JP2892531B2 - 塗油量測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物体表面に塗布
された塗油量の測定方法および装置に係り、特に冷間圧
延工程や表面処理工程などで鋼帯表面に塗布される防錆
油などの塗油量をオンラインで管理，制御する際に適用
するのに好適な塗油量の測定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷間圧延工程や表面処理工程を
経て製造される冷延鋼板やめっき処理鋼板などの表面に
は、錆の発生を防ぐために防錆油が連続的に塗布され
る。このような連続的な鋼板への塗油においては、防錆
油の塗布量の不足や塗布むらによって防錆効果の低下を
招来するとか、あるいは逆に過剰な塗油によって、防錆
コストを増大したり加工工程での脱脂不良により不めっ
き部が発生するなどの問題を生じる。一方、ユーザ側の
脱脂設備の処理能力が異なることから、最近では塗布す
べき防錆油の油種や塗布量が個別的に指定される場合が
多く、このような要請に対応するために厳密な塗油量の
管理・制御が要求されている。

【０００３】従来、このような塗油量の管理に用いられ
る測定方法としては、たとえば精密天秤による重量法や
水面上に形成された単分子層の油の面積から塗油量を測
定するハイドロフィルバランス法などが用いられてい
る。また、全長にわたって塗油量を測定する方法とし
て、フィルムシートなどの厚さを測定する赤外エネルギ
ーの吸収を利用した有機物の厚さ測定方法の適用が考え
られている。

【０００４】この赤外エネルギー吸収法は、たとえば特
開昭60−224002号公報に記載されているように、有機膜
に赤外線を照射すると赤外線のエネルギーが塗膜によっ
て吸収され、この赤外線のエネルギーの吸収量と有機塗
膜の厚さとはランベルト−ベールの法則に従って相関が
あるため、赤外線の吸収エネルギーを測定することによ
り、有機塗膜の厚さを求めることができるという方法で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
塗油量の測定方法において、精密天秤による算出法では
100mg/m²程度の少量の塗油量では精度が悪化すること、
またハイドロフィルバランス法では測定に長時間を要す
ることなどの欠点がある上に、いずれもオフラインにお
ける測定方法であり、非常に長い鋼帯においては１点あ
るいは数点を測定するのみで、全長にわたる塗油量の測
定・管理は極めて困難である。

【０００６】また、特開昭60−224002号の赤外エネルギ
ー吸収法の場合は、フィルムシートなどのように裏面か
らの反射がないとみなされる半透明な対象物ではオンラ
インで全長にわたって塗油量を測定することができ、高
い精度が得られることは周知であるが、しかし鋼板のよ
うな粗面に塗布された有機膜の厚さ測定では、吸収後の
鋼板表面からの反射光が粗面によって拡散するため、検
出する反射光量が変動して検出厚さに誤差を生ずるとい
う欠点がある。

【０００７】すなわち、図２は特開昭60−224002号の赤
外エネルギー吸収法を鋼板表面上の塗油量の測定に適用
したときの塗油量と赤外エネルギー吸収量との関係の一
例を示したものである。この図から明らかなように、同
一鋼板表面に対しては、測定すべき塗油量の範囲におい
ては塗油量と赤外エネルギー吸収量との間には近似的に
直線関係が得られるから、高い精度で赤外エネルギーの
吸収量を測定することにより、塗油量の測定が可能であ
る。

【０００８】しかし、連続して製造されて油が塗布され
る鋼帯の圧延ラインでは、圧延距離によって圧延ロール
の表面の凹凸が変化し、その結果、圧延される鋼帯の表
面粗度が圧延距離により変化する。それ故、赤外エネル
ギー吸収後の鋼帯表面からの反射光が粗面によって拡散
することになるから、検出する反射光量が変動すること
になるのである。

【０００９】そのために、実用化されている装置では、
有機膜の特性吸収波長の吸収強度と、その吸収波長を挟
んだ近傍の２つの波長の吸収強度とを測定することによ
り、拡散の違いによる反射光量の変動を補償している。
しかし実際には、この拡散度は波長が短い場合には拡散
度が大きい、すなわち波長によって拡散度が異なるた
め、有機塗膜の厚さが薄く検出光量が弱い場合には、こ
の拡散度の差が無視できず誤差となる。

【００１０】このような問題を解決する方法として、た
とえば特開昭63−235805号公報には、切欠き部を持つ反
射板を光路上で回転させて測定対象と同一の金属板から
なる表面に有機膜が形成されていない基準材と測定対象
面を交互に測定することにより、対象物の表面粗度の影
響を除去するという方法が提案されているが、この方法
によっても連続して圧延される鋼帯においては、圧延時
間による圧延ロールの表面の凹凸の変化により鋼帯表面
粗度が変化し、その結果連続する鋼帯の塗油量を精度よ
く測定することは困難である。

【００１１】本発明は、上記したような冷間圧延工程の
ごとき連続ラインにおいて、粗度の異なる表面に塗布さ
れる油膜の場合であっても、その厚さを精度よく測定す
ることの可能な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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源からの赤
外領域のエネルギー吸収により被測定物体表面に塗布さ
れた油膜の厚さをオンラインで測定する方法において、
前記被測定物体の塗油前の反射スペクトル強度を測定す
るとともに塗油後の反射スペクトル強度を測定し、前記
塗油前の反射スペクトル強度によって前記塗油後の反射
スペクトル強度を補正することを特徴とする塗油量測定
方法である。

【００１３】また、本発明は、塗油装置を挟んでその上
流と下流に設けられる被測定物体表面に赤外線を照射す
る赤外線照射装置と前記被測定物体表面から反射する赤
外反射スペクトル強度を検出する赤外線検出器とからな
る粗度検出装置および膜厚検出装置と、前記膜厚検出装
置によって検出された赤外反射スペクトル強度を前記粗
度検出装置によって検出された赤外反射スペクトル強度
によって補正する補正演算装置とから構成されることを
特徴とする塗油量測定装置である。

【００１４】

【作 用】本発明者らは、冷間圧延工程において製造さ
れる冷延鋼板からサンプルを圧延ロールの圧延量すなわ
ち圧延距離に従って採取し、それらのサンプルにおける
表面粗度の変化や塗油量と赤外エネルギーの吸収量の関
係、それぞれの表面からの赤外線の反射強度分布などを
詳細に検討し測定した結果、つぎのような知見が得ら
れ、これによって連続鋼帯における塗油量測定方法につ
いて従来からの問題を解決する手段を見出し得たのであ
る。 同一鋼帯表面上の油膜厚さとその油膜による赤外エ
ネルギー吸収量とはよい相関があり、近似的に直線的な
検量線を用いて赤外エネルギー吸収量を測定することに
より、高い精度で塗油量の算出が可能である。 鋼帯表面の粗度は圧延距離により変化するが、とく
に初期的な圧延ロールの粗面の変化により、初期的に急
激に低下する。 圧延距離に従う鋼帯表面に同一量の油の塗布を施し
た場合、鋼帯表面粗さの初期的な急激な低下を反映して
測定値が変動し、同一の検量線で赤外エネルギー吸収量
から塗油量を算出することは困難である。 初期的に急激に鋼帯表面の粗度が低下する領域を過
ぎると赤外エネルギーの吸収量はほとんど変化せず、鋼
帯表面の粗度にかかわらず、同一の検量線にて塗油量の
算出が可能である。 赤外線の鋼板表面からの反射スペクトル強度は鋼板
表面の粗度によって変化するため、反射スペクトル強度
を測定することにより鋼板の表面粗度を推定することが
可能となる。

【００１５】このような知見について、以下にさらに具
体的に説明する。まず、図３(a) は圧延距離と表面粗度
の関係を示したものであるが、圧延ラインにおいて製造
される鋼帯は圧延ロールの圧延距離によりその表面粗度
が変化しており、その度合いは圧延開始初期においては
圧延ロールの初期摩耗に起因して急激に変化し、その後
はゆっくりと非常に小さく変化する。

【００１６】つぎに、図３(b) は表面粗度の異なる鋼帯
の表面上の塗油量と赤外エネルギーの吸収量との関係を
示したものであるが、図からわかるように、圧延初期の
鋼帯においては同一塗油量に対して測定値が変動し、塗
油量と赤外エネルギーの吸収量との関係を示す検量線が
変動する。この初期領域を過ぎると塗油量と赤外エネル
ギー吸収量の関係はほとんど変化がなくなり、実用上１
本の検量線で塗油量の算出が可能である。

【００１７】図４は、圧延距離をパラメータとして塗油
量と赤外エネルギー吸収量の関係を示したものであり、
マーク□は圧延距離が約800km と圧延量が多いロールで
圧延した鋼板上の塗油量を測定した結果を、またマーク
◆は圧延距離が約50kmと圧延中期のロールで圧延した鋼
板上の塗油量を測定した結果を、さらにマーク●は圧延
距離が約１kmと圧延初期の圧延量の少ないロールで圧延
した鋼板上の塗油量を測定した結果をそれぞれ示したも
のであるが、いずれもほぼ直線的な関係にあることがわ
かる。なお、この検量線が変動し、そして変動がなくな
る領域は鋼帯の表面粗度の初期的な急激な粗度変化の挙
動と一致する。これらのことから、連続圧延ラインで高
精度に塗油量測定を行うには、表面粗度の変化による反
射スペクトル強度の変化を補正することが必要となる。

【００１８】ところで、塗油前の鋼板表面からの反射ス
ペクトル強度の測定結果を図５に示す。ここで、図５
(a) は表面粗度が0.2 μm のスペクトルを、また図５
(b) は表面粗度が1.0 μm のスペクトルをそれぞれ示し
ている。これらの図から明らかなように、表面粗度によ
り短波長側の光散乱が大きくなるために、結果として反
射強度が低くなり、表面粗度が大きくなるほどその傾向
は強くなることがわかる。つぎに、図５(a) ，(b) の反
射スペクトル強度を測定した鋼板それぞれに200mg/m²の
同量の油を付着した後、その反射スペクトルを測定した
結果を図６(a) ，(b) に示した。これら図５と図６とを
比べてみると、油の付着の有無にかかわらず、バックグ
ランドの傾きは塗油前後で同レベルに維持されることが
わかる。さらに、同一鋼板上に塗油量を変えた場合は、
図７に示すように反射スペクトル強度の形状は相似形を
示し、油の特性吸収波長の強度は変化するもののバック
グランドの形状は変化しないことがわかる。

【００１９】以上の知見から、本発明によれば、連続し
て圧延される鋼帯において鋼帯表面粗度の影響を補正す
るには、油が付着する前の反射スペクトル強度を測定す
ることにより、鋼帯の表面粗度によって変化する塗油後
の反射スペクトル強度を補正することにより、圧延距離
により異なる鋼帯表面の粗度に影響されずに高い精度で
塗油量を算出することが可能となる。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
して詳しく説明する。図１(a) ，(b) は、本発明に係る
塗油量測定装置の実施例を示す概略図である。図１(a)
において、１は鋼帯２の表面に油を塗布する塗油装置で
あり、走行する鋼板２の上方と下方にそれぞれ１台ずつ
設けられる。３は塗油装置１の上流に設けられて鋼板２
の表面粗度を測定する粗度検出装置であり、４は塗油装
置１の下流に設けられて鋼板２表面に塗布された塗油厚
さを測定する膜厚検出装置である。５は補正演算装置で
あり、上下流の粗度および膜厚検出装置３，４と信号線
６，７を介して信号の授受が行われる。８は上位計算機
である。

【００２１】これら粗度検出装置３および膜厚検出装置
４は、図１(b) に示すように、赤外線を照射するたとえ
ばニクロム線が赤熱される光源11と、油の特性吸収波長
とこの特性吸収波長を挟んだ近傍の２波長の３種類の透
過波長をもつ干渉フィルタ板12と、この干渉フィルタ板
12を回転する回転装置13とからなる赤外線照射装置14
と、鋼板２からの反射光を受光する赤外線検出器15とで
それぞれ構成される。

【００２２】そして、まず粗度検出装置３によって矢示
９方向に走行する鋼板２表面の粗度を検出してその測定
信号を信号線６を介して補正演算装置５に入力する。つ
いで、膜厚検出装置４によって塗油装置１で塗油された
鋼板２表面の膜厚を検出してその測定信号を信号線７を
介して同様に補正演算装置５に入力する。そこで補正演
算装置５においては、上位計算機８から鋼板２の走行速
度情報を取り込み、粗度信号と膜厚信号の測定位置の補
正をした後、同一鋼板位置における両信号を比較演算す
る。すなわち、膜厚検出装置４によって検出された膜厚
信号を粗度検出装置３によって検出された粗度信号によ
って補正することにより、鋼板２の表面粗度の影響を除
去した膜厚を算出して、これにより塗油量を高精度で求
めるのである。

【００２３】このように構成された本発明の塗油量測定
装置を用いて、連続圧延ラインにおいて表面粗度が0.1
〜1.5 μm の走行する鋼帯表面の塗油量を測定した結果
の一例を図８に示した。この図から明らかなように、前
出図４の測定結果として、基準となるスペクトルを同一
の表面性状の鋼帯から採取することにより、高い精度で
測定し得ることがわかる。

【００２４】なお、上記した実施例においては、スペク
トル強度の形状を検出するために油の特性吸収波長を含
む３波長の光強度を利用するとして説明したが、スペク
トル強度の形状検出の精度を上げるために５波長あるい
は７波長を用いるようにしてもよい。また、上記実施例
は連続して走行する鋼帯について説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、表面粗度の異なる物体
であれば各種非鉄分野などのいずれにも適用し得ること
は言うまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鋼
板に油が塗布される前後の赤外線の反射スペクトル強度
を測定し比較演算して塗布後の膜厚の測定値を補正する
ようにしたので、鋼板表面の油が極めて微量であっても
下地鋼板の表面性状による影響の受けにくい十分な精度
で測定することが可能であり、また測定系を単純に構成
することができる。したがって、本発明を用いることに
より、ユーザーの要求通り最小の塗油を実現することが
でき、また塗りむらを無くすることによる製品品質の安
定化や目標通りの塗油を行うことができ、さらに従来な
されていたオフラインでの塗油量測定作業が省略できる
など多大な経済効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) ，(b) は本発明の塗油量測定装置の実施例
の構成を示す概略図である。

【図２】従来の赤外エネルギー吸収法を用いて塗油量と
赤外エネルギー吸収量との関係の一例を示す特性図であ
る。

【図３】(a) は鋼帯の圧延距離と表面粗度の関係、(b)
は鋼帯の圧延距離と赤外エネルギー吸収量との関係をそ
れぞれ示す特性図である。

【図４】圧延距離をパラメータとしたときの塗油量と赤
外エネルギー吸収量の関係を示す特性図である。

【図５】赤外反射スペクトル強度と波長の関係を示す特
性図で、(a) は表面粗度が0.2μm のスペクトルを、(b)
は表面粗度が1.0 μm のスペクトルをそれぞれ示すも
のである。

【図６】図５のスペクトルを採取した鋼板上に200mg/m²
付着させたときの赤外反射スペクトル強度の特性図であ
る。

【図７】同一鋼板上に塗油量を変えた場合の反射スペク
トル強度の形状を示す特性図である。

【図８】本発明を適用したときの塗油量と赤外エネルギ
ー吸収量の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 塗油装置 ２ 鋼板 ３ 粗度検出装置 ４ 膜厚検出装置 ５ 補正演算装置 ８ 上位計算機 11 光源 12 干渉フィルタ板 13 回転装置 14 赤外線照射装置 15 赤外線検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの赤外領域のエネルギー吸収
   により被測定物体表面に塗布された油膜の厚さをオンラ
   インで測定する方法において、前記被測定物体の塗油前
   の反射スペクトル強度を測定するとともに塗油後の反射
   スペクトル強度を測定し、前記塗油前の反射スペクトル
   強度によって前記塗油後の反射スペクトル強度を補正す
   ることを特徴とする塗油量測定方法。
2. 【請求項２】 前記被測定物体の塗油前後の反射スペ
   クトル強度のうち、油の特性吸収波長を含む複数の光反
   射強度を比較演算することを特徴とする請求項１記載の
   塗油量測定方法。
3. 【請求項３】 塗油装置を挟んでその上流と下流に設
   けられる被測定物体表面に赤外線を照射する赤外線照射
   装置と前記被測定物体表面から反射する赤外反射スペク
   トル強度を検出する赤外線検出器とからなる粗度検出装
   置および膜厚検出装置と、前記膜厚検出装置によって検
   出された赤外反射スペクトル強度を前記粗度検出装置に
   よって検出された赤外反射スペクトル強度によって補正
   する補正演算装置とから構成されることを特徴とする塗
   油量測定装置。