JP2915294B2 - 金属材料表面の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、金属材料表面の塗油量
測定方法および装置に係り、特に製鉄業における冷間圧
延工程や表面処理工程でのオンライン品質管理、塗油量
制御に適用するのに好適な金属材料表面の塗油量測定方
法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼業における冷間圧延工程や表面処理
工程を例に説明すると、冷間圧延工程や表面処理工程を
経て製造された冷延鋼板や各種メッキ材などの鋼板の表
面には、防錆や潤滑を目的として油が塗布されている。
その塗油方法は、通常、静電塗油装置を用いた連続的な
塗油方法が一般的である。

【０００３】しかし、たとえば防錆油の塗布量が不足し
たり塗布むらが生じたりすると、防錆効果の低下を招く
ので問題である。また、逆に過塗油の場合、防錆油の原
単位が高くなって不利であるとともに、次工程でのスリ
ップ、脱脂が必要なラインでの脱脂不良などが発生する
という問題が生じるため、最近では防錆油の油種、塗油
量が指定され、製造工程での厳密な塗油量管理が要求さ
れている。

【０００４】ところで、従来行われている塗油量の管理
はサンプリングによるオフラインバッチ測定が主流であ
り、たとえば精密天秤による重量測定法とか、あるいは
水面上に形成された単分子層の油の面積から塗油量を算
出するハイドロフィルバランス法などがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た前者の重量測定法の場合は100mg/m²程度の軽塗油量に
対しては精度が悪く、後者のハイドロフィルバランス法
についても測定に長時間を要するという問題がある。ま
た、これらの方法はいずれもオフラインによる測定方式
であるから、圧延コイル中の１点から数点を測定するの
みでコイル全長の代表値を表しているとは限らないとい
う問題がある。

【０００６】そこで、これら従来法の欠点を克服し、迅
速かつ厳密な塗油量管理のために、以下に示すような種
々のオンライン測定法が提案され、あるいは実用化され
ている。すなわち、たとえば特開昭63− 61146号公報に
は、水銀ランプの励磁波長光 (253.77nm) を防錆油付着
面に照射した際に生じる蛍光量を測定することにより油
の付着量を算出する方法が提案されている。しかし、こ
の方法では十分な感度が得られることの確認はなされて
いるが、コイル毎に異なり、経時的に変化する表面粗
度、光沢などの表面性状による光反射特性の変化に対し
て考慮されておらず、測定誤差が生じる欠点がある。

【０００７】また、特開昭61−138102号公報には、鋼板
の表面に塗布された油の量を測定する鋼板表面の塗油量
測定方法において、油が塗布された鋼板または鋼帯の表
面または前記油が溶解された有機溶剤の溶液に、特定波
長の励起レーザ光を照射し、前記鋼板表面または溶液か
らの蛍光スペクトルのうち、油にのみ含まれる成分の蛍
光スペクトル強度を測定し、蛍光スペクトル強度から油
の塗布量を求める方法が提案されている。しかし、この
方法の場合はその上流側にオンライン粗度計を設置する
必要があり、また同一の粗度測定値であっても光沢など
の表面性状が異なる鋼板の場合は、その測定値に誤差が
生じてしまうという欠点がある。

【０００８】さらに、特開平３− 77003号公報には、鋼
板表面で反射する励起レーザ光の散乱分布から鋼板表面
性状を測定して半値幅を求め、この値をもとに蛍光スペ
クトル強度を補正する方法が提案されているが、この場
合、自動車用鋼板など粗度の大きい冷延板や溶融亜鉛メ
ッキ鋼板などでは、励起光に用いる可視波長領域での反
射率が低く半値幅を求める精度が低くなり、精度よく表
面性状の補正を行うことができないという欠点を有す
る。また、反射分布測定のために検出器内にアレイセン
サを設置するが、このため装置が大型となる欠点を有す
る。

【０００９】なお、これらのオンライン測定法に共通し
ていえることは、蛍光量から塗油量を測定する装置を製
造ラインに設置する場合、塗油対象の鋼板の移動速度は
毎分数百メートルもの高速度であるので、測定対象であ
る鋼板自体の振動や測定距離の上下方向変化などの問題
が発生することが避けられない。また、上記した従来の
オンライン測定法では微弱な蛍光量を検出するために励
起用光源を強力にし、集光系を複雑にするために装置が
大型化し、そのため、装置の操作性が劣りまたコストが
高くつくという問題が避けられない。

【００１０】本発明は、上記のような従来技術の有する
課題を解決すべくなされたものであって、オンラインで
金属材料表面の塗油量を正確に測定し得る方法および装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
油が塗布された金属材料表面に特定波長の励起光を照射
し、その照射によって生じる蛍光を含む反射光のスペク
トル分布から金属材料表面の油の塗布量を測定する方法
において、金属材料表面からの蛍光を含む反射光を集光
し、集光された光のうち励起波長成分と蛍光波長成分に
分光し、該分光された励起波長成分と蛍光波長成分から
励起波長強度と蛍光波長強度とをそれぞれ測定し、予め
測定された油の蛍光効率と前記した励起波長強度および
蛍光波長強度とから塗油量を算出することを特徴とする
金属材料表面の塗油量測定方法である。

【００１２】なお、前記油の蛍光効率は前記した励起波
長強度と蛍光波長強度の測定時に同時に測定してもよ
い。また、励起光は油が塗布された金属材料表面に対し
て垂直な投光軸で照射し、蛍光を含む反射光を前記投光
軸と同軸方向から集光するようにしてもよい。本発明の
第２の態様は、油が塗布された金属材料表面に特定波長
の励起光を照射する手段と、金属材料表面からの蛍光を
含む反射光を集光する集光装置と、集光された光のうち
励起波長成分と蛍光波長成分に分光する分光素子と、前
記励起波長成分と蛍光波長成分から励起波長強度と蛍光
波長強度とをそれぞれ測定する励起波長検出器および蛍
光検出器と、予め測定された油の蛍光効率と前記した各
検出器からの測定値を用いて塗油量を算出する演算処理
回路と、を備えてなることを特徴とする金属材料表面の
塗油量測定装置である。

【００１３】なお、前記油の蛍光効率は塗油機で塗油す
る前の油が満たされた分光セルに前記光源から分岐され
た光束を透過させる分光手段と、前記分光セル内の蛍光
強度を分光素子を介して測定する蛍光効率測定用蛍光検
出器とによって測定してもよい。また、前記特定波長の
励起光を照射する手段を励起光が金属材料表面に対して
垂直な投光軸となるように配置し、かつ金属材料表面か
らの蛍光を含む反射光を集光する集光装置を前記投光軸
と同軸方向から集光するように配置してもよい。

【００１４】さらに、前記集光装置は、励起光の投光軸
上に配置されて励起光を通過させる穴を有するとともに
金属材料表面からの蛍光を含む反射光を集光して平行光
とする第１の集光レンズと、励起光の投光軸上に配置さ
れて前記第１の集光レンズからの平行光を前記投光軸に
対して直角の方向に反射するとともに励起光を通過させ
る穴を有する平面ミラーと、該平面ミラーで反射された
平行光を集光して前記分光素子を介して前記励起波長検
出器と蛍光検出器に導く第２の集光レンズと、によって
構成してもよく、あるいは励起光の投光軸上に配置され
て励起光を通過させる穴を有するとともに集光した金属
材料表面からの蛍光を含む反射光を投光軸に対して直角
な方向に平行光として反射する第１の放物面ミラーと、
該第１の放物面ミラーにより反射された平行光を投光軸
と平行な方向に反射する平面ミラーと、該平面ミラーで
反射された平行光を集光して前記分光素子を介して前記
励起波長検出器と蛍光検出器に導く第２の放物面ミラー
と、によって構成してもよく、また金属材料表面からの
蛍光を含む反射光を入光する穴と、励起光を通過させる
穴と、分光素子を介して前記励起波長検出器と蛍光検出
器に導く穴を有する蛍光を含む反射光を集光する積分光
学装置を用いてもよい。

【００１５】さらにまた、前記集光装置を測定距離調整
用ベースに取付けて、駆動装置によって測定対象面に対
して垂直方向に移動可能とするのがよい。

【００１６】

【作 用】まず、図10を用いて本発明の原理を説明す
る。図10(a) に示すように、ｄなる膜厚の油２を塗布し
た下地の鋼板１の面に光源51から波長λ₁ なる励起光LB
を照射し、その反射光RBを集光光学系52を介して分光素
子53で分光し、光検出器54で受光するものとする。そし
て、図10(b) に示すように、油２の膜厚ｄに対してＩ₀
の強度をもつ励起光LBを入射した場合、油膜中の鋼板１
からの部位ｘにおける励起光LBの強度は鋼板１からの反
射前の強度Ｉ ₁ と反射後の強度Ｉ₂ に分けると、それぞ
れ下記(1) ，(2) の関係で表すことができる。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、Ｋ₁ は吸収係数、αは下地面の反
射率、Ｒa は下地面の平均粗さ、θ _R は反射光RBの拡が
り角度、Ｔは下地面の自己相関長さ、θは入・反射角
度、ｆ（Ｒa,Ｔ，θ，θ_R ）はＲa,Ｔ，θおよびθ_R の
関数である。このとき、Δｘ部位における蛍光強度ΔＩ
_f は下記(3) 式で表せる。 ΔＩ_f （λ₁ ，ｘ）＝｛Ｉ₁(λ₁ ，ｘ）＋Ｉ₂(λ₁ ，ｘ）｝・φ・Δｘ・γ ・θ_T ／２π ……………(3) ここで、φは励起光LBのビーム径（したがって、φ・Δ
ｘはビーム体積）、γは油２の蛍光効率、θ_T は集光レ
ンズの立体角とする。

【００１９】これより、全蛍光強度Ｉ_f は下記(4) ，
(5) 式で求めることが可能である。

【００２０】

【数２】

【００２１】ここで、油の吸収係数の測定結果より、本
発明が対象としている０〜10μm 程度の油の膜厚では、 Ｋ₁ ・ｄ≫（Ｋ₁ ・ｄ）² ……………(6) であるため、(5) 式が成立する。なお、Ａは集光光学系
等の光学素子や検出素子感度、さらには増幅系等の電気
的特性によって決まる定数、θ_T は集光光学系52の受光
立体角、βは下地粗度に関係する情報であり、また、油
２の蛍光効率γ、吸収係数Ｋ₁ は使用する油ごとに測定
できるものである。特に、蛍光効率γについては、油種
ごとに予めオフラインで測定した値を用いてもよく、あ
るいは蛍光強度の測定時にオンラインで同時に測定した
値を用いてもよい。

【００２２】なお、式中における下地面反射率αおよび
下地粗度情報βについては、つぎのように補正に利用さ
れる。すなわち、全蛍光強度Ｉ_f (λ₂)と同時に、鋼板
１からの反射スペクトルのうちの励起光波長強度Ｉ（λ
₁)が測定されるが、このＩ（λ₁)とαおよびβとの間に
は、 Ｉ（λ₁)＝Ｂ・α・β・ｅ^-2K1d ・Ｉ₀ （λ₁) ……………(7) の関係が成立する。

【００２３】ここで、Ｂは励起光波長強度を測定するた
めの集光光学系等の光学素子や検出素子感度、さらには
増幅系等の電気的特性によって決まる定数である。い
ま、ある鋼板を基準としたときに測定される励起光波長
強度をＩ_STD （λ₁)、そのときのα・βの値を（α・
β）_STD とすれば、 Ｉ_STD （λ₁)＝Ｂ・（α・β）_STD ・ｅ^-2K1d ・Ｉ₀ （λ₁) ……(8) となるので、(7) ，(8) 式から、 α・β＝｛（α・β）_STD ／Ｉ_STD （λ₁)｝・Ｉ（λ₁) ……(9) が得られる。(9) 式中の｛｝内は基準となる鋼板を決め
ると定数となり、その値をＣ′とすれば、 α・β＝Ｃ′・Ｉ（λ₁) ……………(10) となる。

【００２４】したがって、(5) , (10)式から、 ｄ＝Ｉ_f (λ₂)／［Ｃ・γ・Ｉ₀ （λ₁)｛１＋Ｃ′・Ｉ（λ₁)｝］ ……………(11) となり、オンラインにて測定されるＩ_f (λ₂)，Ｉ（λ
₁)の値と油の蛍光効率γの値から膜厚ｄを求めることが
できる。

【００２５】なお、Ｃ，Ｃ′は測定に用いる装置の構成
や基準となる鋼板などを決めると一定となる定数なの
で、あらかじめ実験的に求めておくことができる。ま
た、励起光強度Ｉ₀ （λ₁)は励起光を照射する際に電気
的に制御されているために通常は一定値となるが、長時
間使用時の寿命を考慮すると低下していくので、別の検
出系を照射光学系内に組み入れて実測することも可能で
ある。

【００２６】このようにして、本発明によれば、測定対
象である金属材料の表面に塗布された油の量を単位面積
当たりの塗油量がたとえ微量であっても十分な感度で測
定することが可能であり、油の蛍光効率および下地金属
材料の表面性状の違いによる受光蛍光強度の変化を反射
励起光強度変化により補正することにより、下地金属材
料の表面状態が変化しても油の塗油量を精度よく測定す
ることができる。

【００２７】また、本発明によれば、測定対象である金
属材料表面に対して垂直方向から励起光を照射するとと
もに、励起光と同軸方向から反射光を集光するようにし
たので、金属材料の振動による影響を最小限に抑制して
塗油量を測定することができる。さらに、本発明によれ
ば、塗布された油から効率よく蛍光を発光させ得る紫外
線領域の励起波長を使用することの可能な超高圧水銀キ
セノンランプなどを用いることができ、かつ積分光学装
置として市販の積分球を使用して蛍光波長強度および励
起波長強度を測定することにより、金属材料表面の粗さ
や反射率等の状態に影響を受けにくい小型で、かつ安価
な塗油量測定装置を実現することができる。

【００２８】なお、蛍光波長としてはλ₂ なる単色を用
いるとして説明したが、蛍光波長域を広範囲にして、た
とえばλ₃ ＜λ₂ ＜λ₄ としてλ₃ からλ₄ までの幅を
持った領域としてもよい。このようにすることにより、
微量な塗油量に対しても高感度な測定を行うことができ
る。

【００２９】

【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は本発明に係る塗油量測定
装置の全体構成を示す正面図である。図において、１は
その上面に油２が塗布されて、テーブルローラ３で連続
して搬送される測定対象の鋼板である。４は検出ヘッド
で、門型架台５に取付けられたレール６上を動く車輪７
を介して鋼板１の幅方向に移動自在とされる。８は演算
処理装置で、回線９を介して検出ヘッド４に接続され
る。10は上位計算機で、油２の種類や他の情報を演算処
理装置８に提供する。

【００３０】検出ヘッド４の構成の一例について、図２
を用いて以下に詳しく説明する。この図において、11は
ｄなる膜厚の油２が塗布された鋼板１の表面に励起波長
λ₁ の励起光LBを照射する手段としての励起用光源、12
は鋼板１の表面から反射する油２からの蛍光を含む反射
光RBを集光するたとえばレンズとされる集光装置、13は
集光された光のうち励起波長成分と蛍光波長成分に分光
する分光素子、14は蛍光波長λ₂ の強度を測定する蛍光
検出器、15は励起波長λ₁ の強度を測定する励起波長検
出器である。

【００３１】また、16は油２の蛍光効率を測定するため
の塗油機（図示せず）で塗油する前の油が満たされた分
光セル、17は鋼板１と分光セル16にレーザ照射するため
のビームスプリッタ、18は分光セル16内の油の蛍光のみ
を選択する分光素子、19は分光セル16内の蛍光強度を検
出して蛍光効率を測定する蛍光効率測定用蛍光検出器で
ある。

【００３２】ここで、この蛍光効率の算出方法について
説明すると、ある特性の油を基準となる油温にしたとき
に、ビームスプリッタ17, 分光素子18, 蛍光効率測定用
蛍光検出器19の機器構成で測定される蛍光強度をＩγ₀
（λ₁)とし、それ以外の油に対して油温も変化した場合
に測定される蛍光強度をＩγ（λ₁)とすると、蛍光効率
γは、 γ＝Ｉγ（λ₁)／Ｉγ₀ （λ₁) ……………(12) で求めることができる。

【００３３】20は検出ヘッド４の励起用光源11、集光装
置12、各検出器14, 15等の構成部品を一体的に収納し
て、オイルミストなどから保護するハウジングである。
また、蛍光検出器14，励起波長検出器15，油中蛍光検出
器19からの出力信号はそれぞれ演算処理回路８に入力さ
れて演算処理される。ここで、励起用光源11からの励起
波長λ₁ や蛍光波長強度を測定する蛍光検出器14の測定
波長λ₂ は、各油種の特性を調べることによって予め適
切なものに設定されているものとするが、励起波長λ₁
としてはおよそ0.25〜0.6 μm の範囲内の紫外から可視
領域が適当である。したがって、励起用光源11として
は、水銀ランプとかアルゴンレーザ、He-Cd レーザ、Ｙ
ＡＧレーザ、エキシマレーザなどが考えられるが、波
長、発振出力、寸法、価格などを考慮して選定するのが
望ましい。

【００３４】鋼板１からの反射光RBを集光する集光装置
12としてはレンズ以外に平面ミラー、放物面ミラーなど
が使用可能であり、許容寸法、集光効率などを考慮して
選定する。分光素子13としては、図２に示したように回
折格子が望ましいが、集光された光をビームスプリッタ
で分岐して分岐後の光を励起波長と蛍光波長それぞれの
波長のみを透過する光学フィルタを使用する方法でも測
定することができる。蛍光検出器14，励起波長検出器15
はそれぞれ測定光強度に応じた感度のものを用いる。ま
た、これらの検出器の設置スペースに制約がある場合
は、光ファイバ等を利用することも可能である。

【００３５】また、演算処理回路８では、蛍光検出器1
4，励起波長検出器15，蛍光効率測定用蛍光検出器19か
らのアナログ信号をデジタル変換して、前出(11)式の演
算を行い塗油量算出を行う。このように処理された塗油
量測定値は上位計算機10に伝送されてロギンギングされ
る。なお、そのロギングの内容は、アナログ記録計やデ
ジタル表示装置などの出力装置に出力される。

【００３６】以下に、このように構成された塗油量測定
装置による測定例を説明する。表面粗度がＡ，Ｂ，Ｃな
る冷延鋼板と、溶融亜鉛メッキ鋼板と亜鉛ニッケルメッ
キ鋼板の表面処理鋼板に、３種類の油ａ，ｂ，ｃを用い
て設定塗油量を０〜2200mg/m² の範囲で変化させてオン
ラインで塗布した。そのときの本発明装置による蛍光強
度測定値と従来の重量測定法により測定した塗油量実測
値との関係を図３(a) ，(b) ，(c) に比較して示した。

【００３７】これらの図からわかるように、同一鋼板上
の塗油量の変化に対して塗油量実測値と蛍光強度には良
好な相関関係が得られているが、下地鋼板の表面状態の
違いおよび油種の違いにより特性の傾きが異なる結果が
得られた。このことは、蛍光強度から塗油量を算出する
ためには下地鋼板の表面状態および油種によって蛍光強
度を補正して、塗油量を算出する必要があることを示し
ている。

【００３８】本発明による蛍光強度と同時に測定した励
起波長強度と蛍光効率より前出(11)式および(12)式によ
り演算した塗油量測定値と重量測定法による塗油量実測
値との関係を図４に示した。本発明による塗油量の測定
値は、重量測定法による塗油量実測値とほぼ±10％の精
度でよく一致していることが確認できる。つぎに、本発
明装置の他の実施例について説明する。

【００３９】図５は、本発明装置に用いられる検出ヘッ
ド４の他の構成例を示したものであり、励起光を照射す
る手段として励起用光源11に反射ミラーを組み合わせた
ものである。すなわち、この図において、22は励起用光
源11から出力される波長λ₁の励起光LBの光路に取付け
られて励起光LBを90°に反射して鋼板１の上面に垂直に
照射する手段の一つである反射ミラー、23は励起光LBを
チョッピングして外乱光の影響を除去するチョッパ、24
は45°の角度で傾斜配置され、中央部に励起光LBを通過
させる穴25を有する平面ミラーである。

【００４０】また、26は中央部に励起光LBを通過させる
穴27を有し、鋼板１の表面から反射する油２からの蛍光
を含む反射光を投光軸と平行で投光軸を中心とする角度
で集光し、平行光とすることが可能な焦点距離をもつ第
１の集光レンズ、28はこの第１の集光レンズ26を固定す
る測定距離調整用のベースである。このベース28は、駆
動装置29によって第１の集光レンズ26から鋼板１までの
測定距離が常に一定になるように調整可能とされ、これ
によって最小限の数の光学系の位置制御により安定した
反射光量の測定が可能である。

【００４１】さらに、30は平面ミラー24で反射された光
を集光する第２の集光レンズ、31はハーフミラーであ
る。このハーフミラー31で反射された反射光から波長λ
₁ の励起波長強度は励起波長検出器15によって検出され
る。また、32は第２の集光レンズ30で集光された反射光
の中から波長λ₂ の蛍光のみを選択して透過する光学フ
ィルタであり、この光学フィルタ32を透過した蛍光波長
強度は蛍光検出器14によって検出される。なお、光軸上
に取付けられたビームスリッタ17で分光された励起光LB
を光学フィルタ18、分光セル16に導いて、蛍光効率測定
用蛍光検出器19によって油２の蛍光効率を測定するよう
にしている。

【００４２】このように検出ヘッド４Ａを構成すること
によって、励起用光源11からの励起光LBを鋼板１の測定
対象面に対して垂直方向から照射し、鋼板１からの油２
の蛍光を含む反射光を第１の集光レンズ26で受光する。
これによって、鋼板１の振動による影響を最小限に抑え
ることが可能となる。ここで、この測定系が鋼板１の振
動の影響を受けにくい理由について説明すると、図６に
示すように、鋼板１が基準測定位置Ｌ₀ に対して上下に
集光装置の焦点深度範囲±ΔＬだけ変動するものとす
る。そこで、鋼板１に対して45°で入射した励起光LB₄₅
に対する集光範囲は励起光の光路と一致しなくなるのに
対し、鋼板１に対して垂直に入射する励起光LB₉₀の場合
は、焦点深度２ΔＬに対してその集光光学系の集光範囲
は斜線で示す範囲をとるから、焦点深度範囲内で鋼板１
が振動しても、光学系の焦点深度から外れて測定される
蛍光強度に誤差が生じるという問題がない。

【００４３】そして、蛍光検出器14で検出された蛍光波
長強度Ｉ_f （λ₂)と励起波長検出器15で検出された励起
波長強度Ｉ（λ₁)を用いて、演算処理装置８において前
出(11)式の演算を行い、塗油量を算出する。また、図７
は上記した検出ヘッド４Ａの別の構成例を示したもので
ある。すなわち、図５における平面ミラー24と第１の集
光レンズ26の代わりに、穴部34を有する第１の放物面ミ
ラー33および平面ミラー35がベース28に固定されて、駆
動装置29によって測定距離を調整可能とされる。また第
２の集光レンズ30の代わりに第２の放物面ミラー36が用
いられる。

【００４４】このように検出ヘッド４Ｂを構成すること
により、穴部34を通過した励起光LBは鋼板１の表面に対
して垂直方向に照射することができる。そして、鋼板１
表面の油２からの蛍光を含む反射光は第１の放物面ミラ
ー33によって垂直方向を中心とする角度で集光され、投
光軸と直角方向にかつ平行光で反射される。この反射光
はさらに平面ミラー35で直角に反射され、第２の放物面
ミラー36によって蛍光検出器14および励起波長検出器15
に導かれるから、図５の場合と同様に演算処理装置８に
おいて塗油量の演算ができる。

【００４５】さらに、図８は検出ヘッド４Ａの別の構成
例を示したものである。すなわち、この検出ヘッド４Ｃ
における前出図５に示した検出ヘッド４Ａとの相違点
は、照射する手段の一つである反射ミラー22なしで励起
光LBを直接鋼板１の表面に対して垂直方向に照射し得る
ように照射する手段である励起用光源11の位置を変更し
たものである。なお、光軸上に取付けられたビームスリ
ッタ17で分光された励起光LBを分光素子18、分光セル16
に導いて、蛍光効率測定用蛍光検出器19によって油２の
蛍光効率を測定するようにしている。

【００４６】図９は、図８に示した検出ヘッド４Ｃの変
形例を示したもので、反射光の検出に積分球を用いたも
のである。すなわち、37は鋼板１の表面上の油２からの
蛍光および励起光が油２を透過して下地である鋼板１の
表面から反射して散乱される反射光を空間的に積分して
受光するための積分光学装置である。この積分光学装置
37には、反射光中の蛍光および励起光が積分されて入射
するように、少なくとも２つの光検出用ポート38, 39が
取付けられている。そして、一方の光検出用ポート38に
は波長λ₁ を含む狭帯域の波長のみを透過するバンドパ
スフィルタ40が取付けられ、もう一方の光検出用ポート
39にはλ₁ の波長より長い波長λ₃ からλ₄ までの領域
の広い帯域で光を透過するバンドパスフィルタ41が取付
けられる。

【００４７】ここで、波長λ₁ としてたとえば313 nmの
波長を選択するとすれば、油２から発する蛍光はおよそ
350nm 以上であるので、たとえば波長λ₃ として380nm
、波長λ₄ として450nm を設定することが可能であ
る。あるいは波長λ₄ としてとくに定めずに380nm 以上
の波長の光を透過するハイパスフィルタを使用すること
もできる。

【００４８】このように検出ヘッド４Ｄを構成すること
により、励起用光源11（たとえばハロゲンランプ、キセ
ノンランプ、水銀ランプ等）から発光された光は、干渉
フィルタ42によって単一の波長λ₁ のみが選択的に透過
されて積分光学装置37の頂部の穴43を介して鋼板１表面
の油２に照射される。そして、鋼板１の表面から反射し
て積分光学装置37内に散乱する反射光のうち、バンドパ
スフィルタ40を透過した狭帯域波長の強度は励起波長検
出器15によって検出され、バンドパスフィルタ41を透過
した広帯域波長の強度は蛍光検出器14によって検出され
る。

【００４９】ついで、励起波長検出器15で検出された励
起波長強度Ｉ（λ₁ ）と蛍光検出器14で検出された波長
λ₃ からλ₄ までの広範囲における蛍光波長強度Ｉ
_f （λ₃，λ₄ ）とを用いて演算処理装置８において塗
油量ｄを下記(13)式で演算し、その結果を上位計算機10
に伝送し、さらに表示を行うようにする。 ｄ＝Ｉ_f （λ₃ ，λ₄)／〔Ｃ₁ ・γ・Ｉ₀ （λ₁)・｛１＋Ｃ₂ ・Ｉ（λ₁)｝〕 ……………(13) ここで、Ｃ₁ ，Ｃ₂ は定数、γは（12) 式で表される蛍
光効率、Ｉ₀ （λ₁)は照射される励起光強度である。

【００５０】上記したように、油２からの蛍光強度Ｉ_f
（λ₃ ，λ₄)と鋼板１からの反射励起光強度Ｉ（λ₁)と
油２の蛍光効率γを測定することにより、高精度にオン
ラインで塗油量を求めることができる。なお、上記実施
例においては、いずれの場合も蛍光効率をオンラインで
測定するとして説明したが、本発明はこれに限るもので
はなく、使用される油種ごとに予めオフラインで測定し
ておいた蛍光効率の値を用いるようにしても同等の作用
効果を得ることができる。

【００５１】また、本発明によって測定された塗油量の
情報を塗油装置にフィードバックするようにすれば、よ
り一層安定な品質管理体制の実現を図ることができる。
さらに、上記実施例はいずれも、鉄鋼ラインにおいて走
行する鋼板表面の塗油量測定に適用されるとして説明し
たが、本発明における適用範囲はこれに限定されるもの
ではなく、アルミニウム板や銅箔などの各種非鉄分野へ
の応用も可能であることはいうまでもない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、測定対象である金属材料の表面に塗布された油の
量を単位面積当たりの塗油量が微量であっても十分な感
度で測定することが可能であり、下地金属材料の表面性
状の違いによる受光蛍光強度の変化を反射励起光強度変
化により補正することにより、下地金属材料の表面状態
が変化しても精度よく測定を行うことができる。これに
よって、要求通りの塗油ができるほか、塗りむらをなく
すことによる品質の安定化や目標通りの最少塗油量の実
現による経済的効果と装置が小型化できるというすぐれ
た効果を奏する。

【００５３】また、本発明によれば、測定対象である金
属材料表面に対して垂直方向から励起光を照射するよう
にするとともに、励起光と同軸から反射光を集光するよ
うにしたので、金属材料の振動による影響を最小限に抑
制して塗油量を測定することが可能である。さらに、本
発明による装置は対象が連続的走行する場合だけでな
く、静止している場合やあるいは小片のサンプルに対し
ても使用することができるので、簡易式に携帯してサン
プリング測定やオフラインでのバッチ的な検査にも使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る塗油量測定装置の全体構成を示す
正面図である。

【図２】本発明に用いられる検出ヘッドの一実施例の構
成を示す模式図である。

【図３】油種および下地金属材料の表面状態の違いによ
り蛍光強度が変わることを示す特性図で、(a) ，(b) ，
(c) は油種をそれぞれ変えたときの蛍光強度測定値と重
量測定法での塗油量実測値との関係を示したものであ
る。

【図４】本発明による塗油量測定値と重量測定法での塗
油量実測値との関係を示す特性図である。

【図５】本発明に用いられる検出ヘッドの他の実施例の
構成を示す模式図である。

【図６】図５に示した検出ヘッドの作用の説明図であ
る。

【図７】図５に示した検出ヘッドの他の実施例の構成を
示す模式図である。

【図８】図５に示した検出ヘッドの他の実施例の構成を
示す模式図である。

【図９】図８に示した検出ヘッドの別の実施例の構成を
示す模式図である。

【図10】(a) , (b) は本発明の原理の説明図である。

【符号の説明】

１ 鋼板（金属材料） ２ 油 ４ 検出ヘッド ８ 演算処理装置 10 上位計算機 11 励起用光源（励起光を照射する手段） 12 集光装置 13 分光素子 14 蛍光検出器 15 励起波長検出器 16 分光セル 17 ビームスプリッタ（分光手段） 18，18′光学フィルタ 19 蛍光効率測定用蛍光検出器 20 ハウジング 22 反射ミラー（励起光を照射する手段） 23 チョッパ 24 平面ミラー 25，27, 34, 43 穴 26 第１の集光レンズ 28 ベース 29 駆動装置 30 第２の集光レンズ 31 ハーフミラー 32 光学フィルタ 33 第１の放物面ミラー 35 平面ミラー 36 第２の放物面ミラー 37 積分光学装置 38, 39 光検出用ポート 40，41 バンドパスフィルタ 42 干渉フィルタ LB 励起光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守屋 進 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎 製鉄株式会社 鉄鋼開発・生産本部 鉄 鋼研究所内 (72)発明者 市川 文彦 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎 製鉄株式会社 鉄鋼開発・生産本部 鉄 鋼研究所内 (72)発明者 清野 芳一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎 製鉄株式会社 鉄鋼開発・生産本部 千 葉製鉄所内 (72)発明者 馬場 幸裕 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎 製鉄株式会社 鉄鋼開発・生産本部 千 葉製鉄所内 (56)参考文献 特開 平３−77003（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−118989（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−264850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−138102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−61146（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/62 - 21/64 G01N 21/33 G01B 11/00 - 11/24

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油が塗布された金属材料表面に特定波
   長の励起光を照射し、その照射によって生じる蛍光を含
   む反射光のスペクトル分布から金属材料表面の油の塗布
   量を測定する方法において、金属材料表面からの蛍光を
   含む反射光を集光し、集光された光のうち励起波長成分
   と蛍光波長成分に分光し、該分光された励起波長成分と
   蛍光波長成分から励起波長強度と蛍光波長強度とをそれ
   ぞれ測定し、予め測定された油の蛍光効率と前記した励
   起波長強度および蛍光波長強度とから塗油量を算出する
   ことを特徴とする金属材料表面の塗油量測定方法。
2. 【請求項２】 油が塗布された金属材料表面に特定波
   長の励起光を照射し、その照射によって生じる蛍光を含
   む反射光のスペクトル分布から金属材料表面の油の塗布
   量を測定する方法において、金属材料表面からの蛍光を
   含む反射光を集光し、集光された光のうち励起波長成分
   と蛍光波長成分に分光し、該分光された励起波長成分と
   蛍光波長成分から励起波長強度と蛍光波長強度とをそれ
   ぞれ測定し、かつ油の蛍光効率を測定し、該蛍光効率と
   前記した励起波長強度および蛍光波長強度とから塗油量
   を算出することを特徴とする金属材料表面の塗油量測定
   方法。
3. 【請求項３】 油が塗布された金属材料表面の測定対
   象面に対して、垂直な投光軸で特定波長の励起光を照射
   し、蛍光を含む反射光を前記投光軸と同軸方向から集光
   することを特徴とする請求項１または２記載の金属材料
   表面の塗油量測定方法。
4. 【請求項４】 油が塗布された金属材料表面に特定波
   長の励起光を照射する手段と、金属材料表面からの蛍光
   を含む反射光を集光する集光装置と、集光された光のう
   ち励起波長成分と蛍光波長成分に分光する分光素子と、
   前記励起波長成分と蛍光波長成分から励起波長強度と蛍
   光波長強度とをそれぞれ測定する励起波長検出器および
   蛍光検出器と、予め測定された油の蛍光効率と前記した
   各検出器からの測定値を用いて塗油量を算出する演算処
   理回路と、を備えてなることを特徴とする金属材料表面
   の塗油量測定装置。
5. 【請求項５】 油が塗布された金属材料表面に特定波
   長の励起光を照射する手段と、金属材料表面からの蛍光
   を含む反射光を集光する集光装置と、集光された光のう
   ち励起波長成分と蛍光波長成分に分光する分光素子と、
   前記励起波長成分と蛍光波長成分から励起波長強度と蛍
   光波長強度とをそれぞれ測定する励起波長検出器および
   蛍光検出器と、塗油機で塗油する前の油が満たされた分
   光セルに前記光源から分岐された光束を透過させる分光
   手段と、前記分光セル内の蛍光強度を分光素子を介して
   測定する蛍光効率測定用蛍光検出器と、前記した各検出
   器からの測定値を用いて塗油量を算出する演算処理回路
   と、を備えてなることを特徴とする金属材料表面の塗油
   量測定装置。
6. 【請求項６】 特定波長の励起光を照射する手段を、
   励起光が金属材料表面に対して垂直な投光軸となるよう
   に配置し、かつ金属材料表面からの蛍光を含む反射光を
   集光する集光装置を、前記投光軸と同軸方向から集光す
   るように配置したことを特徴とする請求項４または５記
   載の金属材料表面の塗油量測定装置。
7. 【請求項７】 集光装置は、励起光の投光軸上に配置
   されて励起光を通過させる穴を有するとともに金属材料
   表面からの蛍光を含む反射光を集光して平行光とする第
   １の集光レンズと、励起光の投光軸上に配置されて前記
   第１の集光レンズからの平行光を前記投光軸に対して直
   角の方向に反射するとともに励起光を通過させる穴を有
   する平面ミラーと、該平面ミラーで反射された平行光を
   集光して前記分光素子を介して前記励起波長検出器と蛍
   光検出器に導く第２の集光レンズと、によって構成され
   ることを特徴とする請求項６記載の金属材料表面の塗油
   量測定装置。
8. 【請求項８】 集光装置は、励起光の投光軸上に配置
   されて励起光を通過させる穴を有するとともに集光した
   金属材料表面からの蛍光を含む反射光を投光軸に対して
   直角な方向に平行光として反射する第１の放物面ミラー
   と、該第１の放物面ミラーにより反射された平行光を投
   光軸と平行な方向に反射する平面ミラーと、該平面ミラ
   ーで反射された平行光を集光して前記分光素子を介して
   前記励起波長検出器と蛍光検出器に導く第２の放物面ミ
   ラーと、によって構成されることを特徴とする請求項６
   記載の金属材料表面の塗油量測定装置。
9. 【請求項９】 集光装置は、金属材料表面からの蛍光
   を含む反射光を入光する穴と、励起光を通過させる穴
   と、分光素子を介して前記励起波長検出器と蛍光検出器
   に導く穴を有する蛍光を含む反射光を集光する積分光学
   装置であることを特徴とする請求項６記載の金属材料表
   面の塗油量測定装置。
10. 【請求項10】 集光装置を測定距離調整用ベースに取付
    けて、駆動装置によって測定対象面に対して垂直方向に
    移動可能とすることを特徴とする請求項６、７、８また
    は９記載の金属材料表面の塗油量測定装置。