JPH0413910A - 酸化膜厚さ分布測定装置 - Google Patents
酸化膜厚さ分布測定装置Info
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- JPH0413910A JPH0413910A JP11737790A JP11737790A JPH0413910A JP H0413910 A JPH0413910 A JP H0413910A JP 11737790 A JP11737790 A JP 11737790A JP 11737790 A JP11737790 A JP 11737790A JP H0413910 A JPH0413910 A JP H0413910A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、たとえば鉄鋼業における鋼板ストリップ上の
酸化膜厚さ、あるいは圧延および鋳造コル上の酸化膜厚
さ分布を測定してプロセスの操業条件を管理，制御し良
質の製品を安定して製造するための酸化膜厚さ分布測定
装置に関する。
酸化膜厚さ、あるいは圧延および鋳造コル上の酸化膜厚
さ分布を測定してプロセスの操業条件を管理，制御し良
質の製品を安定して製造するための酸化膜厚さ分布測定
装置に関する。
酸化膜厚さを精度よく測定する方法としてはエリプソメ
トリ−法が知られているが、この方法は偏光させた光を
照射し角度を変えて測定しなければならず、鉄鋼業にお
ける鋼板ストリップや、圧延ロールなど粗面でかつ高速
で動いている物体表面を測定するのには適していない。
トリ−法が知られているが、この方法は偏光させた光を
照射し角度を変えて測定しなければならず、鉄鋼業にお
ける鋼板ストリップや、圧延ロールなど粗面でかつ高速
で動いている物体表面を測定するのには適していない。
このようなプロセスは、水蒸気や粉塵，高温，振動とい
った劣悪な環境にあり、従来からもこのような環境で酸
化膜厚分布を自動的に測定できる装置がなかったのが実
状である。また特開昭６２−９３６０６号公報に開示さ
れた方法では、測定に波長可変型レーザを必要とするな
どコスト、寿命の点で問題がある。
った劣悪な環境にあり、従来からもこのような環境で酸
化膜厚分布を自動的に測定できる装置がなかったのが実
状である。また特開昭６２−９３６０６号公報に開示さ
れた方法では、測定に波長可変型レーザを必要とするな
どコスト、寿命の点で問題がある。
本発明は、鉄鋼業における圧延プロセスのような劣悪な
環境においても、ストリップ、ロール等の粗い表面に付
着した酸化膜厚さ分布を簡単に精度よく測定し、しかも
コスト、粉塵等に対する対環境性、光源の寿命の点でも
信頼性の高い酸化膜厚さ分布測定装置を提供することに
ある。
環境においても、ストリップ、ロール等の粗い表面に付
着した酸化膜厚さ分布を簡単に精度よく測定し、しかも
コスト、粉塵等に対する対環境性、光源の寿命の点でも
信頼性の高い酸化膜厚さ分布測定装置を提供することに
ある。
本発明による酸化膜厚さ分布測定装置は、被測定物体表
面上に均一な赤外線照射輝度を形成せしめるために面状
の熱放射源を用いることにより低コストで対環境性も高
く長寿命な光源を提供でき、また演算装置は予め求めで
ある反射率と萌化膜厚さとの関係式を用いるため粗い表
面に対しても簡単に精度よく酸化膜厚さ分布をａ１算す
ることができる。
面上に均一な赤外線照射輝度を形成せしめるために面状
の熱放射源を用いることにより低コストで対環境性も高
く長寿命な光源を提供でき、また演算装置は予め求めで
ある反射率と萌化膜厚さとの関係式を用いるため粗い表
面に対しても簡単に精度よく酸化膜厚さ分布をａ１算す
ることができる。
さらに、厚い酸化膜厚の測定に当っては、検出に用いる
赤外線の波長を、要求される最大の酸化膜厚さと酸化膜
の屈折率との積の４倍の値よりも大きくとることにより
、測定できる膜厚の範囲を広げることができる。
赤外線の波長を、要求される最大の酸化膜厚さと酸化膜
の屈折率との積の４倍の値よりも大きくとることにより
、測定できる膜厚の範囲を広げることができる。
また、被測定物体が回転する円筒状の物体、あるいは搬
送されるストリップ状の物体である場合には、面状熱放
射源を幅方向にわたって配置することにより容易に被測
定物体の幅方向、および移動方向にわたる酸化膜厚分布
を測定することができる。
送されるストリップ状の物体である場合には、面状熱放
射源を幅方向にわたって配置することにより容易に被測
定物体の幅方向、および移動方向にわたる酸化膜厚分布
を測定することができる。
面状の熱放射源によって被測定物体表面上に均一に形成
された波長λにおける赤外照射輝度をＬ入０とし、面上
の測定点における反射輝度をＬ入とすれば反射率ρ入は ρ、＝ＬＡ／Ｌ入。 （１）で求められる。
された波長λにおける赤外照射輝度をＬ入０とし、面上
の測定点における反射輝度をＬ入とすれば反射率ρ入は ρ、＝ＬＡ／Ｌ入。 （１）で求められる。
一方、反射率ρ入と酸化膜厚さｄとの間の関係は、例え
ば実験的に予め１求めておき ｄ＝Ｆ （ρ入） のような関数として表現することができる。
ば実験的に予め１求めておき ｄ＝Ｆ （ρ入） のような関数として表現することができる。
したがって、被測定面上の各点において反射輝度を計測
しく１）式によって反射率を求め、さらに（２）式によ
って酸化膜厚を求めることができる。
しく１）式によって反射率を求め、さらに（２）式によ
って酸化膜厚を求めることができる。
赤外照射輝度り入０は例えば熱放射源表面温度を熱電対
で測定しておいて、検出した温度値からウィーンの式等
を用いて求めてもよいし、あるいは標準反射板を被測定
物体表面上に設置してそこからの反射輝度から求める等
、いろいろな方法が可能である。
で測定しておいて、検出した温度値からウィーンの式等
を用いて求めてもよいし、あるいは標準反射板を被測定
物体表面上に設置してそこからの反射輝度から求める等
、いろいろな方法が可能である。
反射率ρいと酸化膜厚さｄとの間の関係は、被測定物体
表面が平滑で、物体および酸化膜の光学定数（屈折率と
吸収係数）が既知である場合は例えば文献（Ｔｈｅｒｍ
ａｌ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ）ｔｅａｔ Ｔｒａｎｓｆ
ｅｒ、２ｎｄＥｄｊｊｉｏｎ、Ｒ，Ｓｉｅｇｅｌ ａ
ｎｄ Ｊ、Ｒ，Ｈｏｗｅｌｌ、Ｍｃ、Ｇｒａｗ １
（ｉｌｌ。
表面が平滑で、物体および酸化膜の光学定数（屈折率と
吸収係数）が既知である場合は例えば文献（Ｔｈｅｒｍ
ａｌ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ）ｔｅａｔ Ｔｒａｎｓｆ
ｅｒ、２ｎｄＥｄｊｊｉｏｎ、Ｒ，Ｓｉｅｇｅｌ ａ
ｎｄ Ｊ、Ｒ，Ｈｏｗｅｌｌ、Ｍｃ、Ｇｒａｗ １
（ｉｌｌ。
ｐＰ、７］１３−７４６）に示されている方法で理論的
に求めることもできるが、実際の測定対象物体表面の多
くはある程度の粗度をもっているため理論式とは必ずし
も一致しないため、実験的に求めるのが実際的であろう
。実験的に求める方法としては一例えば酸化させた試料
表面を真空中で深さ方向に一定速度でエツチングしなが
ら酸素等の元素分析をＥＳＣ八等の分析装置で行なうこ
とにより酸化膜厚を測定することができ、一方その試料
表面の赤外反射率を別途実験的に測定すれば両者の関係
がわかる。このような測定を、酸化程度の異なる試料を
用いて行なえば（２）式のような反射率ρいと酸化膜厚
さｄとの間の関係式が求まる。
に求めることもできるが、実際の測定対象物体表面の多
くはある程度の粗度をもっているため理論式とは必ずし
も一致しないため、実験的に求めるのが実際的であろう
。実験的に求める方法としては一例えば酸化させた試料
表面を真空中で深さ方向に一定速度でエツチングしなが
ら酸素等の元素分析をＥＳＣ八等の分析装置で行なうこ
とにより酸化膜厚を測定することができ、一方その試料
表面の赤外反射率を別途実験的に測定すれば両者の関係
がわかる。このような測定を、酸化程度の異なる試料を
用いて行なえば（２）式のような反射率ρいと酸化膜厚
さｄとの間の関係式が求まる。
反射輝度分布の計測は、検出器を空間的に走査して行な
ってもよいし、あるいは１次元あるいは２次元のアレイ
素子を用いて行なってもよい。
ってもよいし、あるいは１次元あるいは２次元のアレイ
素子を用いて行なってもよい。
酸化膜厚が無い状態から成長していく過程においては、
−船釣に金属面の反射率は始めのうち減少し、膜厚ｄが
（λ／４ｎ）になった時点から再び増加する複雑な挙動
を示すことが上記文献等で知られている。したがって、
簡単にしかも精度よく反射率から酸化膜厚を測定するた
めには検出に用いる波長を４・ｎ−ｄ ｍａｘよりも大
きくとるとよい。
−船釣に金属面の反射率は始めのうち減少し、膜厚ｄが
（λ／４ｎ）になった時点から再び増加する複雑な挙動
を示すことが上記文献等で知られている。したがって、
簡単にしかも精度よく反射率から酸化膜厚を測定するた
めには検出に用いる波長を４・ｎ−ｄ ｍａｘよりも大
きくとるとよい。
第１図は本発明による酸化膜厚さ分布測定装置の具体例
を示したものである。被測定物体である金属板５の上面
に酸化膜を生成させるプロセスにおいて、金属板５の上
方に面状の加熱放射源１を設置し、その金属板５上での
反射像部分４における反射輝度分布を２次元アレイ素子
を用いた検出器２で測定する。検出器２の出力信号は演
算装置３に送られて酸化膜厚さ分布に変換され、それが
プロセス制御装置、コンピュータ等に送られて製品品質
管理、制御等に利用される。
を示したものである。被測定物体である金属板５の上面
に酸化膜を生成させるプロセスにおいて、金属板５の上
方に面状の加熱放射源１を設置し、その金属板５上での
反射像部分４における反射輝度分布を２次元アレイ素子
を用いた検出器２で測定する。検出器２の出力信号は演
算装置３に送られて酸化膜厚さ分布に変換され、それが
プロセス制御装置、コンピュータ等に送られて製品品質
管理、制御等に利用される。
本具体例では、金属板上面をできるだけ広くおおうよう
に、広い放射面積を持つ熱放射源１を使用した。熱放射
源の放射体は表面を黒化処理した銅板であり、内部にシ
ースヒータを埋めこんで加熱し、表面温度は複数箇所に
溶着された熱電対で測定し、均一温度が得られるように
自動制御した。
に、広い放射面積を持つ熱放射源１を使用した。熱放射
源の放射体は表面を黒化処理した銅板であり、内部にシ
ースヒータを埋めこんで加熱し、表面温度は複数箇所に
溶着された熱電対で測定し、均一温度が得られるように
自動制御した。
熱放射源による金属板上の反射像部分４における照射輝
度はあらかじめ、熱放射源表面温度に対して実験的に校
正しであるため、表面温度の測定値からただちに求めら
れる。
度はあらかじめ、熱放射源表面温度に対して実験的に校
正しであるため、表面温度の測定値からただちに求めら
れる。
検出器２は、反射像部分４における反射輝度分布を測定
できるように、金属板に対して斜めの方向から向けられ
ている。演算装置３は、検出器２から送られてきた反射
輝度信号り入と、熱放射源の表面温度信号から求まる照
射輝度しい。から（１）式により反射率９人を割算し、
予め記憶しである関係式（２）を用いて酸化膜厚ｄを求
める。これを。
できるように、金属板に対して斜めの方向から向けられ
ている。演算装置３は、検出器２から送られてきた反射
輝度信号り入と、熱放射源の表面温度信号から求まる照
射輝度しい。から（１）式により反射率９人を割算し、
予め記憶しである関係式（２）を用いて酸化膜厚ｄを求
める。これを。
反射像部分４全体にわたって行なうことにより。
酸化膜厚さ分布を測定することができる。
第２図は、酸化膜厚さが増加するときの金属表面の反射
率変化挙動を異なる波長に対して示した図である。測定
が要求される酸化膜厚さの最大値をｄｍａｘとするとき
、検出波長λが４・ｎ−ｄ ｍａｘよりも小さい場合（
点線）には、酸化膜厚さがｄ Ｉ＋ｌａｘに達するまえ
に最小値に達し再び増加する。
率変化挙動を異なる波長に対して示した図である。測定
が要求される酸化膜厚さの最大値をｄｍａｘとするとき
、検出波長λが４・ｎ−ｄ ｍａｘよりも小さい場合（
点線）には、酸化膜厚さがｄ Ｉ＋ｌａｘに達するまえ
に最小値に達し再び増加する。
したがって、この場合にはひとつの反射率に対して２つ
あるいはそれ以上の酸化膜厚さが対応してしまうため正
しく酸化膜厚が求まらない場合がある。このような状況
が懸念される場合には、前記特許請求の範囲第（２）項
に記載したように、検出波長をλ〉４・ｎ−ｄ ｍａｘ
ととることによって（実線）反射率と酸化膜厚を１対１
に対応させ精度よく測定することができる。
あるいはそれ以上の酸化膜厚さが対応してしまうため正
しく酸化膜厚が求まらない場合がある。このような状況
が懸念される場合には、前記特許請求の範囲第（２）項
に記載したように、検出波長をλ〉４・ｎ−ｄ ｍａｘ
ととることによって（実線）反射率と酸化膜厚を１対１
に対応させ精度よく測定することができる。
第３図は、本発明による酸化膜厚さ分布測定装置のもう
ひとつの具体例を示したものである。この例では、被測
定物体は搬送される銅帯であるため、熱放射源は比較的
幅が狭く、銅帯の幅方向には長いものを使用した。この
例では検出器２は銅帯の幅方向のみに１次元的に走査し
、１次元的な酸化膜厚さ分布を測定しそれを、時間的に
連続して行なうことによって銅帯表面上の２次元的な酸
化膜厚さ分布を測定することができる。このような」り
水装置では、被測定物体として回転する圧延ロールのよ
うなものの表面も測定することができることはいうまで
もない。
ひとつの具体例を示したものである。この例では、被測
定物体は搬送される銅帯であるため、熱放射源は比較的
幅が狭く、銅帯の幅方向には長いものを使用した。この
例では検出器２は銅帯の幅方向のみに１次元的に走査し
、１次元的な酸化膜厚さ分布を測定しそれを、時間的に
連続して行なうことによって銅帯表面上の２次元的な酸
化膜厚さ分布を測定することができる。このような」り
水装置では、被測定物体として回転する圧延ロールのよ
うなものの表面も測定することができることはいうまで
もない。
本発明によれば、鉄鋼業はもちろん他の金属製品製造業
あるいは半導体製造業における種々のプロセスにおいて
、物体表面の酸化膜厚分布の測定が自動的に容易にしか
も低コストで高精度で測定できる装置を提供することが
でき、製品品質の管理、制御精度の向上に対する寄与は
計り知れない。
あるいは半導体製造業における種々のプロセスにおいて
、物体表面の酸化膜厚分布の測定が自動的に容易にしか
も低コストで高精度で測定できる装置を提供することが
でき、製品品質の管理、制御精度の向上に対する寄与は
計り知れない。
第１図は、本発明による酸化膜厚さ分布測定装置の具体
例である。 第２図は、酸化膜厚さが増加するときの金属表面の反射
率変化挙動を異なる波長に対して示した図である。 第３図は、本発明による酸化膜厚さ分布測定装置のもう
ひとつの具体例を示した図である。 に面状熱放射源 ２：検出器３：演算袋ｗ
４：反射像部分５：被測定物体
例である。 第２図は、酸化膜厚さが増加するときの金属表面の反射
率変化挙動を異なる波長に対して示した図である。 第３図は、本発明による酸化膜厚さ分布測定装置のもう
ひとつの具体例を示した図である。 に面状熱放射源 ２：検出器３：演算袋ｗ
４：反射像部分５：被測定物体
Claims (3)
- （１）被測定物体表面上に均一な赤外線照射輝度を形成
せしたるための面状の熱放射源と、該物体表面上での反
射輝度分布を検出する検出器と、該反射輝度分布検出値
から該物体表面上での酸化膜厚分布を求める演算装置と
を備え、該演算装置は該物体表面上の各点における反射
輝度を照射輝度で除して反射率分布を求め、さらに予め
記憶装置に記憶せしめた反射率と酸化膜厚さとの関係式
と該反射率分布から酸化膜厚分布を求めることを特徴と
する酸化膜厚さ分布測定装置。 - （２）検出に用いる赤外線の波長が、要求される最大の
酸化膜厚さと酸化膜の屈折率との積の４倍の値よりも大
きいことを特徴とする前記特許請求の範囲第（１）項記
載の酸化膜厚さ分布測定装置。 - （３）被測定物体が回転する円筒状の物体、あるいは搬
送されるストリップ状の物体であり、面状熱放射源が幅
方向にわたって配置されたことを特徴とする前記特許請
求の範囲第（１）項記載の酸化膜厚さ分布測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11737790A JPH0413910A (ja) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | 酸化膜厚さ分布測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11737790A JPH0413910A (ja) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | 酸化膜厚さ分布測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0413910A true JPH0413910A (ja) | 1992-01-17 |
Family
ID=14710146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11737790A Pending JPH0413910A (ja) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | 酸化膜厚さ分布測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0413910A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006337310A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | 金属表面の酸化膜厚さ測定方法 |
| CN109974604A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-07-05 | 南昌航空大学 | 一种基于线扫描摄像机的钢板氧化皮厚度在线测量装置及方法 |
| US20210356253A1 (en) * | 2018-11-09 | 2021-11-18 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Oxide film thickness measurement device and method |
-
1990
- 1990-05-07 JP JP11737790A patent/JPH0413910A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006337310A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | 金属表面の酸化膜厚さ測定方法 |
| US20210356253A1 (en) * | 2018-11-09 | 2021-11-18 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Oxide film thickness measurement device and method |
| US11852458B2 (en) * | 2018-11-09 | 2023-12-26 | Kobe Steel, Ltd. | Oxide film thickness measurement device and method |
| CN109974604A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-07-05 | 南昌航空大学 | 一种基于线扫描摄像机的钢板氧化皮厚度在线测量装置及方法 |
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