JP3940327B2 - 金属板の厚さ計測方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搬送される温度の高い金属板の厚さを安定に精度良く計測することができる、金属板の厚さ計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
温度の高い金属板の厚さを非接触で計測する方法としては、図６に示すような放射線厚さ計もしくは図７に示すようなレーザ厚さ計を使用する方法が一般的に知られている。放射線厚さ計は放射線を発生する線源と放射線を検出する検出器とを計測対象である金属板を挟んで対向させたものであって、金属板を透過した線源からの放射線を検出器により検出することにより金属板の厚さを計測するものである。この放射線厚さ計は温度変化に対して計測結果が安定である利点があるが、時定数が例えば０．４秒程度と大きいため計測対象の細かい板厚変動に応答できず、ビーム径が例えば５０ｍｍ程度と大きいため金属板の先端部及び後端部ではビームが部分的に金属板を外れ、時定数が大きいこともあって金属板の先端部及び後端部で誤差を生ずるという問題があった。
【０００３】
一方、レーザ厚さ計はフレームに取り付けたレーザ変位計を計測対象である金属板を挟んで対向させたものである。レーザ変位計は金属板にレーザ光を照射してその反射光から三角測量の原理で金属板までの距離を計測するものであり、一定であるレーザ変位計の間の距離と両レーザ変位計から金属板までの距離から金属板の厚さを求めるものである。このレーザ厚さ計は時定数が例えば０．０１秒程度と小さいので計測対象の短い周期の板厚変動も計測することができ、ビーム径が例えば１ｍｍ程度と小さいので金属板の先端部及び後端部でも生ずる誤差が小さい利点があるが、温度変化によりレーザ変位計を取り付けたフレームにたわみを生じてレーザ変位計の間の距離が変化し、ドリフト誤差を生ずるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこの相反する利点と欠点を有する放射線厚さ計とレーザ厚さ計を組み合わせ、搬送される温度の高い金属板の厚さを安定に精度良く計測することができる金属板の厚さ計測方法を提供するためになされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の金属板の厚さ計測方法は、搬送される金属板のほぼ同じ位置の厚さを放射線厚さ計とレーザ厚さ計とにより計測し、放射線厚さ計の計測結果を使用してレーザ厚さ計のドリフト誤差を補正する金属板の厚さ計測方法であって、レーザ厚さ計のドリフト誤差の補正に使用する放射線厚さ計の計測結果は、放射線厚さ計が不安定な期間においては放射線厚さ計の計測結果をローパスフィルタに通した後の特定の時点の値とすることを特徴とするものである。なお、レーザ厚さ計のドリフト誤差の補正に使用する放射線厚さ計の計測結果は、放射線厚さ計が安定な期間においては放射線厚さ計の計測結果をローパスフィルタに通したものとし、これにハイパスフィルタを通したレーザ厚さ計の計測結果を加え合わせることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。
図１乃至図３は本発明を実施するに際して使用する計測装置の構成の一例を示すもので、放射線厚さ計及びレーザ厚さ計が図１のように配置してある。すなわち、計測対象である金属板Ｗがコ字型のフレーム１の開口部分を図上紙面に垂直方向に図示しない搬送手段により搬送されるようにしてあり、放射線厚さ計を構成する線源２とレーザ厚さ計を構成する第１のレーザ変位計３がフレーム１の下側に、放射線厚さ計を構成する検出器４とレーザ厚さ計を構成する第２のレーザ変位計５がフレーム１の上側にそれぞれ設置してある。ここで、放射線厚さ計とレーザ厚さ計は金属板のほぼ同じ位置を計測するように配置するものとする。
【０００７】
放射線厚さ計とレーザ厚さ計の物理的な寸法等の制約から、放射線厚さ計とレーザ厚さ計を金属板のほぼ同じ位置を計測するように配置することが困難な場合には、図２に示すように放射線厚さ計とレーザ厚さ計を配置することが好ましい。図２は側面から見た図であって、金属板Ｗは図上右方もしくは左方に搬送され、放射線厚さ計とレーザ厚さ計は金属板Ｗの搬送方向の直線状に前後に離して配置してある。これにより放射線厚さ計とレーザ厚さ計は金属板Ｗの同一位置を別の時刻に計測することになる。
【０００８】
このように配置された放射線厚さ計を構成する検出器４の検出信号を処理することで放射線厚さ計による板厚の計測結果が得られ、レーザ厚さ計を構成する第１のレーザ変位計３及び第２のレーザ変位計５の検出信号を処理することでレーザ厚さ計による板厚の計測結果が得られる。検出器４の検出信号から板厚の計測結果を得る構成ならびに第１のレーザ変位計３及び第２のレーザ変位計５の検出信号から板厚の計測結果を得る構成は、従来知られる放射線厚さ計ならびにレーザ厚さ計と同様であり、説明は省略する。
【０００９】
得られた放射線厚さ計及びレーザ厚さ計の計測結果は演算装置６に入力してある。演算装置６は例えば図３に示すような構成としてあり、放射線厚さ計による計測結果はローパスフィルタ７に、レーザ厚さ計の計測結果はローパスフィルタ８及びハイパスフィルタ９にそれぞれ入力してある。ローパスフィルタ７、８、及びハイパスフィルタ９の出力はそれぞれメモリ１０、１１及び１２に入力してあり、メモリ１０、１１及び１２によりそれぞれ時系列的に記憶される。また、レーザ厚さ計の計測結果は同時にメモリ１３に入力してあり、メモリ１３により記憶される。各メモリ１０、１１、１２及び１３の出力は加減算器１４に入力してある。こうした演算装置６はコンピューターのハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより構成することが可能である。
【００１０】
前記のように構成した計測装置に長さ方向に厚さの変化のある金属板を通過させると、計測点における板厚が時間とともに変化する時系列データとして得られることになる。理想的な計測器で計測した場合に図４Ａに示すような波形で計測結果が得られるような板厚形状の金属板を通過させると、放射線厚さ計では図４Ｂに示すような波形の計測結果が、レーザ厚さ計では図４Ｃに示すような波形の計測結果がそれぞれ得られる。放射線厚さ計では時定数が大きく、ビーム径が大きいため金属板の先端部及び後端部で計測結果に誤差を生じており、周期の短い板厚変動は正確に計測できていない。また、レーザ厚さ計では温度の高い金属板によりフレーム１が暖められてたわみを生じ、レーザ変位計の間の距離が変化して計測結果に長い周期のドリフト誤差を生じている。なお、放射線厚さ計とレーザ厚さ計を図２に示すように配置した場合には、放射線厚さ計による計測結果の波形とレーザ厚さ計による計測結果の波形が時間軸上でずれた形で得られることとなるが、メモリ１０、１１、１２及び１３に記憶させる時あるいは読み出す時に容易に時間軸を合わせることができる。
【００１１】
各計測結果、その他の波形は何れも時間の関数で表すことができるので、放射線厚さ計による計測結果をｆ（ｔ）、レーザ厚さ計による計測結果をｇ（ｔ）、ローパスフィルタ７の出力をｆ_ＬＰ（ｔ）、ローパスフィルタ８の出力をｇ_ＬＰ（ｔ）、ハイパスフィルタ９の出力をｇ_ＨＰ（ｔ）、最終計測結果をｈ（ｔ）とする。放射線厚さ計は金属板の計測を開始した後一定時間後に計測結果が安定し、金属板の計測を終了する一定時間前以降計測結果が不安定となる。そこで、放射線厚さ計が金属板の計測を開始した時刻をＴａ、計測結果が安定した時刻をＴｂ、計測結果が安定した状態を維持していた時刻をＴｃ、計測を終了した時刻をＴｄとする。
【００１２】
計測結果が安定した時刻Ｔｂ及び計測結果が安定した状態を維持していた時刻Ｔｃは実際には特定し難いので、計測開始時刻Ｔａと計測終了時刻ＴｄとからＴｂとＴｃとを定める。放射線厚さ計の時定数をτとするとＴｂはＴａからτだけ経過した時点以降であり、充分に安定ということを考慮してさらに一定の時間αを経過した時点Ｔｂ＝Ｔａ＋τ＋αとする。ＴｃはＴｄより前の時点であり、充分に安定ということを考慮してさらに一定の時間βだけ前のＴｃ＝Ｔｄ−βとする。
【００１３】
図５は演算装置６内の各部の波形を示すもので図５Ａはローパスフィルタ７の出力ｆ_ＬＰ（ｔ）、図５Ｂはローパスフィルタ８の出力ｇ_ＬＰ（ｔ）、図５Ｃはハイパスフィルタ９の出力ｇ_ＨＰ（ｔ）である。ローパスフィルタ７の出力ｆ_ＬＰ（ｔ）は放射線厚さ計による計測結果ｆ（ｔ）の長い周期の変化のみを抽出したもので、時刻ＴｂからＴｃの間については金属板の正確な平均的な厚さが計測されていることになる。ローパスフィルタ８の出力ｇ_ＬＰ（ｔ）はレーザ厚さ計による計測結果ｇ（ｔ）の長い周期の変化のみを抽出したもので、金属板の平均的な厚さが計測されているわけであるが、レーザ厚さ計のドリフトが含まれている。ハイパスフィルタ９の出力ｇ_ＨＰ（ｔ）はレーザ厚さ計による計測結果ｇ（ｔ）の長い周期の変化を除いたもので、短い周期の厚さの変化分となる。
【００１４】
これらのローパスフィルタ７、８の出力ｆ_ＬＰ（ｔ）、ｇ_ＬＰ（ｔ）及びハイパスフィルタ９の出力ｇ_ＨＰ（ｔ）はそれぞれメモリ１０、１１及び１２に時系列的に記憶される。また、レーザ厚さ計による計測結果ｇ（ｔ）はメモリ１３により記憶される。メモリ１０、１１、１２及び１３に記憶された波形を、加減算器１４により演算し、図５Ｄに示す最終的な厚さ計測結果ｈ（ｔ）を得るものである。
【００１５】
Ｔｂまでの間は、放射線厚さ計の計測結果は充分に安定しておらず、レーザ厚さ計の計測結果はドリフト誤差を含むものである。そこでＴｂの時点における放射線厚さ計による平均厚さの計測結果を使用してレーザ厚さ計の誤差を補正する。次にＴｂからＴｃまでの間では放射線厚さ計の計測結果は充分に安定しているので、放射線厚さ計による平均厚さの計測結果によりレーザ厚さ計の誤差を補正する。さらに、Ｔｃ以後においては放射線厚さ計の計測結果が充分安定ではなくなるので、Ｔｃの時点における放射線厚さ計による平均厚さの計測結果を使用してレーザ厚さ計の誤差を補正する。
【００１６】
これを式で表して整理すると、
ｔ＜Ｔｂのとき ｈ（ｔ）＝ｇ(ｔ)−ｇ_ＬＰ(Ｔｂ)＋ｆ_ＬＰ(Ｔｂ)
Ｔｂ≦ｔ≦Ｔｃのとき ｈ（ｔ）＝ｇ_ＨＰ(ｔ)＋ｆ_ＬＰ(ｔ)
Ｔｃ＜ｔのとき ｈ（ｔ）＝ｇ(ｔ)−ｇ_ＬＰ(Ｔｃ)＋ｆ_ＬＰ(Ｔｃ)
となり、加減算器１４はそれぞれの時点における所要の信号を取り込んで演算し、最終的な計測結果を出力することとなる。この最終的な計測結果はメモリを設けて記憶させることができるのは言うまでもない。
【００１７】
前記の式において、ｆ_ＬＰ（Ｔｂ）等はｔ＝Ｔｂの時点におけるｆ_ＬＰ（ｔ）の値を表しており、時系列的に記憶されたｆ_ＬＰ（ｔ）のＴｂ時点のデータを読み出すことにより得られるものである。このように、計測結果は実測定を終了した後メモリ１０、１１、１２及び１３に記憶された波形から演算して求められるものであり、実時間の計測を行うものとはなっていないが、ＴｂからＴｃまでの間はＴｂの時点で補正のための計測値が得られているので実時間での計測が可能である。また、Ｔｂ以前については計測開始後経過時間が短く、ドリフト誤差の蓄積が少ないので若干の誤差を容認すればレーザ厚さ計の計測結果をそのまま使用して実時間で計測することができる。さらに、Ｔｃの時点を例えば搬送装置に金属板の後端を検出するセンサーを設ける等して検知することにより補正のための計測値を得ることができ、Ｔｃ以降についても実時間での計測が可能となって、全て実時間で計測できることになる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は短い周期の板厚変動や金属板の先端部及び後端部が正確に計測できるレーザ厚さ計の計測結果を、温度変化に対して安定な放射線厚さ計の計測結果により補正するようにしたので、金属板の厚さを安定に精度良く計測することができるものである。したがって、本発明は従来の問題点を解消した金属板の厚さ計測方法を提供するものとして、その工業的価値は極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する際に使用する計測装置の厚さ計の配置の一例を示す図である。
【図２】厚さ計の配置の別の例を示す図である。
【図３】演算装置の構成の例を示すブロック図である。
【図４】厚さ計による計測結果を示す図である。
【図５】演算装置の内部の波形を示す図である。
【図６】放射線厚さ計の例を示す図である。
【図７】レーザ厚さ計の例を示す図である。
【符号の説明】
１ フレーム
２ 線源
３ 第１のレーザ変位計
４ 検出器
５ 第２のレーザ変位計
６ 演算装置
７、８ ローパスフィルタ
９ ハイパスフィルタ
１０、１１、１２、１３ メモリ
１４ 加減算器

Claims (2)

1. 搬送される金属板のほぼ同じ位置の厚さを放射線厚さ計とレーザ厚さ計とにより計測し、放射線厚さ計の計測結果を使用してレーザ厚さ計のドリフト誤差を補正する金属板の厚さ計測方法であって、レーザ厚さ計のドリフト誤差の補正に使用する放射線厚さ計の計測結果は、放射線厚さ計が不安定な期間においては放射線厚さ計の計測結果をローパスフィルタに通した後の特定の時点の値とすることを特徴とする金属板の厚さ計測方法。
2. レーザ厚さ計のドリフト誤差の補正に使用する放射線厚さ計の計測結果は、放射線厚さ計が安定な期間においては放射線厚さ計の計測結果をローパスフィルタに通したものとし、これにハイパスフィルタを通したレーザ厚さ計の計測結果を加え合わせることを特徴とする請求項１に記載の金属板の厚さ計測方法。

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