JPH05164617A - System for measuring surface-physical-property value and surface-characteristic value of continuous process material - Google Patents

System for measuring surface-physical-property value and surface-characteristic value of continuous process material

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JPH05164617A
JPH05164617A JP3352793A JP35279391A JPH05164617A JP H05164617 A JPH05164617 A JP H05164617A JP 3352793 A JP3352793 A JP 3352793A JP 35279391 A JP35279391 A JP 35279391A JP H05164617 A JPH05164617 A JP H05164617A
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JP
Japan
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measurement
emissivity
radiation thermometer
oxide film
continuous process
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JP3352793A
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Japanese (ja)
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Tomotaka Marui
智敬 丸井
Kazuo Arai
和夫 新井
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH05164617A publication Critical patent/JPH05164617A/en
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Abstract

PURPOSE:The surface-physical-property value and the surface-characteristic value of a process material and their measuring positions are measured accurately on line at the arbitrary positions of a continuous process line. CONSTITUTION:A plurality of radiation thermometers 14A-14N are arranged along a continuous process line. The measuring height and the measuring angle of each thermometer can be varied and can be detected. The ratio of the power of emissivities is operated by using luminance temperatures S1 and S2 at wavelengths lambda1 and lambda2 obtained with the radiation thermometers. The correlation data between the thickness of an oxide film (surface characteristic value) and the ratio of the power of emissivities, which are formed by off line based on experiment data, theory or the like, are applied, and the oxide-film thickness dk at an arbitrary measuring position is obtained. The measuring position is computed based on the measuring height and the measuring angle of each radiation thermometer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、プロセス材料を連続的
に処理する連続プロセスラインにおいて、材料表面から
の輻射を放射温度計で測定した際に得られる情報に基づ
いてプロセス材料の光学的物性値(屈折率、反射率、吸
収率、放射率、透過率)等の表面物性値あるいは酸化膜
厚等の表面特性値をオンラインで測定することができ
る、連続プロセス材料の表面物性値・特性値測定システ
ムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical properties of process materials based on information obtained when radiation from a material surface is measured by a radiation thermometer in a continuous process line for continuously processing process materials. Surface physical property values such as values (refractive index, reflectance, absorptance, emissivity, transmittance) and surface characteristic values such as oxide film thickness that can be measured online. Regarding measurement system.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、鋼板を熱間圧延する工程等の連
続プロセスラインでは、ラインの任意の位置でプロセス
材料の表面状態、即ち表面物性値、特性値がいかなる値
にあるかをオンラインで把握することがプロセス制御を
精度良く行う上で極めて重要である。
2. Description of the Related Art For example, in a continuous process line such as a process of hot rolling a steel sheet, the surface condition of the process material, that is, the surface physical property value and the characteristic value are grasped online at an arbitrary position of the line. It is extremely important to perform process control with high accuracy.

【0003】従来は、表面物性値、特性値を直接的に把
握することができなかったため、処理温度を測定し、そ
の処理温度と物性値等とが密接な関係にあることを前提
にして、該処理温度を制御量として用いてプロセス制御
を行っている。又、その際、上記連続プロセスラインで
は、通常処理温度の計測を放射温度計を用いて行ってい
る。
Conventionally, since it was not possible to directly grasp the surface physical property value and the characteristic value, it is assumed that the processing temperature is measured and that the processing temperature and the physical property value have a close relationship. Process control is performed using the processing temperature as a controlled variable. At that time, in the continuous process line, the normal processing temperature is measured using a radiation thermometer.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プロセ
ス材料の表面温度を放射温度計を用いて測定する場合に
は、鋼板等のプロセス材料のようにその表面に酸化膜が
形成され、経時的に変化していく場合には、その表面か
らの分光放射率も変化するためにその温度を必ずしも正
確に測定することができないという問題がある。
However, when the surface temperature of a process material is measured by using a radiation thermometer, an oxide film is formed on the surface like a process material such as a steel plate and changes with time. In that case, there is a problem that the temperature cannot always be accurately measured because the spectral emissivity from the surface also changes.

【0005】以下、この点について詳細に説明する。Hereinafter, this point will be described in detail.

【0006】初めに、以下の説明で使用する記号の原則
的意味を明らかにしておく。
First, the principle meaning of the symbols used in the following description will be clarified.

【0007】 温度測定波長 :λ1 、λ2 、... λi [μm ] 上記各波長の近接波長 :λ1x、λ2x、... λix [μm ] 上記波長の大小関係 λ1 <λ1x<λ2 <λ2x<... <λi <λix 温度測定波長λi における分光放射率 :εi [μm ] 近接波長λixにおける近接分光放射率 :εix [μm ] 熱物体表面 真温度 :T [K] 熱物体表面 波長λi における輝度温度:Si [K] 熱物体表面 波長λixにおける輝度温度:Six [K] 放射(Plank)第2定数 C2 :1.4388×104 [μm ・K]Temperature measurement wavelengths: λ 1 , λ 2 , ... λ i [μm] Proximity wavelengths of the above wavelengths: λ 1x , λ 2x , ... λ ix [μm] Magnitude relationship of the above wavelengths λ 1 < λ 1x22x <... <λ iix Spectral emissivity at temperature measurement wavelength λ i : ε i [μm] Proximity spectral emissivity at near wavelength λ ix : ε ix [μm] Thermal object Surface true temperature: T [K] Thermal object surface Luminance temperature at wavelength λ i : Si [K] Thermal object surface Luminance temperature at wavelength λ ix : Six [K] Radiant (Plank) second constant C2: 1.4388 × 10 4 [ μm ・ K]

【0008】放射測温技術を応用して熱物体の表面温度
を測定する放射温度計が広く用いられており、この放射
温度計には測定に使用する波長が1つの単色温度計と2
つの2色温度計がある。単色温度計ではもとより、2波
長を使用する2色温度計でも測定対象の放射率が変化す
る場合には大きな測定誤差が生じる。
A radiation thermometer for measuring the surface temperature of a hot object by applying the radiation temperature measurement technique is widely used. This radiation thermometer has a single color thermometer having one wavelength used for measurement and two radiation thermometers.
There are two two-color thermometers. Not only a monochromatic thermometer but also a two-color thermometer that uses two wavelengths causes a large measurement error when the emissivity of the measurement target changes.

【0009】2色温度計では、測定する2波長での分光
放射率がほぼ等しいか又は一定の比例関係が成立する場
合には温度測定精度に問題はないが、熱物体の表面状態
が酸化反応などで急変し、分光放射率が上記関係から外
れるときには測定精度が著しく悪くなる(単色式放射温
度計はこれよりもさらに誤差は大きい)。
In the two-color thermometer, when the spectral emissivities at the two wavelengths to be measured are substantially equal or a certain proportional relationship is established, there is no problem in temperature measurement accuracy, but the surface state of the thermal object is an oxidation reaction. When the spectral emissivity deviates from the above relation, the measurement accuracy becomes significantly worse (a monochromatic radiation thermometer has a larger error than this).

【0010】この測定精度問題を解決した放射温度計と
して放射率を補正して使用する改良形2色温度計が、特
公平3−4855に開示されている。
Japanese Patent Publication No. 3-4855 discloses an improved two-color thermometer which corrects the emissivity and is used as a radiation thermometer which solves this measurement accuracy problem.

【0011】又、上記改良形2色温度計と実質的に同一
の放射測温技術に、田中、D.P.Dewittによる「Theory o
f a New Radiation Thermometry Method and an Experi
mental Study Using Galvannealed Steel Specimens 」
(計測自動制御学会論文集第25巻第10号1031/
1037頁1989年10月)に開示されているTRA
CE(Thermometry Re-established by Automatic Comp
ensation of Emissivity)法がある。このTRACE法
は、特開平3−4855に開示されている改良形2色温
度計に比べ、繰り返し計算があるため、計算が複雑で時
間がかかり、又、実験式を作り難い等の欠点がある。
Further, the radiation temperature measuring technique which is substantially the same as that of the improved two-color thermometer is based on "Theory o" by Tanaka and DP Dewitt.
fa New Radiation Thermometry Method and an Experi
mental Study Using Galvannealed Steel Specimens "
(Proceedings of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol. 25, No. 10, 1031 /
TRA disclosed on page 1037, October 1989)
CE (Thermometry Re-established by Automatic Comp
ensation of Emissivity) method. This TRACE method has the drawbacks that the calculation is complicated and time consuming, and it is difficult to make an empirical formula as compared with the improved two-color thermometer disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-4855. ..

【0012】上記改良放射温度計とTRACE法は基本
的に同一の計算法を採用しているので前者を中心に説明
する。
Since the improved radiation thermometer and the TRACE method basically use the same calculation method, the former method will be mainly described.

【0013】特公平3−4855では、Wien (ウィー
ン)の近似則をもちいて得られる下記(1)、(2)式
で表わされる分光放射率の式からTを消去して下記
(3)式を求めている。この(3)式の左辺である分光
放射率の波長のべき乗の比(Kuramasu 数)を説明の便
宜上放射率累乗比と呼ぶ。
In Japanese Examined Patent Publication No. 3-4855, T is deleted from the formula of spectral emissivity represented by the following formulas (1) and (2) obtained by using the Wien approximation rule, and the following formula (3) is obtained. Are seeking. The ratio (Kuramasu number) of the power of the wavelength of the spectral emissivity, which is the left side of the equation (3), is called the emissivity exponentiation ratio for convenience of explanation.

【0014】なお、下記式は簡単のために離隔2波長λ
1 、λ2の場合を表記したものであるが、近接2波長λ
1 、λ1xでも同様に成立つ。
Note that the following equation is separated by two wavelengths λ for simplicity.
The case of 1 and λ 2 is shown, but two adjacent wavelengths λ
The same holds true for 1 and λ 1x .

【0015】 ε1 =exp {(C2 /λ1 )(1/T−1/S1 )} …(1) ε2 =exp {(C2 /λ2 )(1/T−1/S2 )} …(2) ε1 λ1 /ε2 λ2 =exp {C2 (1/S2 −1/S1 )} …(3) (左辺:放射率累乗比)Ε 1 = exp {(C 2 / λ 1 ) (1 / T-1 / S 1)} (1) ε 2 = exp {(C 2 / λ 2 ) (1 / T-1 / S 2)} (2) ε 1 λ 1 / ε 2 λ 2 = exp {C 2 (1 / S 2 −1 / S 1)} (3) (left side: emissivity power ratio)

【0016】上記式において、輝度温度S1 、S2 は2
波長検出器の出力として得られるので、上記放射率累乗
比の値は(3)式の右辺を計算することによりもとめる
ことができる。
In the above equation, the brightness temperatures S1 and S2 are 2
Since it is obtained as the output of the wavelength detector, the value of the emissivity exponentiation ratio can be obtained by calculating the right side of the equation (3).

【0017】又、(1)式、(2)式から熱物体表面の
真温度Tを表わす(4)式が得られ、この(4)式に分
光放射率の比を適用することによりTを求めることがで
きる。
Further, from the equations (1) and (2), the equation (4) expressing the true temperature T of the surface of the heat object is obtained, and by applying the ratio of the spectral emissivity to the equation (4), T can be obtained. You can ask.

【0018】 T=(λ2 −λ1 )/{(λ1 λ2 /C2 ) ln (ε1 /ε2 ) +λ2 /S1 −λ1 /S2 } …(4)T = (λ 2 −λ 1 ) / {(λ 1 λ 2 / C 2) ln (ε 1 / ε 2 ) + λ 2 / S 1 −λ 1 / S 2} (4)

【0019】一方、(5)式に示すような分光放射率比
と放射率累乗比の相関関数fをあらかじめ測定によって
決定しておく。
On the other hand, the correlation function f between the spectral emissivity ratio and the emissivity exponentiation ratio as shown in equation (5) is determined in advance by measurement.

【0020】温度測定に際しては前記(3)式で計算し
た放射率累乗比から相関関数fによって分光放射率比を
もとめ、その分光放射率比を用いて上記(4)式から真
温度Tを計算する。なお、前述の如く、旧式の2色放射
温度計は分光放射率比を1又は一定値として計算してお
り、分光放射率変化に対応していない。
In measuring the temperature, the spectral emissivity ratio is obtained from the emissivity exponential ratio calculated by the equation (3) by the correlation function f, and the true temperature T is calculated by the equation (4) using the spectral emissivity ratio. To do. As described above, the old two-color radiation thermometer calculates the spectral emissivity ratio as 1 or a constant value, and does not correspond to the change in spectral emissivity.

【0021】 ε1 /ε2 =f (ε1 λ1 /ε2 λ2 ) …(5)Ε 1 / ε 2 = f (ε 1 λ 1 / ε 2 λ 2 ) (5)

【0022】上記各式を用いる測定方法は、表面状態が
酸化反応などで変化する熱物体に適用する場合には、表
面変化に対して「鈍い」測定波長を選択すればよい精度
で温度測定が可能である。ところが、選択波長の放射率
累乗比が表面状態の変化に対して敏感に変化する場合に
は、以下に詳述する如く、測定精度が著しく悪くなる。
When the measurement method using the above equations is applied to a thermal object whose surface state changes due to an oxidation reaction or the like, temperature measurement can be performed with sufficient accuracy by selecting a "dull" measurement wavelength with respect to the surface change. It is possible. However, when the emissivity power ratio of the selected wavelength sensitively changes with respect to the change of the surface state, the measurement accuracy deteriorates remarkably as described below.

【0023】熱物体の表面状態の変化により選択波長の
分光放射率が敏感に変化する具体例としては、表面が酸
化され、その表面に半透明(測定波長で)の酸化膜が形
成される場合がある。この場合は、表面に形成された半
透明膜で光干渉がおこり分光放射率が激減することが起
こる。この場合は、放射率累乗比も同様に急変する。
As a specific example in which the spectral emissivity of the selected wavelength is sensitively changed by the change of the surface state of the heat object, the surface is oxidized and a semitransparent (at the measurement wavelength) oxide film is formed on the surface. There is. In this case, the semi-transparent film formed on the surface causes optical interference and the spectral emissivity is drastically reduced. In this case, the emissivity exponential ratio also changes suddenly.

【0024】このような放射率の急変現象は、牧野らに
よって、例えば、“Heat Transfer 1986”、vol.
2、Hemishere、(1986)、PP.577−582
において実験及び光干渉理論のモデル計算から、表面酸
化が発生すると波長の短い領域に分光放射率スペクトル
の落ち込み(以下、谷という)が現われ、この谷が酸化
の進行とともに波長の長い方向に移動する特徴的変化と
して確認されている。
Such a sudden change in the emissivity is described by Makino et al. In, for example, "Heat Transfer 1986", vol.
2, Hemishere, (1986), PP. 577-582
From the experiments and model calculations of the optical interference theory, when surface oxidation occurs, a drop in the spectral emissivity spectrum (hereinafter referred to as a valley) appears in the short wavelength region, and this valley moves in the long wavelength direction as the oxidation progresses. Confirmed as a characteristic change.

【0025】図13〜図17は、上記分光放射率スペク
トルの特徴的変化の一例を模式的に示した線図である。
13 to 17 are schematic diagrams showing an example of characteristic changes in the spectral emissivity spectrum.

【0026】図中、横軸は分光波長λ、縦軸は放射率ε
であり、valleyと示した部分が分光放射率スペクトルの
谷である。
In the figure, the horizontal axis is the spectral wavelength λ, and the vertical axis is the emissivity ε.
And the portion indicated as valley is the valley of the spectral emissivity spectrum.

【0027】図13〜図17には、ステンレススチール
等の金属表面に酸化膜が生成するに従ってその表面の分
光放射率スペクトルが変化していく様子が示されてい
る。
FIGS. 13 to 17 show how the spectral emissivity spectrum of a metal surface such as stainless steel changes as the oxide film is formed on the surface.

【0028】図13は酸化膜が生成する前の低温状態、
図14は中程度の温度に加熱されているが酸化膜が未生
成の段階、図15は中程度温度に加熱され酸化膜が生成
し始めた段階、図16は同温度で酸化膜が成長中の段
階、図17は高温度に加熱され厚い酸化膜が形成された
段階の各スペクトルである。
FIG. 13 shows a low temperature state before the oxide film is formed,
FIG. 14 shows a stage where an oxide film is not formed yet while being heated to a medium temperature, FIG. 15 is a stage where an oxide film starts to be formed when heated to a medium temperature, and FIG. 16 shows an oxide film growing at the same temperature. FIG. 17 shows the respective spectra at the stage where the thick oxide film was formed by heating to the high temperature.

【0029】上記谷が発生する理由は主として、酸化膜
による光干渉に起因すると考えられており、前記牧野ら
は、干渉理論に基づくモデル計算によって分光放射率ス
ペクトルを求め、計算結果と実験値とを比較するとよく
一致する、と報告している。
It is considered that the reason why the above-mentioned valleys occur is mainly due to the optical interference due to the oxide film, and Makino et al. Obtained the spectral emissivity spectrum by the model calculation based on the interference theory, and calculated the result and the experimental value. It is reported that they compare well with each other.

【0030】従って、上記分光放射率スペクトルが変化
する現象は、酸化膜の厚み以下のオーダの分光波長帯の
輻射エネルギーが選択的に酸化膜でトラップされるため
に現われると説明される。即ち、特異的に選択された輻
射が酸化膜で干渉乃至は多重反射をおこすために、顕著
なエネルギー減衰が生じ、酸化膜厚が厚くなるに従って
その選択波長帯が移動するため谷が短波長→長波長へと
移動すると考えられる。
Therefore, it is explained that the phenomenon that the spectral emissivity spectrum changes appears because the radiant energy in the spectral wavelength band on the order of the thickness of the oxide film or less is selectively trapped in the oxide film. That is, because the radiation specifically selected causes interference or multiple reflections in the oxide film, remarkable energy attenuation occurs, and the selected wavelength band moves as the oxide film thickness increases, so the valley has a short wavelength → It is thought to move to longer wavelengths.

【0031】このような分光放射率スペクトルに時間変
化が生じる場合には、放射率比が変化するため旧式の2
色放射温度計では測定誤差がでることはいうまでもな
く、前記改良型2色温度計でも使用する式の計算が困難
であるため、同様に測定誤差が生じる。
When such a spectral emissivity spectrum changes with time, the emissivity ratio changes, so that the old type 2
It goes without saying that a measurement error occurs in the color radiation thermometer, and it is also difficult to calculate the equation used in the improved two-color thermometer, and thus a measurement error similarly occurs.

【0032】その理由は、近接2波長λ1 、λ1xを使用
する改良型2色温度計の計算ではオフラインで2つの分
光放射率ε1 とε1xとの相関関係を実験データから予め
回帰関数として決定しておかねばならないのに、その回
帰が困難という事態に陥るためである。これを次に簡単
に説明する。
The reason is that in the calculation of the improved two-color thermometer using the two adjacent wavelengths λ 1 and λ 1x , the correlation between the two spectral emissivities ε 1 and ε 1x is preliminarily calculated from the experimental data by using a regression function. This is because it is difficult to return to the situation even though it must be decided as. This will be briefly described below.

【0033】分光放射率ε1 とε1xの実測データが、前
述の分光放射率スペクトルの如く、短波長→長波長へ谷
の移動が起こっている最中のデータとすると、放射率ε
1 とε1xの相関は「正相関」→「負の相関」→「正相
関」と変わる。
Assuming that the measured data of the spectral emissivity ε 1 and ε 1x is the data during the movement of the valley from the short wavelength to the long wavelength as in the above-mentioned spectral emissivity spectrum, the emissivity ε
The correlation between 1 and ε 1x changes from “positive correlation” to “negative correlation” to “positive correlation”.

【0034】これは、前記図13〜図17において接近
2波長λ1 、λ1xに対応する放射率ε1 とε1xの値の変
化を追っていけば容易に理解される。即ち、図中「vall
ey」部分の短波長側(スペクトル勾配が負である部分)
が波長λ1 、λ1xの間にきた場合に放射率ε1 とε1x
大小関係が逆転し、相関の正負が逆転する。
This can be easily understood by following the changes in the values of the emissivity ε 1 and ε 1x corresponding to the approaching two wavelengths λ 1 and λ 1x in FIGS. 13 to 17. That is, "vall
Short wavelength side of "ey" part (where the spectral slope is negative)
When is between wavelengths λ 1 and λ 1x , the magnitude relationship between the emissivity ε 1 and ε 1x is reversed, and the positive and negative signs of the correlation are reversed.

【0035】この様子を図19に具体的に示す。谷が通
過前(time1)と通過後(time2)とでは全く逆の相関
関係となることが理解される。谷のない時はこのような
相関の逆転は起こらない(図18)。
This state is concretely shown in FIG. It is understood that there is a completely opposite correlation between the valley before (time 1) and after the valley (time 2). When there is no valley, such a reversal of the correlation does not occur (Fig. 18).

【0036】田中等による「製鉄研究第339号」(1
990)63〜67でも、図20に模式的に示したよう
なε1 −ε2 相関グラフが一価でなく、ループができて
いるものが示されているが、このループも酸化膜輻射干
渉によるものと推定される。
"Steelmaking Research No. 339" by Tanaka et al. (1
990) 63 to 67, the ε 12 correlation graph as schematically shown in FIG. 20 is not monovalent, and a loop is formed, but this loop also shows oxide film radiation interference. It is estimated that

【0037】以上説明した如く、放射率ε1 とε1xの相
関回帰グラフは単純には決められないため、改良型2色
温度計の場合でも測定誤差が生じることが避けられない
ということになる。
As explained above, since the correlation regression graph of the emissivity ε 1 and ε 1x cannot be determined simply, it is inevitable that a measurement error will occur even in the case of the improved two-color thermometer. ..

【0038】実際に、表面酸化が進行中のステンレス鋼
板(SUS430)について上記改良型2色温度計で温
度測定したところ、600℃程度の温度域で測定誤差の
最大値が15℃程度、標準偏差が5℃程度であった。
Actually, when the temperature of the stainless steel plate (SUS430) whose surface oxidation was in progress was measured with the improved two-color thermometer, the maximum value of the measurement error was about 15 ° C. in the temperature range of about 600 ° C., and the standard deviation. Was about 5 ° C.

【0039】以上詳述した如く、放射温度計では鋼板を
連続的に加熱処理する場合のように、鋼板等のプロセス
材料の表面状態が経時的に変化し、それに伴って放射率
も変化する場合には、該プロセス材料の表面温度を正確
に測定することができないため、プロセス材料の表面温
度を制御量として使用しても酸化膜の厚さを高精度に制
御することができなかった。
As described in detail above, in the radiation thermometer, when the surface condition of the process material such as the steel plate changes with time and the emissivity also changes, as in the case of continuously heating the steel plate. However, since the surface temperature of the process material cannot be accurately measured, the thickness of the oxide film cannot be controlled with high accuracy even when the surface temperature of the process material is used as a control amount.

【0040】従って、プロセス材料表面の光学的物性
値、酸化膜厚等の特性値をオンラインで直接測定し、そ
の測定値を連続プロセスラインの制御に利用することが
切望されていたにも拘らず、そのような技術は未だ開発
されておらず、従来のプロセス制御はいわば盲目的な制
御を行っていたに過ぎない。
Therefore, it has been earnestly desired to directly measure the optical property value of the surface of the process material, the characteristic value such as the oxide film thickness online and use the measured value for the control of the continuous process line. However, such a technique has not yet been developed, and the conventional process control is, so to speak, blind control.

【0041】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、連続プロセスラインの任意の位置に
おいて、プロセス材料の表面の物性値又は特性値を直接
オンラインで測定することができ、しかも、その測定位
置をも正確に測定することができる連続プロセス材料の
表面物性値・特性値測定システムを提供することを課題
とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and the physical property value or characteristic value of the surface of the process material can be directly measured online at an arbitrary position of the continuous process line, Moreover, it is an object of the present invention to provide a surface physical property value / characteristic value measurement system for a continuous process material, which can accurately measure the measurement position.

【0042】[0042]

【課題を解決するための手段】本発明は、連続プロセス
ラインに沿って複数の放射温度計を設置した連続プロセ
ス材料の表面物性値・特性値測定システムであって、各
放射温度計が測定高さ及び測定角度の少なくとも一方が
可変であり、且つその測定高さ及び測定角度が検出可能
になされていると共に、各放射温度計で異なる2波長λ
1 、λ2 について測定される輝度温度S1 、S2 を用い
て、次の関係式により放射率累乗比を演算する放射率累
乗比演算手段と、 ε1 λ1 /ε2 λ2 =exp {C2 (1/S2 −1/S1 )} (C2 :Plankの第2定数) 実験データ、理論又は理論からの近似に基づいてオフラ
インで作成した、表面物性値・特性値と放射率累乗比と
の相関データを記憶するデータ記憶手段と、各放射温度
計について、上記関係式により算出される放射率累乗比
を上記相関データにより表面物性値・特性値に変換する
変換手段と、測定時における各放射温度計の測定高さと
測定角度に基づいて測定位置を算出する位置計算手段と
を備えた構成とすることにより、前記課題を達成したも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a surface property / characteristic value measuring system for a continuous process material, in which a plurality of radiation thermometers are installed along a continuous process line. At least one of the height and the measurement angle is variable, and the measurement height and the measurement angle can be detected, and each radiation thermometer has two different wavelengths λ.
Using the brightness temperatures S1 and S2 measured for 1 and λ2, an emissivity power ratio calculating means for calculating the emissivity power ratio according to the following relational expression, and ε1 λ1 / ε2 λ2 = exp {C2 (1 / S2 − 1 / S1)} (C2: Second Blank constant) Data for storing correlation data between surface property values / characteristic values and emissivity exponential ratio, created offline based on experimental data, theory, or approximation from theory Storage means, for each radiation thermometer, a conversion means for converting the emissivity power ratio calculated by the above relational expression into the surface physical property value / characteristic value by the above correlation data, and the measurement height of each radiation thermometer at the time of measurement. The above object is achieved by a configuration including a position calculation unit that calculates a measurement position based on a measurement angle.

【0043】本発明は、又、連続プロセス材料の表面物
性値・特性値測定システムにおいて、放射温度計が、指
定された表面物性値・特性値に対応する測定高さ及び測
定角度に設定可能になされていることにより、同様に前
記課題を達成したものである。
The present invention also enables a radiation thermometer to be set to a measurement height and a measurement angle corresponding to a specified surface physical property value / characteristic value in a surface physical property value / characteristic value measurement system for a continuous process material. As a result, the above-mentioned problems have been achieved.

【0044】[0044]

【作用】本発明者等は、放射測温技術について種々検討
した結果、プロセス材料の表面状態の変化に伴って変動
する放射率を逆に積極的に利用することにより、表面物
性値・特性値を直接的に把握することが可能となること
を知見した。本発明は、上記知見に基づいてなされたも
のである。
As a result of various studies on the radiation temperature measuring technique, the inventors of the present invention, on the contrary, positively utilize the emissivity which fluctuates according to the change of the surface condition of the process material, thereby making it possible to obtain the surface property value / characteristic value. We have found that it becomes possible to directly grasp. The present invention has been made based on the above findings.

【0045】本発明においては、連続プロセスラインに
沿って設置した複数の放射温度計を、任意の測定高さ及
び測定角度に変更可能とすることにより、各放射温度計
により移動するプロセス材料の任意の表面位置を測定可
能とすると共に、各放射温度計から得られる実測に基づ
く放射率累乗比を、予め実験データ、理論等により作成
した放射率累乗比と、表面物性値・特性値との相関デー
タにより、実測放射率累乗比に対応する表面物性値・特
性値を算出可能とし、且つ放射温度計の測定高さ、測定
角度を用いて実測した測定位置をも算出可能としたの
で、連続プロセスラインの任意の位置でプロセス材料の
測定位置を特定することができると同時に、該測定位置
における表面物性値・特性値をオンラインで計測するこ
とができる。
In the present invention, a plurality of radiation thermometers installed along the continuous process line can be changed to arbitrary measurement heights and measurement angles, so that any of the process materials moved by each radiation thermometer can be changed. The surface position of can be measured, and the emissivity power ratio based on the actual measurement obtained from each radiation thermometer is correlated with the emissivity power ratio created in advance based on experimental data, theory, etc., and the physical and property values of the surface. The physical properties and characteristic values corresponding to the measured emissivity power ratio can be calculated from the data, and the measured height and measurement position of the radiation thermometer can also be used to calculate the measured position. The measurement position of the process material can be specified at any position on the line, and at the same time, the surface physical property value / characteristic value at the measurement position can be measured online.

【0046】又、表面物性値・特性値の特定値を指定す
ることにより、その特定値に対応する測定高さ、測定角
度に放射温度計を設定できるようにしたので、測定時に
おける測定高さと測定角度を用いて測定位置を算出する
ことにより、指定した特定表面物性値・特性値を有する
プロセス材料の位置を割り出すこともできる。
Further, since the radiation thermometer can be set to the measurement height and the measurement angle corresponding to the specific values by designating the specific values of the surface physical property value / characteristic value, the measurement height at the measurement By calculating the measurement position using the measurement angle, the position of the process material having the specified specific surface physical property value / characteristic value can be determined.

【0047】従って、本発明によれば、連続的に移動す
るプロセス材料の任意の位置における表面物性値・特性
値を直接測定することができると共に、その測定位置を
も特定することができることから、得られる測定情報を
用いることにより、連続プロセスラインを高精度に制御
することが可能となる。
Therefore, according to the present invention, the surface physical property value / characteristic value at an arbitrary position of the continuously moving process material can be directly measured, and the measuring position can be specified. By using the obtained measurement information, it is possible to control the continuous process line with high accuracy.

【0048】[0048]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0049】図1は、本発明に係る第1実施例の測定シ
ステムの全体構成を概念的に示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the overall structure of the measuring system according to the first embodiment of the present invention.

【0050】本実施例の測定システムは、例えば、熱間
圧延ライン等に適用することができる、図2で示す基本
装置10と同一の機能を有する基本装置10A〜10N
が、連続ライン(図示せず)に沿って設置され、これら
各基本装置10A〜10Nの出力が出力ブロック12に
入力されると、所定の演算が実行され測定結果が出力さ
れるようになっている。
The measuring system of this embodiment can be applied to, for example, a hot rolling line or the like, and has basic devices 10A to 10N having the same functions as the basic device 10 shown in FIG.
Is installed along a continuous line (not shown), and when the output of each of these basic devices 10A to 10N is input to the output block 12, a predetermined calculation is executed and the measurement result is output. There is.

【0051】上記基本装置10A〜10Nは、それぞれ
放射温度計14A〜14N、放射温度計の高さを検知す
る機能と高さ位置決め機能とを備えた上下駆動機構16
A〜16N、放射温度計の測定角度を検知する機能と角
度位置決め機構とを備えた回転駆動機構18A〜18N
及び制御演算部20A〜20Nとを備えている。これら
各基本装置10A〜10Nの機能を図2と図3を参照し
て、以下に説明する。
The basic devices 10A to 10N are vertical drive mechanisms 16 having radiation thermometers 14A to 14N and a function of detecting the height of the radiation thermometer and a height positioning function, respectively.
A to 16N, rotation driving mechanism 18A to 18N having a function of detecting the measurement angle of the radiation thermometer and an angle positioning mechanism
And control arithmetic units 20A to 20N. The functions of these basic devices 10A to 10N will be described below with reference to FIGS.

【0052】放射温度計14は、上下駆動機構16によ
り任意の位置に上下動可能で且つその高さh を検知可能
であると共に、回転駆動機構18により任意の角度に回
転可能で且つその測定角度θを検知可能となっている。
The radiation thermometer 14 can be moved up and down to an arbitrary position by a vertical drive mechanism 16 and can detect its height h, and can be rotated at an arbitrary angle by a rotary drive mechanism 18 and its measurement angle. θ can be detected.

【0053】又、上記放射温度計14で測定波長λ1 、
λ2 について測定された輝度温度S1 、S2 と、上下駆
動機構16及び回転駆動機構18でそれぞれ検知された
放射温度計14の高さh 及び角度θが制御演算部20に
入力されるようになっている。
Further, the radiation thermometer 14 measures the wavelength λ 1,
The brightness temperatures S1 and S2 measured for λ2 and the height h and the angle θ of the radiation thermometer 14 detected by the vertical drive mechanism 16 and the rotary drive mechanism 18, respectively, are input to the control calculation unit 20. There is.

【0054】上記制御演算部20は、図3に示す構成を
有し、上記輝度温度S1 、S2 を前記(3)式に適用し
て放射率累乗比ε1 λ1 /ε2 λ2 (以下、Ku と略記
する)を算出する放射率累乗比演算ブロック22と、オ
フラインで実験データ、理論等で予め作成した放射率累
乗比Ku と酸化膜厚d との相関データ(相関関数f )を
記憶するデータ記憶部24と、実測に基づく放射率累乗
比Ku に対応する酸化膜厚d を上記データ記憶ブロッ
ク24から導き出す変換ブロック26と、上記上下駆動
機構16からの測定高さh と上記回転駆動機構18から
の測定角度θとに基づいて測定位置を算出する位置計算
ブロック28とで構成され、上記変換ブロック26で得
られた酸化膜厚d と、位置計算ブロック28で得られた
基準位置から測定位置迄の距離Δx とを出力するように
なっている。
The control calculation unit 20 has the configuration shown in FIG. 3, and the brightness temperatures S1 and S2 are applied to the equation (3) to calculate the emissivity ratio ε1 λ1 / ε2 λ2 (hereinafter abbreviated as Ku). And a data storage unit for storing correlation data (correlation function f) between the emissivity power ratio Ku and the oxide film thickness d created in advance by experimental data, theory, etc. off-line. 24, a conversion block 26 for deriving an oxide film thickness d corresponding to the actually measured emissivity power ratio Ku * from the data storage block 24, a measured height h from the vertical drive mechanism 16 and the rotary drive mechanism 18. Of the oxide film thickness d obtained in the conversion block 26 and the reference position to the measurement position obtained in the position calculation block 28. Distance Δ It outputs x and.

【0055】上記制御演算部20について詳述すると、
データ記憶ブロック24には図4に示すような放射率累
乗比Ku と酸化膜厚d との相関データを表わす各測定角
度θ1 、θ2 ・・・毎の相関関数f1、f2・・・が記憶さ
れている。
The control operation section 20 will be described in detail below.
The data storage block 24 stores the correlation functions f1, f2 ... For each measurement angle .theta.1, .theta.2 ... Representing the correlation data between the emissivity power ratio Ku and the oxide film thickness d as shown in FIG. ing.

【0056】上記図4に示す相関データは、図5に示す
ように、矢印方向に移動する鋼板Pの上方に測定波長λ
1 、λ2 、測定角度θ、高さh に放射温度計14を設置
した場合について、以下の方法で理論的に求めたもので
ある(実際には、理論だけでなく測定対象毎に実験的
に、又は理論からの近似により作成することも行われ
る)。なお、図では酸化膜を誇張して示してある。
As shown in FIG. 5, the correlation data shown in FIG. 4 is measured wavelength λ above the steel plate P moving in the arrow direction.
It is theoretically obtained by the following method when the radiation thermometer 14 is installed at 1, λ 2, measurement angle θ, and height h (actually, not only theory but experimentally for each measurement object). , Or it can be created by approximation from theory). The oxide film is exaggerated in the drawing.

【0057】プロセス材料の表面に酸化膜が形成されて
いる場合には、図6の模式図で示すように、下から炭素
鋼、単層酸化膜、空気の順に配置されている場合を考え
る。そこで、まず、空気(1)、酸化膜(2)、炭素鋼
(3)のそれぞれについて複素屈折インデックス
n1 、 n2 、 n3 は次式(6)で示される。ここ
で、j =1,2,3であり、i は虚数を表わす。
When an oxide film is formed on the surface of the process material, consider a case where carbon steel, a single-layer oxide film, and air are arranged in this order from the bottom as shown in the schematic view of FIG. Therefore, first, the complex refraction index for each of air (1), oxide film (2), and carbon steel (3)
n 1 * , n 2 * , and n 3 * are expressed by the following equation (6). Here, j = 1, 2, 3, and i represents an imaginary number.

【0058】nj = nj + i kj …(6)N j * = n j + ik j (6)

【0059】上記(6)式で、実数部分n は通常「屈折
率」と呼ばれ、虚数部分k は「吸収係数」と呼ばれるも
ので、上記空気、酸化膜、炭素鋼SPCCについての複
素屈折インデックスは、文献値より次のように与えられ
る。
In the above equation (6), the real part n is usually called the "refractive index" and the imaginary part k is called the "absorption coefficient", and the complex index of refraction for the air, oxide film and carbon steel SPCC. Is given from literature values as follows.

【0060】n1 =1.0+0.0i n2 =2.5+0.65i n3 =2.0+2.1iN 1 * = 1.0 + 0.0i n 2 * = 2.5 + 0.65i n 3 * = 2.0 + 2.1i

【0061】又、空気と酸化膜表面との界面(12界
面)、酸化膜と炭素鋼SPCCとの界面(23界面)に
おけるそれぞれの複素反射インデックス r は、次の
(7)式のフレネル(Fresnel)の式で与えられる。
The complex reflection indices r * at the interface between the air and the oxide film surface (12 interfaces) and at the interface between the oxide film and carbon steel SPCC (23 interfaces) are given by Fresnel (7) Fresnel).

【0062】 rjk =( nj − nk )/( nj + nk ) …(7)R jk * = (n j * −n k * ) / (n j * + n k * ) (7)

【0063】上記(7)式で与えられる複素反射インデ
ックスと酸化膜厚d との間には、次の(8)、(9)式
の関係がある。
The complex reflection index given by the above equation (7) and the oxide film thickness d have the following equations (8) and (9).

【0064】 r={ r12 + r23 ・exp (i δ)} ÷{1+ r12 ・ r23 ・exp (i δ)} …(8) δ=(4π/λi )( n2 d )cos θi …(9)[0064] r * = {r 12 * + r 23 * · exp (i δ)} ÷ {1+ r 12 * · r 23 * · exp (i δ)} ... (8) δ = (4π / λi) ( n 2 * d) cos θi (9)

【0065】鉄鋼材料のような不透明材料(opaque mat
erials)では、透過率0、且つキルヒホッフ(Kirchho
ff)の法則から放射率は吸収率に等しいので、放射率ε
は次の(10)、(11)式で計算される。
An opaque mat such as a steel material
erials) has a transmittance of 0 and Kirchhof
Since the emissivity is equal to the absorptivity from the law of ff), the emissivity ε
Is calculated by the following equations (10) and (11).

【0066】ε=1−R …(10) R=| r2 …(11)Ε = 1-R (10) R = │r *2 (11)

【0067】以上の計算式に、前記空気、酸化膜及び炭
素鋼についての複素屈折インデックスを適用して計算を
行い、横軸に酸化膜厚d 、縦軸に放射率累乗比Ku をと
ってグラフ化したものが前記図4である。
The complex refraction index for the air, oxide film and carbon steel is applied to the above calculation formula to carry out the calculation, and the graph is obtained by plotting the oxide film thickness d on the horizontal axis and the emissivity power ratio Ku on the vertical axis. This is shown in FIG.

【0068】前記図4は、測定波長としてλ1 =0.9
μm 、λ2 =1.1μm を使用し、測定角度θを0°、
30°及び45°とした場合をそれぞれ実線、破線及び
一点鎖線で模式的に示したものである。
In FIG. 4, λ 1 = 0.9 as the measurement wavelength.
μm, λ2 = 1.1 μm, the measurement angle θ is 0 °,
The cases of 30 ° and 45 ° are schematically shown by a solid line, a broken line and a dashed line, respectively.

【0069】前記データ記憶ブロック24には、図4の
ような種々の測定2波長と測定角度について放射率累乗
比Ku と酸化膜厚d との相関データ並びに測定位置での
d の変化範囲が記憶されている。
In the data storage block 24, the correlation data between the emissivity power ratio Ku and the oxide film thickness d for various measurement two wavelengths and measurement angles as shown in FIG.
The change range of d is stored.

【0070】図4からわかるようにKu に対してd は多
価であるが実際のプロセスでは、ある測定位置でのd の
変化範囲は限定されている。
As can be seen from FIG. 4, d is polyvalent with respect to Ku, but in the actual process, the change range of d at a certain measurement position is limited.

【0071】従って、実際にプロセス材料の表面を、波
長λ1 =0.9μm 、λ2 =1.1μm 、測定角度θ=
45°の条件に設定された放射温度計で測定した結果、
実測による放射率累乗比Ku が1.1として得られ、
且つその測定位置でのd の変化範囲が図中の a1 、 a2
であれば、その測定位置における酸化膜厚d は約0.3
μm であることが分かる。
Therefore, on the surface of the process material, the wavelength λ1 = 0.9 μm, λ2 = 1.1 μm, and the measurement angle θ =
As a result of measurement with the radiation thermometer set to the condition of 45 °,
The emissivity exponentiation ratio Ku * of 1.1 is obtained,
In addition, the change range of d at that measurement position is a 1 , a 2 in the figure.
If so, the oxide film thickness d at the measurement position is about 0.3.
It can be seen that it is μm.

【0072】前記変換ブロック26では、上記原理に基
づいて、測定された放射率累乗比Ku に対して、上記
データ記憶ブロック24から取出した相関データ並びに
d の変化範囲から酸化膜厚d が算出されるようになって
いる。
In the conversion block 26, the correlation data extracted from the data storage block 24 and the correlation data extracted from the data emissivity power ratio Ku * are measured based on the above principle.
The oxide film thickness d is calculated from the change range of d.

【0073】又、前記位置計算ブロック28では、図5
に示すように、測定時の放射温度計14の高さh と、測
定角度θとを用いて、次の(12)式及び(13)式か
ら測定位置x 及び放射温度計14の設置位置(基準) x
0 から測定位置x までの距離Δx が算出されるようにな
っている。
In the position calculation block 28, as shown in FIG.
As shown in, using the height h of the radiation thermometer 14 at the time of measurement and the measurement angle θ, the measurement position x and the installation position of the radiation thermometer 14 from the following equations (12) and (13) Standard) x
The distance Δx from 0 to the measurement position x is calculated.

【0074】x = x0 − h tanθ …(12) Δx = h tanθ …(13)X = x 0 −h tan θ (12) Δx = h tan θ (13)

【0075】図7は、放射温度計14の設置方法の変形
例を示すもので、測定角度θが同一で、測定高さが h1
及び h2 の場合は、それぞれ基準 x0 からの距離がΔ x
1 、及びΔ x2 となり、Δ x1 = h1 tan θ及びΔ x2
= h2 tan θで与えられる。
FIG. 7 shows a modification of the installation method of the radiation thermometer 14, where the measurement angles θ are the same and the measurement height is h 1
And h 2 , the distance from the reference x 0 is Δ x
1 and Δ x 2 and Δ x 1 = h 1 tan θ and Δ x 2
= Given by h 2 tan θ.

【0076】図8は、測定高さと測定角度を共に変えた
場合の放射温度計設置方法の変形例で、基準 x0 から測
定位置までの距離Δ x1 及びΔ x2 は、それぞれ、Δ x
1 =h1 tan θ1 及びΔ x2 = h2 tan θ2で与えられ
る。
FIG. 8 is a modification of the radiation thermometer installation method when both the measurement height and the measurement angle are changed. The distances Δ x 1 and Δ x 2 from the reference x 0 to the measurement position are Δ x, respectively.
It is given by 1 = h 1 tan θ1 and Δ x 2 = h 2 tan θ2.

【0077】図9は、2つの放射温度計14を近接して
設置した場合の例で、測定角度θを同一とし、上下駆動
機構16により測定高さ h1 及びh2 の間を移動可能と
したものであり、この場合も、2つの放射温度計による
測定位置の差(間隔)Δ x1 、Δ x2 が、 hi tan θ
(i =1,2)で与えられる。
FIG. 9 shows an example in which two radiation thermometers 14 are installed close to each other, and the measurement angle θ is the same, and the vertical drive mechanism 16 can move between the measurement heights h 1 and h 2. Also in this case, the difference (spacing) Δx 1 and Δx 2 between the measurement positions of the two radiation thermometers is h i tan θ
It is given by (i = 1, 2).

【0078】このように、2つの放射温度計の測定位置
を任意の測定高さ hi に変更することにより、測定位置
間隔Δ xi を次の式により計算することができる。
As described above, by changing the measurement positions of the two radiation thermometers to arbitrary measurement heights h i , the measurement position interval Δ x i can be calculated by the following formula.

【0079】Δ xi = hi tan θΔ x i = h i tan θ

【0080】図10は、2つの放射温度計を近接して配
置する他の変形例を示したものであり、ここでは、2つ
の放射温度計が角度Φで固定された状態で、同一の測定
高さh の下で回転軸(黒点で示す)を中心に回転可能に
設置されている。
FIG. 10 shows another modification in which two radiation thermometers are arranged close to each other. Here, the same measurement is performed with the two radiation thermometers fixed at an angle Φ. It is installed so that it can rotate around the axis of rotation (shown by the black dots) below the height h.

【0081】この場合は、2つの放射温度計を図中左側
に示した測定角度θ11、θ21から、図中右側に示したθ
12、θ22へ回転駆動機構18により回転された状態が示
してあり、図中左側及び右側の場合の測定位置間距離Δ
x1 及びΔ x2 はそれぞれ次の式で求めることができ
る。
In this case, from the measurement angles θ11 and θ21 shown on the left side of the two radiation thermometers to the θ shown on the right side of the figure.
12 shows the state of being rotated by the rotary drive mechanism 18 to θ22, and the distance Δ between the measurement positions in the case of the left side and the right side in the figure.
x 1 and Δ x 2 can be calculated by the following equations, respectively.

【0082】 Δ x1 ={(tanθ21−tan(θ21−Φ)}・h Δ x2 ={(tanθ22−tan(θ22−Φ)}・hΔ x 1 = {(tan θ21−tan (θ21−Φ)} · h Δ x 2 = {(tan θ22−tan (θ22−Φ)} · h

【0083】又、上記図10に示した放射温度計14の
配置の場合は、任意の回転位置に設定できるので、今、
その設定位置における一方の放射温度計の測定角度をθ
i 、2つの温度計の固定角度をΦとすると、そのときの
測定位置間の距離Δ xi は、次式で計算することができ
る。
Further, in the case of the arrangement of the radiation thermometer 14 shown in FIG. 10, it is possible to set an arbitrary rotational position.
The measurement angle of one radiation thermometer at that setting position is θ
If the fixed angle between the two thermometers is Φ, the distance Δx i between the measurement positions at that time can be calculated by the following equation.

【0084】 Δ xi ={(tanθi −tan(θi −Φ)}・hΔ x i = {(tan θi −tan (θi −Φ)} · h

【0085】更に、上記図10の場合には、高さh をも
変更可能にすることにより、更に広範囲に亘って測定位
置間の距離Δx を設定することも可能である。
Further, in the case of FIG. 10 described above, by making the height h also changeable, it is possible to set the distance Δx between the measurement positions over a wider range.

【0086】前記図1に示した本実施例の測定システム
は、それぞれ以上詳述した機能を備えたn 個の基本装置
10A〜10Nを連続ラインプロセスに沿った所定の位
置に設置したものである。
In the measuring system of this embodiment shown in FIG. 1, n basic devices 10A to 10N each having the above-described function are installed at a predetermined position along a continuous line process. ..

【0087】従って、連続的に移動するプロセス材料
を、各放射温度計10A〜10Nが設置された位置で測
定した膜厚d1〜dn(図ではdkで表示した)を出力ブロッ
ク12を介して出力することが可能となる。
Therefore, the film thickness d1 to dn (indicated by dk in the figure) obtained by measuring the continuously moving process material at the position where each radiation thermometer 10A to 10N is installed is output through the output block 12. It becomes possible to do.

【0088】又、各放射温度計10A〜10Nでは、設
置位置 x0 を基準として、該 x0 からの測定位置までの
距離Δ x1 〜Δ xn を出力ブロック12に出力すること
ができる。従って、この出力ブロック12は、各放射温
度計10A〜10Nの設置位置 x0 (各放射温度計毎に
異なる)と、測定位置までの距離Δ x1 〜Δ xn とから
各放射温度計による、例えばライン始端を原点とする測
定位置(図では、 xk と表示した)を出力することがで
きると共に、所定の計算を行うことにより、各放射温度
計10A〜10Nで測定した任意の測定位置間の距離
(図ではΔ xijと表示した)及び、その間に生じた膜厚
の差(図ではΔ dijと表示した)を、出力するようにで
きる。
[0088] Also, in each radiation thermometer 10A to 10N, it can be based on the installation position x 0, and outputs the distance Δ x 1 ~Δ x n to the measurement position from the x 0 to the output block 12. Therefore, this output block 12 uses the radiation thermometers based on the installation position x 0 (different for each radiation thermometer) of each radiation thermometer 10A to 10N and the distance Δx 1 to Δx n to the measurement position. , For example, the measurement position (indicated as x k in the figure) with the line start end as the origin can be output, and by performing a predetermined calculation, any measurement position measured by each radiation thermometer 10A to 10N The distance between them (denoted as Δ x ij in the figure) and the difference in film thickness generated between them (denoted as Δ d ij in the figure) can be output.

【0089】上記膜厚の差Δ dij、距離Δ xij及びxk
は、それぞれ下記の式で与えられる。
The film thickness difference Δ d ij , the distances Δ x ij and x k
Are respectively given by the following equations.

【0090】Δ dij= di − dj Δ xij= xi − xj xk = x0 − hk tan θk Δ d ij = d i −d j Δ x ij = x i −x j x k = x 0 −h k tan θ k

【0091】ここで、i 、j は異なる任意の放射温度計
で測定したことを示し、又、k は任意の放射温度計で測
定したことを示す。
Here, i and j indicate that they were measured by different radiation thermometers, and k indicates that they were measured by any radiation thermometer.

【0092】以上詳述した本実施例によれば、連続的に
移動するプロセス材料について、連続プロセスラインの
任意の位置で膜厚d を測定できると同時に、その測定位
置を検出することができ、且つ任意の測定位置間の距離
Δ xijと、その距離を移動する間に変化(成長)した膜
厚Δ dijをも測定することができる。従って、連続プロ
セスラインで処理されるプロセス材料Pにおける酸化膜
厚の変化パターンを知ることができると共に、酸化膜厚
d の成長速度をも知ることができるので、これら情報に
基づいて加熱温度やラインスピードを調整することによ
り、酸化膜厚dを直接的に制御することが可能となる。
その結果、極めて高精度に酸化膜厚を制御することが可
能となり、プロセス材料の品質を飛躍的に向上させるこ
とが可能となる。
According to the present embodiment described in detail above, the film thickness d of the continuously moving process material can be measured at any position on the continuous process line, and at the same time, the measured position can be detected. Moreover, the distance Δ x ij between arbitrary measurement positions and the film thickness Δ d ij changed (grown) while moving the distance can be measured. Therefore, the change pattern of the oxide film thickness in the process material P processed in the continuous process line can be known, and the oxide film thickness can be known.
Since the growth rate of d can also be known, it becomes possible to directly control the oxide film thickness d by adjusting the heating temperature and line speed based on this information.
As a result, the oxide film thickness can be controlled with extremely high precision, and the quality of the process material can be dramatically improved.

【0093】図11は、本発明に係る第2実施例の要部
である基本装置10を概念的に示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram conceptually showing the basic device 10 which is the essential part of the second embodiment according to the present invention.

【0094】本実施例の測定システムは、図1に示した
複数の放射温度計10A〜10Nとして図11に示した
機能を有する基本装置10を採用した以外は、前記第1
実施例と実質的に同一である。
The measurement system of this embodiment is the same as the first embodiment except that the basic device 10 having the function shown in FIG. 11 is adopted as the plurality of radiation thermometers 10A to 10N shown in FIG.
It is substantially the same as the embodiment.

【0095】本実施例における基本装置10は、図2に
示したものと同様に、輝度温度を測定する放射温度計1
4、該放射温度計を上下動させる上下駆動機構16、該
放射温度計を回転させる回転駆動機構18、放射温度計
で測定した輝度温度を用いて放射率累乗比Ku を算出
する放射率累乗比演算ブロック22、オフラインで作成
したデータを記憶するデータ記憶ブロック24、放射率
累乗比Ku を酸化膜厚d に変換する変換ブロック2
6、及び測定位置を計算する位置計算ブロック28を備
えると共に、更に、図中30で示した制御ブロックをも
備えたものである。
The basic device 10 in this embodiment is similar to that shown in FIG. 2, and the radiation thermometer 1 for measuring the brightness temperature is used.
4, a vertical drive mechanism 16 for moving the radiation thermometer up and down, a rotary drive mechanism 18 for rotating the radiation thermometer, an emissivity exponentiation for calculating the emissivity exponentiation ratio Ku * using the brightness temperature measured by the radiation thermometer A ratio calculation block 22, a data storage block 24 for storing data created off-line, and a conversion block 2 for converting the emissivity power ratio Ku * into an oxide film thickness d.
6 and a position calculation block 28 for calculating a measurement position, and further a control block 30 shown in the drawing.

【0096】上記制御ブロック30には、設定された特
定の酸化膜厚 d0が入力されるようになっており、該制
御ブロック30では、図12に拡大して示すように、入
力された上記設定膜厚 d0 と、変換ブロック26から入
力された放射温度計14による実測に基づいて得られた
実測酸化膜厚dと、が等しいか否かを判定するようにな
っている。そして、上記判定結果がNOであれば、高さ
h をh +Δh に変更する上下駆動指令が上下駆動機構1
6へ、測定角度θをθ+Δθに変更する回転駆動指令が
回転駆動機構18へそれぞれ出力される。
The set specific oxide film thickness d 0 is input to the control block 30, and the control block 30 inputs the input specific thickness as shown in the enlarged view of FIG. It is determined whether or not the set film thickness d 0 is equal to the actually measured oxide film thickness d obtained based on the actual measurement by the radiation thermometer 14 input from the conversion block 26. If the result of the determination is NO, the height
The vertical drive command that changes h to h + Δh is the vertical drive mechanism 1
6, the rotation drive command for changing the measurement angle θ to θ + Δθ is output to the rotation drive mechanism 18, respectively.

【0097】上下駆動機構16及び回転駆動機構18に
それぞれh +Δh 及びθ+Δθの補正信号が入力される
と、その信号に基づいて放射温度計14は所定の変更位
置に設定され、再びプロセス材料を測定し、その結果に
基づいて変換ブロック26で変更された測定位置で測定
した新たな酸化膜厚d を算出し、その酸化膜厚d を制御
ブロック30に出力する。
When the correction signals of h + Δh and θ + Δθ are input to the vertical drive mechanism 16 and the rotary drive mechanism 18, respectively, the radiation thermometer 14 is set to a predetermined change position based on the signals, and the process material is measured again. Then, based on the result, a new oxide film thickness d 1 measured at the measurement position changed by the conversion block 26 is calculated, and the oxide film thickness d 2 is output to the control block 30.

【0098】制御ブロック30に補正後の酸化膜厚d が
入力されると、再び設定膜厚 d0 との比較が行われ、再
びNOであれば上記操作を繰返し、YESと判定されれ
ば、該制御ブロック30から位置計算ブロック28へ出
力指令が出され、該位置計算ブロック28ではその測定
時における放射温度計14の測定高さh と測定角度θと
を用いてΔx =h tan θの式からそのときの測定位置情
報Δx (例えば、放射温度計位置 x0 からの距離)を算
出し、そのΔx が出力されるようになっている。
When the corrected oxide film thickness d is input to the control block 30, it is again compared with the set film thickness d 0. If NO again, the above operation is repeated, and if YES is determined, An output command is issued from the control block 30 to the position calculation block 28, and the position calculation block 28 uses the measurement height h of the radiation thermometer 14 and the measurement angle θ at the time of the measurement to obtain an expression of Δx = h tan θ. Then, the measurement position information Δx at that time (for example, the distance from the radiation thermometer position x 0 ) is calculated, and the Δx is output.

【0099】本実施例によれば、任意の酸化膜厚 d0
設定することにより、その設定膜厚d0 が連続プロセス
ラインのどの位置であるかを正確に求めることができ
る。
According to this embodiment, by setting an arbitrary oxide film thickness d 0 , it is possible to accurately find the position of the set film thickness d 0 on the continuous process line.

【0100】従って、設定膜厚 d0 として制御目標値を
設定し、得られる位置情報から目標通りの制御がなされ
ているか否かを容易に把握することができる。
Therefore, a control target value can be set as the set film thickness d 0 , and it can be easily grasped from the obtained position information whether or not the target control is performed.

【0101】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に示したものに限られるもの
でなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であ
る。
Although the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

【0102】例えば、実施例では、表面特性の1つであ
る酸化膜厚の測定について説明したが、これに限られる
ものでなく、例えば窒化膜等の他の薄膜や、屈折率、反
射率、吸収率、放射率、透過率との光学的物性値の如く
放射率累乗比と相関を有するものであれば、種々の表面
物性値・特性値の測定に適用可能である。
For example, in the examples, the measurement of the oxide film thickness, which is one of the surface characteristics, has been described, but the present invention is not limited to this. For example, other thin films such as a nitride film, refractive index, reflectance, As long as it has a correlation with an emissivity power ratio, such as an optical property value such as an absorptance, an emissivity, and a transmittance, it can be applied to various surface property values / characteristic values.

【0103】又、前記演算ブロック22で算出される放
射率累乗比を、前記(5)式で放射率比ε1 /ε2 に変
換し、更に前記(4)式により表面温度Tを算出する機
能をも付与し、測定温度Tをも同時に測定できるように
してもよい。
Further, the function of converting the emissivity exponentiation ratio calculated by the calculation block 22 into the emissivity ratio ε 1 / ε 2 by the equation (5) and further calculating the surface temperature T by the equation (4). Also, the measurement temperature T may be measured at the same time.

【0104】[0104]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、連
続プロセスラインの任意の位置において、プロセス材料
の表面物性値・特性値と、その測定位置とを正確に測定
することが可能となり、プロセス制御の精度を飛躍的に
向上させることが可能となる。
As described above, according to the present invention, it becomes possible to accurately measure the surface physical property value / characteristic value of the process material and its measurement position at any position of the continuous process line. It is possible to dramatically improve the accuracy of process control.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、本発明に係る第1実施例の測定システ
ムの全体構成を概念的に示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the overall structure of a measuring system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図2は、上記測定システムを構成する基本装置
を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a basic device that constitutes the measurement system.

【図3】図3は、上記基本装置の機能を示すブロック図
である。
FIG. 3 is a block diagram showing functions of the basic device.

【図4】図4は、放射率累乗比と酸化膜厚との相関の一
例を示す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the correlation between the emissivity power ratio and the oxide film thickness.

【図5】図5は、本発明による測定原理を示す説明図で
ある。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a measurement principle according to the present invention.

【図6】図6は、炭素鋼の表面状態を拡大して示す部分
断面図である。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing an enlarged surface state of carbon steel.

【図7】図7は、本発明による測定原理を示す他の説明
図である。
FIG. 7 is another explanatory diagram showing the measurement principle according to the present invention.

【図8】図8は、本発明による測定原理を示す更に他の
説明図である。
FIG. 8 is still another explanatory view showing the measurement principle according to the present invention.

【図9】図9は、本発明による測定原理を示す更に他の
説明図である。
FIG. 9 is still another explanatory view showing the measurement principle according to the present invention.

【図10】図10は、本発明による測定原理を示す更に
他の説明図である。
FIG. 10 is still another explanatory view showing the measurement principle according to the present invention.

【図11】図11は、本発明に係る第2実施例の要部を
示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a main part of a second embodiment according to the present invention.

【図12】図12は、上記要部に含まれる判定ブロック
の機能を拡大して示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing an enlarged function of a determination block included in the main part.

【図13】図13は、酸化膜がない低温表面の放射率ス
ペクトルを示す線図である。
FIG. 13 is a diagram showing an emissivity spectrum of a low temperature surface without an oxide film.

【図14】図14は、酸化膜がない中温度の表面の放射
率スペクトルを示す線図である。
FIG. 14 is a diagram showing an emissivity spectrum of a medium-temperature surface without an oxide film.

【図15】図15は、酸化膜発生直後の表面の放射率ス
ペクトルを示す線図である。
FIG. 15 is a diagram showing an emissivity spectrum of a surface immediately after generation of an oxide film.

【図16】図16は、酸化膜成長中の表面の放射率スペ
クトルを示す線図である。
FIG. 16 is a diagram showing a surface emissivity spectrum during growth of an oxide film.

【図17】図17は、不働体酸化膜形成後の表面の放射
率スペクトルを示す線図である。
FIG. 17 is a diagram showing an emissivity spectrum of a surface after formation of a passive oxide film.

【図18】図18は、酸化膜がない表面の近接2波長の
放射率スペクトルを示す線図である。
FIG. 18 is a diagram showing an emissivity spectrum of two adjacent wavelengths on a surface having no oxide film.

【図19】図19は、表面酸化膜発生後の近接2波長の
放射率スペクトルを示す線図である。
FIG. 19 is a diagram showing an emissivity spectrum of two adjacent wavelengths after generation of a surface oxide film.

【図20】図20は、2波長の分光放射率の相関を示す
線図である。
FIG. 20 is a diagram showing a correlation of spectral emissivity of two wavelengths.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、10A〜10N…基本装置、 12…出力ブロック、 14、14A〜14N…放射温度計、 16、16A〜16N…上下駆動機構、 18、18A〜18N…回転駆動機構、 20…制御演算部、 22…放射率累乗比演算ブロック、 24…データ記憶ブロック、 26…変換ブロック、 28…位置計算ブロック、 30…制御ブロック。 10, 10A-10N ... Basic device, 12 ... Output block, 14, 14A-14N ... Radiation thermometer, 16, 16A-16N ... Vertical drive mechanism, 18, 18A-18N ... Rotation drive mechanism, 20 ... Control calculation part, 22 ... Emissivity power ratio calculation block, 24 ... Data storage block, 26 ... Conversion block, 28 ... Position calculation block, 30 ... Control block.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】連続プロセスラインに沿って複数の放射温
度計を設置した連続プロセス材料の表面物性値・特性値
測定システムであって、 各放射温度計が測定高さ及び測定角度の少なくとも一方
が可変であり、且つその測定高さ及び測定角度が検出可
能になされていると共に、 各放射温度計で異なる2波長λ1 、λ2 について測定さ
れる輝度温度S1 、S2 を用いて、次の関係式により放
射率累乗比を演算する放射率累乗比演算手段と、 ε1 λ1 /ε2 λ2 =exp {C2 (1/S2 −1/S1 )} (C2 :Plankの第2定数) 実験データ、理論又は理論からの近似に基づいてオフラ
インで作成した、表面物性値・特性値と放射率累乗比と
の相関データを記憶するデータ記憶手段と、各放射温度
計について、上記関係式により算出される放射率累乗比
を上記相関データにより表面物性値・特性値に変換する
変換手段と、測定時における各放射温度計の測定高さと
測定角度に基づいて測定位置を算出する位置計算手段
と、を備えたことを特徴とする連続プロセス材料の表面
物性値・特性値測定システム。
1. A surface physical property / characteristic value measuring system for a continuous process material, wherein a plurality of radiation thermometers are installed along a continuous process line, wherein each radiation thermometer has at least one of measurement height and measurement angle. It is variable, and its measurement height and measurement angle are made detectable, and the brightness temperatures S1 and S2 measured at two different wavelengths λ1 and λ2 by each radiation thermometer are used. Emissivity power ratio calculating means for calculating the emissivity power ratio, and ε1 λ1 / ε2 λ2 = exp {C2 (1 / S2 -1 / S1)} (C2: second constant of Plank) from experimental data, theory or theory. Data storage means for storing correlation data between surface physical property values / characteristic values and emissivity power ratios created offline based on the approximation of Eq. The above phase A conversion means for converting the physical property value / characteristic value based on the relational data, and a position calculation means for calculating the measurement position based on the measurement height and the measurement angle of each radiation thermometer at the time of measurement. A system for measuring the physical and physical values of surfaces of continuous process materials.
【請求項2】請求項1において、放射温度計が、指定さ
れた表面物性値・特性値に対応する測定高さ及び測定角
度に設定可能になされていることを特徴とする連続プロ
セス材料の表面物性値・特性値測定システム。
2. The surface of a continuous process material according to claim 1, wherein the radiation thermometer can be set to a measurement height and a measurement angle corresponding to specified surface physical property values and characteristic values. Physical property / characteristic value measurement system.
JP3352793A 1991-12-16 1991-12-16 System for measuring surface-physical-property value and surface-characteristic value of continuous process material Pending JPH05164617A (en)

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