JP2019128278A - 走査型厚さ測定装置及び方法 - Google Patents

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優樹 川島
Yuki Kawashima
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【課題】走査型厚さ測定装置において、分解能を向上しつつ、測定精度を向上させる。【解決手段】実施形態の走査型厚さ測定装置は、測定対象物に放射線ビームを照射する放射線源と、測定対象物を介して放射線源に対向配置され、測定対象物を透過した放射線量を検出する複数の放射線検出器と、複数の放射線検出器が検出した放射線量に基づいて、走査測定時には複数の放射線検出器のそれぞれが検出した放射線量に基づいて測定対象物の厚さをそれぞれ算出し、所定の定点位置測定時には複数の放射線検出器の検出した放射線量の平均値に基づいて測定対象物の厚さを算出する算出部と、放射線源及び複数の放射線検出器を支持し、所定の走査方向に移動可能な筐体と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、走査型厚さ測定装置及び方法に関する。
従来、鋼板の圧延工程では、圧延された鋼板に放射線を照射し、鋼板を透過後の放射線の減衰量から厚さを測定する厚さ測定装置が使用されている(例えば、特許文献1参照)。
従来の厚さ測定装置においては、測定位置が固定の固定型厚さ測定装置と、測定位置を操作する走査型厚さ測定装置が知られている。
これらのうち、走査型厚さ測定装置としての走査型X線厚さ測定装置は、X線発生器からX線ビームを照射した状態で、検出部台車を板幅方向に駆動させる。測定対象となる鋼板とX線ビームが重なる位置になるまで検出部台車が駆動すると、X線ビームが鋼板の端部分(板エッジ)を透過し検出器の検出線量が低下するため、板エッジ(板端面)を検出することができる。
そして、板エッジを検出した後は、鋼板を透過後の放射線の減衰量から厚さを測定することとなっていた。
特開2007−196261号公報 特開2017−106837号公報 特開2002−228431号公報 特開平6−213627号公報
ところで、検出器に入射するX線ビーム量が多い方が実効的なノイズは少なくなるため、測定誤差を小さくできる。
しかし、走査型X線厚さ測定装置は、板幅方向の測定範囲を限定し分解能を向上するため、検出器側にスリットを取り付け入射ビームの幅を絞っていた。
従って、スリットを設けない場合と比較してSN比が悪化し、分解能を上げようとすると、実効的にノイズが増大し、測定誤差が大きくなる虞があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、走査型X線厚さ測定装置において、分解能を向上しつつ、測定精度を向上させることが可能な走査型厚さ測定装置及び方法を提供することを目的としている。
実施形態の走査型厚さ測定装置は、測定対象物に放射線ビームを照射する放射線源と、測定対象物を介して放射線源に対向配置され、測定対象物を透過した放射線量を検出する複数の放射線検出器と、複数の放射線検出器が検出した放射線量に基づいて、走査測定時には複数の放射線検出器のそれぞれが検出した放射線量に基づいて測定対象物の厚さをそれぞれ算出し、所定の定点位置測定時には複数の放射線検出器の検出した放射線量の平均値に基づいて測定対象物の厚さを算出する算出部と、放射線源及び複数の放射線検出器を支持し、所定の走査方向に移動可能な筐体と、を備える。
図1は、実施形態の走査型厚さ測定装置の説明図である。 図2は、放射線検出器ユニットの説明図である。 図3は、走査型厚さ測定装置の動作説明図である。 図4は、第1実施形態の制御算出装置の処理フローチャートである。 図5は、第2実施形態の制御算出装置の処理フローチャートである。 図6は、第3実施形態の制御算出装置の処理フローチャートである。
次に図面を参照して好適な実施形態について説明する。
図1は、実施形態の走査型厚さ測定装置の説明図である。
走査型厚さ測定装置10は、正面視U字形状であり図示しない駆動装置によって走査方向SCに沿って移動可能に構成された筐体11と、筐体11の下部に収納され、測定対象物である鋼板12に放射線ビームとしてX線ビーム13を照射するX線源であるX線発生器14と、鋼板12を介してX線発生器14と対向配置され、鋼板12を透過したX線量を検出する複数(図1では、5本)の放射線検出器15−1〜15−5を備えた放射線検出器ユニット16と、放射線検出器ユニット16の放射線検出器15−1〜15−5から出力された放射線量検出信号に基づいて鋼板12の所定箇所の厚さを算出するとともに、筐体11の走査時の駆動制御を行う制御算出装置17と、を備えている。
図2は、放射線検出器ユニットの説明図である。
図2(a)は、放射線検出器ユニット16の平面図であり、図2(b)は、放射線検出器ユニット16の正面図である。
図2の例においては、放射線検出器ユニット16は、5本の円筒形状を有する放射線検出器15−1〜15−5を備えている。
図2(a)に示すように、5本の放射線検出器15−1〜15−5は、平面視した場合に走査方向SCに沿って千鳥足状に配置されている。
これは、各放射線検出器15−1〜15−5の測定位置Pのピッチを各放射線検出器15−1〜15−5を直線状に並べて配置する場合より詰めて、走査方向SCにおける分解能を向上するためである。このような構成を採ることにより、例えば、走査方向SCにおいて、分解能を約1mmとして厚さを測定することが可能となる。
[1]第1実施形態
次に第1実施形態の動作を説明する。
図3は、厚さ測定装置の動作説明図である。
図4は、第1実施形態の制御算出装置の処理フローチャートである。
図3においては、鋼板12の幅方向(短辺方向)の中心部の厚さを測定する場合を例として、放射線検出器の個数n=5の場合、すなわち、放射線検出器15−1〜15−5を備えている場合について説明する。
まず、制御算出装置17は、X線発生器14を制御してX線ビーム13を発生させ、鋼板12に照射させ、筐体11を走査方向SCに駆動しつつ、放射線検出器ユニット16を構成している放射線検出器15−1〜15−5にX線検出を行わせる(ステップS11)。
この場合において、制御算出装置17においては、X線発生器14と放射線検出器15−1〜15−5との間に鋼板12が存在しない場合における入射したX線量に応じた放射線(X線)量検出信号DS1〜DS5が既に入力済み(キャリブレーション済)となっているものとする。
これにより放射線検出器15−1〜15−5は、入射したX線量に応じた放射線(X線)量検出信号DS1〜DS5を制御算出装置17に出力する。
制御算出装置17は、入力された放射線量検出信号DS1〜DS5に基づいて、各放射線検出器15−1〜15−5についてX線減衰量を算出し、予め記憶しておいたX線減衰量−鋼板厚さテーブルを参照して、鋼板12の厚さ(いわゆる板厚)を計算する(ステップS12)。
続いて制御算出装置17は、現在の算出設定が所定の定点位置(例えば、鋼板12の中心位置)の厚さを検出する定点検出であるか否かを判別する(ステップS13)。
ステップS13の判別において、制御算出装置17は、現在の算出設定が定点検出である場合には(ステップS13;Yes)、放射線量検出信号DS1〜DS5に基づいて算出した5つの板厚算出値の平均値を板厚として算出し(ステップS14)、算出した板厚(平均値)を板厚データ、表示データあるいはプリントデータとして出力する板厚出力処理を行って(ステップS15)、処理を終了する。
一方、ステップS13の判別において、制御算出装置17は、現在の算出設定が定点検出ではない場合には(ステップS13;No)、放射線量検出信号DS1〜DS5に基づいて算出した5つの板厚算出値をそのまま板厚データ、表示データあるいはプリントデータとして出力する板厚出力処理を行って(ステップS15)、処理を終了する。
以上の説明のように、第1実施形態によれば、走査型厚さ測定装置において、X線ビーム内に複数の放射線検出器を配置して測定を行っているので、分解能を向上しつつ、各放射線検出器に入射されるX線量をスリットなどにより制限する必要がなく、所定のSN比を確保でき、測定精度を向上させることができる。
[2]第2実施形態
次に第2実施形態について説明する。
本第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、定点測定を行い板厚算出値の平均値を算出する場合に、各放射線検出器の測定結果が異常であるか否かを判定し、異常と判定された放射線検出器の測定結果(板厚算出値)を除外して板厚算出値の平均値を求めることで、測定精度を向上している点である。
図5は、第2実施形態の制御算出装置の処理フローチャートである。
まず、制御算出装置17は、X線発生器14を制御してX線ビーム13を発生させ、鋼板12に照射させ、筐体11を走査方向SCに駆動しつつ、放射線検出器ユニット16を構成している放射線検出器15−1〜15−5にX線検出を行わせる(ステップS21)。
この場合において、制御算出装置17においては、X線発生器14と放射線検出器15−1〜15−5との間に鋼板12が存在しない場合における入射したX線量に応じた放射線(X線)量検出信号DS1〜DS5が既に入力済み(キャリブレーション済)となっているものとする。
これにより放射線検出器15−1〜15−5は、入射したX線量に応じた放射線(X線)量検出信号DS1〜DS5を制御算出装置17に出力する。
制御算出装置17は、入力された放射線量検出信号DS1〜DS5に基づいて、各放射線検出器15−1〜15−5についてX線減衰量を算出し、予め記憶しておいたX線減衰量−鋼板厚さテーブルを参照して、鋼板12の厚さ(いわゆる板厚)を計算する(ステップS22)。
続いて制御算出装置17は、現在の算出設定が所定の定点位置(例えば、鋼板12の中心位置)の厚さを検出する定点検出であるか否かを判別する(ステップS23)。
ステップS23の判別において、制御算出装置17は、現在の算出設定が定点検出である場合には(ステップS23;Yes)、放射線検出器の異常検出に用いるカウンタcの値を初期値である1とする(ステップS24)。
図5において、理解の容易のため、放射線検出器15−1を第1検出器、放射線検出器15−2を第2検出器、放射線検出器15−3を第3検出器、放射線検出器15−4を第4検出器、放射線検出器15−5を第5検出器と呼ぶものとし、放射線検出器の台数n=5であるものとする。
続いて制御算出装置17は、第c検出器(1回目においては、第1検出器である放射線検出器15−1)の板厚検出結果以外の第2検出器〜第5検出器である放射線検出器15−2〜放射線検出器15−5の板厚検出結果の平均値を計算する(ステップS25)。
次に制御算出装置17は、第c検出器(1回目においては、第1検出器である放射線検出器15−1)に対応する板厚検出結果が他の(正常とみなされる)放射線検出器15−2〜15−5の板厚検出結果の平均値の±0.2%以内であるか否かを判別する(ステップS26)。
この場合において、±0.2%の値は、X線発生器14の正常なX線発生量の変動誤差を大きく超える値として設定されている。
ステップS26の判別において、第c検出器に対応する板厚検出結果が他の(正常とみなされる)放射線検出器の板厚検出結果の平均値の±0.2%以内である場合には(ステップS26;Yes)、当該第c検出器は正常であると判定できるので、処理をステップS28に移行する。
ステップS26の判別において、第c検出器に対応する板厚検出結果が他の(正常とみなされる)放射線検出器の板厚検出結果の平均値の±0.2%を超える場合には(ステップS26;No)、当該第c検出器は異常であると判定する(ステップS27)。
続いて制御算出装置17は、カウンタcの値に1を加え(ステップS28)、カウンタcの値が、放射線検出器の台数n(本第2実施形態ではn=5)を超えているか否かを判別する(ステップS29)。
この場合には、c=2であり、c<nであるので(ステップS29;No)、制御算出装置17は、処理を再びステップS25に移行し、今度は第2検出器である放射線検出器15−2ついて同様の処理(ステップS25〜ステップS29)を行う。
さらに制御算出装置17は、第3検出器(放射線検出器15−3)〜第5検出器(放射線検出器15−5)についても同様の処理(ステップS25〜ステップS29)を行う。
そして、第5検出器(=第n検出器)の処理のステップS29の判別においては、c=6となるのでステップS29の判別において、c>nとなり(ステップS29;Yes)、制御算出装置17は、処理をステップS30に移行する。
そして、制御算出装置17は、ステップS27において、異常と判定した放射線検出器の板厚検出結果のみに基づいて板厚算出値の平均値を板厚として算出し(ステップS30)、算出した板厚(平均値)を板厚データ、表示データあるいはプリントデータとして出力する板厚出力処理を行って(ステップS31)、処理を終了する。
一方、ステップS23の判別において、制御算出装置17は、現在の算出設定が定点検出ではない場合には(ステップS23;No)、放射線量検出信号DS1〜DS5に基づいて算出した5つの板厚算出値をそのまま板厚データ、表示データあるいはプリントデータとして出力する板厚出力処理を行って(ステップS31)、処理を終了する。
以上の説明のように、第2実施形態によれば、走査型厚さ測定装置において、第1実施形態の効果に加えて、他の放射線検出器の検出結果と比較して、異常と判断できる放射線検出器の検出結果を定点測定に用いることはないので、より測定精度及び信頼性を向上することが可能となる。
[3]第3実施形態
次に第3実施形態について説明する。
本第3実施形態が上記各実施形態と異なる点は、測定対象物である鋼板の実効的に同一の検出対象位置を同一の放射線検出器あるいは異なる放射線を複数回測定した場合に、複数回の測定結果を平均することにより、より測定精度を高める点である。
図6は、第3実施形態の制御算出装置の処理フローチャートである。
この場合において、測定対象物である鋼板12は、走査方向と交差する方向に搬送されており、制御算出装置17には、予め鋼板12の搬送速度が入力されており、制御算出装置17は、入力された搬送速度に基づいて、鋼板12上における放射線検出器15−1〜15−5の検出対象位置(鋼板12を長方形状とみなした場合の短辺方向位置及び長辺方向位置)を算出して検出できるようにされているものとする。
まず、制御算出装置17は、X線発生器14を制御してX線ビーム13を発生させ、鋼板12に照射させ、筐体11を走査方向SCに駆動しつつ、放射線検出器ユニット16を構成している放射線検出器15−1〜15−5にX線検出を行わせる(ステップS41)。
この場合において、制御算出装置17においては、X線発生器14と放射線検出器15−1〜15−5との間に鋼板12が存在しない場合における入射したX線量に応じた放射線(X線)量検出信号DS1〜DS5が既に入力済み(キャリブレーション済)となっているものとする。
これにより放射線検出器15−1〜15−5は、入射したX線量に応じた放射線(X線)量検出信号DS1〜DS5を制御算出装置17に出力する。
制御算出装置17は、入力された放射線量検出信号DS1〜DS5に基づいて、各放射線検出器15−1〜15−5についてX線減衰量を算出し、予め記憶しておいたX線減衰量−鋼板厚さテーブルを参照して、鋼板12の厚さ(いわゆる板厚)を計算し、検出タイミング及び鋼板12の搬送速度に基づいて鋼板12上における放射線検出器15−1〜15−5のそれぞれの検出対象位置を算出して検出し、板厚と検出対象位置とを対応づけた板厚保持テーブルTBに保持する(ステップS42)。
ここで、板厚保持テーブルTBは、例えば、制御算出装置17が備える図示しないハードディスク、SSD等の外部記憶装置上に構成される。
続いて制御算出装置17は、現在の算出設定が所定の定点位置(例えば、鋼板12の中心位置)の厚さを検出する定点検出であるか否かを判別する(ステップS43)。
ステップS43の判別において、制御算出装置17は、現在の算出設定が定点検出である場合には(ステップS43;Yes)、板厚保持テーブルTBを参照し、最も初めに板厚を検出した測定対象位置を抽出する(ステップS44)。
次に制御算出装置17は、放射線検出器を特定するためのカウンタcの値を初期値である1とする(ステップS45)。
図6においても、理解の容易のため、放射線検出器15−1を第1検出器、放射線検出器15−2を第2検出器、放射線検出器15−3を第3検出器、放射線検出器15−4を第4検出器、放射線検出器15−5を第5検出器と呼ぶものとし、放射線検出器の台数n=5であるものとする。
続いて制御算出装置17は、第c検出器(1回目においては、第1検出器である放射線検出器15−1)について、抽出した測定対象位置に対応する板厚値の測定値があるか否かを判別する(ステップS46)。
ステップS46の判別において、第c検出器に対応する板厚値の測定値(=板厚検出結果)がある場合には(ステップS46;Yes)、制御算出装置17は、板厚保持テーブルTBから当該板厚値の測定値(=当該板厚検出結果)を抽出し、平均値算出のために記憶しておき(ステップS47)、処理をステップS48に移行する。
ステップS46の判別において、第c検出器に対応する板厚値の測定値(=板厚検出結果)が無い場合には、(ステップS46;No)、制御算出装置17は、カウンタcの値に1を加え(ステップS48)、カウンタcの値が、放射線検出器の台数n(本第3実施形態ではn=5)を超えているか否かを判別する(ステップS49)。
この場合には、c=2であり、c<nであるので(ステップS49;No)、制御算出装置17は、処理を再びステップS46に移行し、今度は第2検出器である放射線検出器15−2ついて同様の処理(ステップS46〜ステップS49)を行う。
さらに制御算出装置17は、第3検出器(放射線検出器15−3)〜第5検出器(放射線検出器15−5)についても同様の処理(ステップS46〜ステップS49)を行う。
そして、第5検出器(=第n検出器)の処理のステップS49の判別においては、c=6となるのでステップS49の判別において、c>nとなり(ステップS49;Yes)、制御算出装置17は、処理をステップS50に移行する。
そして、制御算出装置17は、ステップS47において、測定済みの放射線検出器の板厚検出結果のみに基づいて板厚算出値の平均値を板厚として算出し(ステップS50)、算出した板厚(平均値)を板厚データ、表示データあるいはプリントデータとして出力する板厚出力処理を行って(ステップS51)、処理を終了する。
一方、ステップS43の判別において、制御算出装置17は、現在の算出設定が定点検出ではない場合には(ステップS43;No)、放射線量検出信号DS1〜DS5に基づいて算出した5つの板厚算出値をそのまま厚データ、表示データあるいはプリントデータとして出力する板厚出力処理を行って(ステップS51)、処理を終了する。
以上の説明のように、第3実施形態によれば、走査型厚さ測定装置において、第1実施形態の効果に加えて、同一の検出対象位置について複数の検出結果が得られた場合には、それらの平均値を最終の検出結果とするので、より測定精度及び信頼性を向上することが可能となる。
本実施形態の制御算出装置17は、CPUなどの制御装置と、ROM(Read Only Memory)やRAMなどの記憶装置と、HDD、CDドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
本実施形態の厚さ測定装置(制御算出装置17)で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、USBメモリ等の半導体記憶装置、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
また、本実施形態の厚さ測定装置(制御算出装置17)で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の厚さ測定装置(制御算出装置17)で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
また、本実施形態の厚さ測定装置(制御算出装置17)のプログラムを、ROM等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10 走査型厚さ測定装置
11 筐体
12 鋼板
13 X線ビーム
14 X線発生器
15−1〜15−5 放射線検出器
16 放射線検出器ユニット
17 制御算出装置
c カウンタ
DS1〜DS5 放射線量検出信号
P 測定位置
SC 走査方向
TB 板厚保持テーブル

Claims (7)

  1. 測定対象物に放射線ビームを照射する放射線源と、
    前記測定対象物を介して前記放射線源に対向配置され、前記測定対象物を透過した放射線量を検出する複数の放射線検出器と、
    前記複数の放射線検出器が検出した放射線量に基づいて、走査測定時には前記複数の放射線検出器のそれぞれが検出した放射線量に基づいて前記測定対象物の厚さをそれぞれ算出し、所定の定点位置測定時には前記複数の放射線検出器の検出した放射線量の平均値に基づいて前記測定対象物の厚さを算出する算出部と、
    前記放射線源及び前記複数の放射線検出器を支持し、所定の走査方向に移動可能な筐体と、
    を備えた走査型厚さ測定装置。
  2. 前記算出部は、前記複数の放射線検出器のうち、いずれか一の放射線検出器の検出した放射線量に基づいて算出した前記測定対象物の厚さが、前記一の放射線検出器以外の放射線検出器であって正常と判定された放射線検出器の検出した放射線量の平均値に対応する板厚に対し、±0.2%以上の差がある場合には、当該一の放射線検出器の検出した放射線量を異常であるとして平均値算出から除外する、
    請求項1記載の走査型厚さ測定装置。
  3. 前記測定対象物は、前記走査方向と交差する方向に搬送されており、
    前記算出部は、入力された前記測定対象物の搬送速度に基づいて、前記測定対象物上における各前記放射線検出器の検出対象位置を検出し、前記検出対象位置に対応づけて各放射線検出器が検出した放射線量に基づいて算出した測定対象物の厚さを記憶部に記憶させ、実効的に同一の前記検出対象位置に対応する複数の測定対象物の厚さの平均値を前記検出対象位置の前記測定対象物の厚さとして算出する、
    請求項1又は請求項2記載の走査型厚さ測定装置。
  4. 前記複数の放射線検出器は、走査方向に沿って千鳥足状に検出面が配置されている、
    請求項1乃至請求項3のいずれか一項記載の走査型厚さ測定装置。
  5. 前記複数の放射線検出器は、一の前記放射線ビーム内に位置するように配置されている、
    請求項1乃至請求項4のいずれか一項記載の走査型厚さ測定装置。
  6. 前記放射線は、X線あるいはγ線である、
    請求項1乃至請求項5のいずれか一項記載の走査型厚さ測定装置。
  7. 測定対象物に放射線ビームを照射する放射線源と、前記測定対象物を介して前記放射線源に対向配置され、前記測定対象物を透過した放射線量を検出する複数の放射線検出器と、前記放射線源及び前記複数の放射線検出器を支持し、所定の走査方向に移動可能な筐体と、を備えた走査型厚さ測定装置で実行される方法であって、
    前記複数の放射線検出器により放射線量を検出させる過程と、
    当該測定が走査測定あるいは定点位置測定のいずれであるか判定する過程と、
    走査測定と判定された場合には前記複数の放射線検出器のそれぞれが検出した放射線量に基づいて前記測定対象物の厚さをそれぞれ算出し、定点位置測定と判定された場合には前記複数の放射線検出器の検出した放射線量の平均値に基づいて前記測定対象物の厚さを算出する過程と、
    を備えた方法。
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