインのセンサがその他のラインの２つのセンサの間隔に面して配置されるように、別のラインのセンサに対して横方向にシフトされる。

記載の実施形態では、測定装置は、急冷タンク後に配置される。しかし、他の構成も可能である。特に、装置は、例えば、いわゆる「上部ロール」に面して、処理・冷却塔の上に配置し得る。この構成は、図示の構成ではより高速な、方法の生じ得るドリフトの検出に繋がるという利点を有する。しかし、条片の温度がまだかなり高く（１５０℃〜２００℃）、より大きな温度補償を必要とするという欠点を有する。

図８に、連続塗膜ラインに埋め込まれることが意図される渦電流センサを使用して、厚さを測定する設備の自動制御の構造を概略的に示す。この図では、渦電流センサは１５Ａとして記され、温度測定信号を温度レコーダ２００に送信し得る。渦電流センサ１５Ａは、渦電流を測定する制御ボックス１０Ｂに接続され、制御ボックス１０Ｂは、当分野でそれ自体が既知である、渦電流による測定の実行に必要なすべての電子装置を含む。ボックスは、条片の横方向ガイドロールにより駆動されるパルス生成器１６にも接続される。パルス生成器１６のパルスは、それ自体が当業者に既知の電子整形手段１６Ａにより整形される。渦電流センサの電子制御ボックス１０Ｂは、条片の溶接の検出器１２にも接続され、検出器１２により、条片の発端を検出することができ、したがって、条片に対して行われた測定の位置を特定する。渦電流センサの電子制御手段１０Ｂはコンピュータ１００に接続され、コンピュータ１００はそれ自体、塗膜設備のプロセスを制御するコンピュータ１９に接続されて、一方では、条片の幅、長さ、及び厚さについての情報、一方では、条片の標的塗膜厚及び条片を構成する鋼の性質についての情報を受信することができ、他方では、このコンピュータに厚さ測定の結果を送信して、塗膜の厚さのマッピングとして記憶することができる。厚さ測定方法を行うコンピュータ１００は、渦電流センサにより測定される機械的装置１５にそれ自体が接続されたオートマトン１０１にも接続されて、この設備を制御し、すなわち、センサの位置決めを制御して、測定を実行できるようにし、条片の幾何学的厚さ欠陥がオートマトン１０１に接続された検出手段１３により検出された場合、退避位置へのセンサの高速設定を作動させ、平衡サンプルの位置決め、特に、液圧アクチュエータの膨脹を制御して、センサの平衡を実行することができる。オートマトン１０１は、電子整形ボックス１４Ａを介して消磁手段１４にも接続される。

さらに、コンピュータ１００は複数の端末１００Ａ、１００Ｂ、及び１００Ｃに接続され、これらの端末により、コンピュータを制御するか、又はコンピュータの動作に固有の情報を送信するか、又は測定結果を表示することができる。特に、端末１００Ｂの部分である表示手段１８により、条片で測定される厚さのマッピングを表示することができる。この端末１００Ｂは、例えば、塗膜設備の制御キャビンに設置される。

一般に、当業者は、この種の設備の自動制御装置の構造の設計の仕方及び組み込み方について既知である。

今述べた装置により塗膜条片の塗膜層の厚さを測定する原理についてこれより説明し、次に、溶融塗膜設備でのその使用について説明する。

先に示したように、Ｘ蛍光測定は、塗膜層の厚さを正確に測定するという利点を有するが、実行が比較的遅いという欠点を有する。実際に、測定は測定ヘッドにより行われ、測定ヘッドは、条片の流れる方向に対して横方向に移動して、条片の全幅をカバーする。したがって、条片の幅にわたって完全な塗膜厚プロファイルを得るには、測定ヘッドが条片の全幅をカバーする必要がある。３０ｍ／分〜約１５０ｍ／分のこの種の塗膜設備での条片の流れる速度を考慮に入れるとともに、Ｘ蛍光測定ヘッドが移動し得る速度を考慮に入れて、条片の幅の完全なプロファイルは一般に、条片の約５０ｍ毎にしか得られない。当然、これらのプロファイルは、条片の軸に対して斜めの線に沿って測定され、この軸に対して小角をなす。

渦電流センサを使用する測定手段で得られるのは、相対的でしかない測定、すなわち、較正の必要がある塗膜層の厚さを表す数量である。他方、装置は、測定を非常に短い時間に行うことができるという利点を有する。

渦電流センサによる塗膜層の厚さ測定を実行するために、表皮の厚さが塗膜層の厚さよりもわずかに厚くなるように選択された約５００ｋＨｚの励起周波数で複素インピーダンスをどのように測定するかは既知である。しかし、そのような方法を用いる場合、センサと測定すべき層との距離が小さいとき、測定は、測定すべき層の厚さ及びセンサと測定すべき層との距離の変動の影響を非常に受けやすい。この距離が大きくなるほど、測定すべき層の厚さ及びセンサと測定すべき層との距離の変動の影響を受けにくくなる。したがって、センサと測定すべき層との距離の変動の影響をあまりに受けやすいため、又は測定すべき層の厚さ変動への感度が不十分であるため、測定の正確性は常に不十分である。

この欠点の改善策を見つけるために、本発明者等は、一方は、表皮効果厚が測定すべき塗膜層の厚さよりもわずかに大きく、塗膜された鋼条片の厚さよりも大幅に小さくなるような高周波数で行われ、他方は、表皮効果厚が塗膜された鋼条片の厚さに近くように選択された低周波数で行われる、２つの測定を使用することにより、センサと測定すべき層との距離の変動なしで行うことが可能なことを新たに確認した。この表皮効果厚が条片の厚さ未満のままであり、センサが支持ロールのうちの１つに直角に配置される場合、条片の支持ロールにあまり大きく干渉しないことが好ましい。３５ｇ／ｍ^２〜５００ｇ／ｍ^２に含まれる亜鉛層の「負荷」とも呼ばれる１ｍ^２当たりの亜鉛の重量に対応する、５μｍ〜７０μｍに含まれる厚さを有する亜鉛層が塗膜された０．４〜１．５ｍｍに含まれる厚さを有する表皮鋼条片では、高周波数は４００ｋＨｚ〜１，０００ｋＨｚに含まれ、好ましくは、５００ｋＨｚ〜９００ｋＨｚに含まれ、例えば、約７５０ｋＨｚに等しく、低周波数は４０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚに含まれ、好ましくは、５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚに含まれ、例えば、約６０ｋＨｚに等しい。

高周波数及び低周波数のそれぞれで、センサの複素インピーダンスの虚部Ｉ_ｅ及びＩ_ｂのそれぞれが既知の方法で測定され、実数部Ｒ_ｅ及びＲ_ｂのそれぞれが、測定すべき条片が存在する状態で測定される。

本発明によれば、次に、補償された複素インピーダンスの法Ｍが、高周波数及び低周波数でのインピーダンスから測定される。
Ｍ＝［（Ｒ_ｂ−ａＲ_ｅ＋ｂＩ_ｅ）^２＋（Ｉ_ｂ−ａＩ_ｅ−ｂＲ_ｅ）^２］^１／２

次に、測定された亜鉛の厚さが計算される。
Ｅｐ_ｚｉｎｃ＝ｍ_２×Ｍ^２＋ｍ_１×Ｍ＋ｍ_０

係数ｍ_２、ｍ_１、及びｍ_０は、塗膜の性質及び基板（条片を構成する鋼）の性質に依存する較正係数である。これらの係数は、当業者にとって実行の仕方が既知の予備テストにより決定される。

係数ａ及びｂは、以下の式に従って塗膜層Ｅｐ_ｚｉｎｃの厚さに依存する。
ａ＝ａ_１×Ｅｐｚ＋ａ_０
ｂ＝ｂ_２×Ｅｐｚ^２＋ｂ_１×Ｅｐｚ＋ｂ_０

係数ａ_０、ａ_１、ｂ_０、ｂ_１、ｂ_２は、当業者にとって実行の仕方が既知の予備テストにより決定される較正係数である。

係数ａ及びｂは亜鉛の厚さに依存し、厳密な亜鉛の厚さを計算するために、反復に進む。このために、例えば、予期される厚さに対応する理論的な亜鉛の厚さＥｐｚｔｈが設定され、対応する係数ａ及びｂ、そして第１の推定亜鉛厚Ｅｐｚｅが計算される。この推定により、係数ａ及びｂは再計算され、亜鉛の厚さのより良好な推定が得られる。

追加の反復の実行が可能であるが、本発明者等は、１回の反復で、十分な正確性を得るのに十分であることに気付いた。

方法について、単一の渦電流センサを用いて行われる測定の場合に関して今説明した。

差動センサが使用される場合、励起周波数毎に、条片に面するコイル及び標準サンプルに面するコイルの複素インピーダンスが測定される。次に、これらの２つの複素インピーダンスの成分の差が計算され、それにより、２つの数量が与えられ、一方は実数成分に対応し、他方は虚数成分に対応する。これらの両数量から、それ自体が既知の方法で、塗膜層の厚さ測定が意図される条片の塗膜層の厚さを表す数量を計算することが可能である。塗膜層の厳密な厚さを特定するために、次に、一方ではゼロＥo、他方では利得Ｇであり得る較正値を使用する必要がある。この場合、Ｍがセンサにより提供される測定から特定される数量である場合、塗膜層の実際の厚さは、Ｅ＝Ｅo＋Ｇ×Ｍとして書かれる。単一の渦電流センサを用いて行われた測定を利用する上述した方法を適合可能なことも好ましい。当業者にとっては、この適合を行う仕方は既知である。

すべての場合で、較正値は、渦電流センサを用いて行われた測定及び同じ場所で、Ｘ蛍光測定手段又は塗膜層の厚さの絶対測定を行い得る任意の他の手段を用いて行われた測定を使用することにより決定し得る。特に、条片を構成する鋼の性質についての異なるパラメータに依存するこれらの較正値は、塗膜された条片の特徴と較正値との対応表に記録し得る。逆に、条片の特徴が既知の場合、適した較正値を探すことが可能であり、したがって、塗膜層の実際の厚さを、渦電流センサを用いて行われた測定から特定し得る。

複素インピーダンスの測定は、センサと条片との距離の変動の影響を受けないままであるが、亜鉛の厚さに対する感度を有したままである有用な信号を生成可能であるという利点を有する。したがって、本発明による方法を用いる場合、条片から１５ｍｍ未満、又はさらには１０ｍｍ未満、例えば８ｍｍのオーダのところに位置決めされたセンサを使用することにより、±２ｇ／ｍ^２、さらには±１．８ｇ／ｍ^２以内で亜鉛層の厚さを推定することが可能である。これらの測定は、両面で少なくとも最高で４００ｇ／ｍ^２の範囲の塗膜層に対して行い得る。厚さがかなり大きな層に対して実行することもできる。

渦電流センサは、インピーダンスの測定が非常に短いパルスを送信することにより行われ、それにより、センサ毎に、測定の実行に必要な時間が、低励起周波数及び高励起周波数で１０００分の１秒未満であるため、非常に高速な測定を行うことができるという利点を有する。

条片の全長にわたって測定を得るには、測定命令を各センサに順次送信して、条片の幅にわたって延びるすべてのセンサで測定を得ることにより進めることが可能である。センサ毎の測定時間を考慮に入れて、このようにして進めることにより、約２．５ミリ秒以内で条片の全幅をスキャンすることが可能である。したがって、例えば、１５０ｍ／分の速度で流れる条片で５ミリ秒毎に条片のスキャンを実行し、全幅にわたる測定を条片の１２．５ｍｍ毎に行うことが可能である。

渦電流センサのこの順次制御は、２つの隣接するセンサ間の干渉を回避するという利点を有する。

条片の測定を実行するために、１６個のセンサでの繰り返し周波数が、例えば、２５０Ｈｚであるような時間で、完全なスキャンを一連のセンサから実行し得る。長さに沿って一定の距離に分布した条片にわたる一連の測定を得るために、測定は、条片の速度に依存する周波数でサンプリングされる。例えば、条片が１５０ｍ／分で流れる場合、サンプリング周波数は２００Ｈｚであり、条片が１５ｍ／分で流れる場合にはわずか２０Ｈｚである。両事例で、２つの測定ラインの間隔は１２．５ｍｍである。

渦電流を用いて行われる測定及び条片の塗膜層の厚さを測定するＸ蛍光を用いて行われる測定の高速性のこれらの違いを考慮に入れて、図３に概略的に示されるように続けられる。このために、Ｘ蛍光プローブにより、条片の幅及び長さにわたって分布する複数の記された点Ｐｌ、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４について、厚さ測定Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、及びＸ４が実行され、これらの測定の位置が、溶接１Ａ及び条片の幅に対する横方向位置に対して、条片の長さに沿って記録される。これらの位置を特定するために、溶接検出器１２が使用され、条片ガイドロールにより駆動されるパルス生成器１６並びに地面に対する条片の位置及び測定ヘッドの位置の検出器が使用される。

当業者にとって、各測定点からのこれらの異なる信号の使用の仕方は既知である。

同時に、渦電流センサを有する装置により、条片の表面全体にわたって位置決めされた複数の点Ｆ_ｌ，Ｌで測定が行われ、点の座標Ｌは溶接１Ａに相対して記録され、条片の縁部に相対する座標Ｌが記録され、座標を用いて、亜鉛塗膜層の厚さを表す数量のマッピングを得ることが可能である。

Ｘ蛍光プローブにより測定された厚さＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４と、図３に示されるように、対応する点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で渦電流センサにより測定された数量Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４とを次に比較する。この図では、幅にわたって分布した４つの測定点が示される。これは単なる概略図であり、必要に応じてより多数又は少数であり得ることを当業者は理解しよう。これらの測定から、較正値が決定され、次に、較正値を使用して、渦電流プローブにより行われた厚さの代表的な数量の測定を塗膜層の実際の厚さ値に変換することができる。それにより、塗膜層の厚さ測定の密度マッピングが得られる。測定から較正値を決定する方法は、当業者に既知である。特定の場合、ゼロＥoである１つの較正が十分であり得ることに留意する。

塗膜層の厚さの密度マッピングは記憶され、細かい品質制御に進むために使用され、塗膜プロセスの異常を検出するためにも使用し得る。渦電流を用いて行われる測定の密度により、渦電流によるこれらの測定が５／１０００秒毎に行われる場合、これは２００Ｈｚのサンプリング周波数に対応し、連続塗膜ラインの高速現象の検出が可能であるため、高速で展開する異常を検出することが可能である。この情報は、塗膜設備の制御キャビンに表示してもよく、又はコンピュータに返信して、この情報を利用して塗膜設備を制御するプロセスを行ってもよい。塗膜プロセスで異常をリアルタイムで検出するこれらの測定の使用は、異常に対する改善策を見つけられるようにし、測定が可能な限り塗膜タンクの近傍で行われるため、はるかに効率的であることに留意されたい。

先に示したように、較正値は、対応表内で探すこともできる。このように進むことにより、これは、Ｘ蛍光プローブにより行われた測定と、較正値が既知の渦電流センサを用いて行われた測定とを比較することにより、Ｘ蛍光プローブの適宜動作を監視できるという利点を有する。実際に、往々にして、そのようなプローブは動作問題を有し、Ｘ蛍光プローブを用いて行われた測定と、渦電流センサを用いて行われた測定とを照合することにより、そのような異常をより素早く検出することが可能である。

対応表は、異なる特徴、特に、異なる鋼等級、条片の厚さ、塗膜負荷の条片のリールに対して行われた測定を使用することにより、構成し、又は増やすことができる。

これらの条片毎に、渦電流による完全なマッピング並びに複数のＸ蛍光測定が記録され、複数の連続した横断プロファイルを確立することができ、測定の位置は条片の長さに沿って特定される。したがって、例として、１０〜３０の横断プロファイルを記録することが可能である。

これらのプロファイルから、２つの連続したプロファイルの対応する点間のずれの和が、事前に設定される閾値未満である、いくつかの連続したプロファイルのいわゆる安定エリアが選択される。このエリアは、例えば、６又は８の連続したプロファイルを含む。当然、当業者は記録される横断プロファイルの数及び「安定」エリアの横断プロファイルの数を特定の状況に応じて調整し得る。

「安定」エリア内のＸ蛍光により測定された横断プロファイルから、このエリアでの「Ｘ蛍光」横断プロファイルが特定される。

渦電流を用いた測定から、平均「渦電流」プロファイルが、平均「Ｘ蛍光」プロファイルに定義された「安定」エリア内で特定される。

次に、例えば、最小二乗法を使用することにより、較正ラインの係数Ｅ及びＧが決定され、該当する条片の種類（特に、鋼等級、任意選択的に条片の厚さ）の識別パラメータに関連付けることにより対応表に記録される。

較正係数のこの決定は、オフラインで達成される。同じ鋼からなるが、異なる負荷（又は厚さ）の塗膜を有するいくつかの条片に対して行った測定を使用することにより実行してもよい。

特定の条片のマッピングを生成するに当たり、いわゆる「リアルタイム」較正を実行することも可能である。このために、渦電流による測定が徐々に記録されるにつれて、塗膜の厚さ（又は負荷）が、対応表に記録された適した較正係数を使用することにより計算される。

「Ｘ蛍光」プロファイルも先のように記録される。有効な連続プロファイル、すなわち、閾値未満の２つの連続プロファイルのずれの和に対応する連続プロファイルが探される。そのようなプロファイルが検出されるとすぐに、平均「Ｘ蛍光」負荷が計算され、上で示されるように得られた値から計算される対応する平均「渦電流」負荷と比較される。

次に、両平均負荷が比較され、平均「渦電流」負荷が平均「Ｘ蛍光」負荷に等しくなるように、係数Ｅo（「ゼロ」）が調整される。

この「リアルタイム」較正は、すべての監視条片に対して実行し得る。

流れる条片の塗膜層の厚さを測定する方法について、鋼シート上に亜鉛又は亜鉛合金を有する塗膜層の厚さを測定することに関して説明した。この方法は、好ましくは５ｍ／分〜２００ｍ／分に含まれる速度で塗膜設備内を流れる条片の塗膜層の測定に特に適する。しかし、この用途でのこの方法及び装置は、塗膜層及び基板が渦電流センサに面して反応し得る他の種類の塗膜、例えば、鋼シート上のアルミニウム合金塗膜、鋼シート上若しくはより一般的には塗膜条片上の錫塗膜に使用し得る。当業者は、そのような種類の設備に対する可能な適用分野を決定することができる。

最後に、今行った説明では、塗膜ラインは、塗膜層の厚さを条片の片面で測定し得る測定装置のみを含む。しかし、何の問題もなく、条片の各面に１つずつ、２つの測定装置を実施することが可能である。

最後に、塗膜ラインでの装置の実施を説明したが、任意の他の実施を意図することもできる。

Claims (19)

1. 渦電流を用いるセンサにより、条片の少なくとも１つのエリアで、塗膜層の厚さを表す数量が測定され、このエリアの前記塗膜層の厚さは、測定された前記数量と少なくとも１つの較正値から決定される、流れる条片の塗膜材料層の厚さを測定する方法において、渦電流センサを用いて行われる前記測定が、低励起周波数及び高励起周波数で前記流れる条片に面するコイルの複素インピーダンスの測定と、前記複素インピーダンス測定からの前記塗膜層の厚さを表す数量の生成とを含むことを特徴とする、方法。
2. 前記低励起周波数が、４０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚに含まれ、前記高励起周波数が４００ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚに含まれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも１つの較正値が、渦電流センサを用いる測定が実行されるエリアの少なくとも１つの点で前記層の厚さ測定を実行することにより決定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記厚さ測定がＸ蛍光厚さゲージを用いて行われることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 渦電流センサを用いて行われる前記測定が、基準サンプルに面するコイルの低励起周波数及び高励起周波数での前記複素インピーダンスの測定をさらに含み、前記塗膜層の厚さを表す数量が、前記条片に面する前記コイルの前記複素インピーダンスと、前記基準サンプルに面する前記コイルの前記複素インピーダンスとの差から決定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記条片が金属条片であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記金属条片が鋼であり、前記塗膜が、例えば、亜鉛又は亜鉛合金からなる金属塗膜であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 渦電流センサを用いる測定を実行する前に、前記条片が消磁されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
9. 渦電流センサを用いる前記測定を実行するために、前記条片の表面に略平行し、且つ前記条片の流れる方向を横断して延びる少なくとも１つのラインに沿って配置された複数の渦電流センサが使用され、前記センサが順次励起して、前記条片の幅にわたって分布する一連の測定を得ることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記条片の幅にわたって分布する複数の前記一連の測定が、例えば、前記条片に接触するロールにより駆動されるパルス生成器により生成される信号のような、前記条片の縦方向変位信号から、前記一連の測定のそれぞれを作動させるタイミングをとることにより実行されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つのラインの渦電流センサに対する前記条片の横方向位置が検出され、前記少なくとも１つのラインの渦電流センサに対する前記条片の横方向位置及び前記ラインのプローブ内の各センサの位置により、前記条片の厚さに対する各測定エリアの位置が決定されることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
12. ２つの連続する条片間の溶接のような条片の発端が検出され、次に、前記条片の変位が連続して検出され、測定毎に、前記測定点と前記条片の発端を隔てる条片の長さが決定されて、前記条片の長さに対する前記測定エリアの位置が決定されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記条片の長さと幅に対する前記測定エリアの位置が、前記条片にわたる塗膜厚のマッピングを生成するために記録されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記条片が、溶融亜鉛めっき設備のような連続塗膜設備内を流れ、前記マッピングの少なくとも一部分が、閲覧手段を用いて前記塗膜設備の制御キャビン内でリアルタイムで表示され、及び／又は前記マッピングの少なくとも一部分が、前記塗膜設備の自動制御装置にリアルタイムで送信されて、前記制御装置が、前記塗膜設備の設定調整値を生成し、及び／又は前記マッピングが、品質制御目的でコンピュータ手段に記録されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 流れる条片（１）の塗膜層の厚さを連続測定する装置（９）において、支持梁（１５０）に少なくとも１つのラインで配置された複数の渦電流センサ（１５Ａ）と、前記条片の進行を辿る少なくとも１つの手段（１２、１６）に接続された前記渦電流センサを制御する装置（１０Ｂ）と、前記複数の渦電流センサ及びＸ蛍光厚さゲージ（１１）に対する前記条片（１）の横方向位置を検出する手段（１７）に特に接続された自動制御手段（１０１）と、前記センサを制御する前記装置及び前記自動制御手段に接続された、測定を制御し管理するコンピュータ手段（１００）と、を備えることを特徴とする、装置。
16. 前記渦電流センサ（１５Ａ）が差動型且つ２周波数型であることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. 前記渦電流センサのための前記支持梁（１５０）が、サービス位置（１６０）と退避位置（１６１）との間で移動可能に取り付けられ、前記装置が、前記自動制御手段（１０１）により前記梁を前記サービス位置と前記退避位置との間で変位させる手段を備え、前記自動制御手段（１０１）が、前記条片の幾何学的厚さ欠陥を検出する手段（１３）にも接続され、前記条片の幾何学的厚さ欠陥を検出した場合、前記自動制御手段（１０１）及び前記梁を変位させる前記手段が、前記渦電流センサ（１５Ａ）を前記退避位置（１６１）に向けて高速で変位させるように構成されることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の装置。
18. 塗膜装置と、塗膜後に条片を排出して処理するラインとを備え、流れる条片を連続塗膜する設備において、前記条片の排出・処理ラインに配置された請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の装置（９）を備えて、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法を適用することを特徴とする、設備。
19. 連続溶融亜鉛めっき設備のような金属又は金属合金で金属条片を溶融塗膜する設備であることを特徴とする、請求項１８に記載の条片を連続塗膜する設備。

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