JPH05223559A

JPH05223559A - 導電材表面の膜厚測定装置

Info

Publication number: JPH05223559A
Application number: JP2847192A
Authority: JP
Inventors: Masaki Motomura; 村雅記元; Atsuhiro Tokuda; 田篤洋徳
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-02-14
Filing date: 1992-02-14
Publication date: 1993-08-31

Abstract

(57)【要約】【目的】オンライン非接触で、広い膜厚範囲で高精度
で膜厚を測定する。【構成】コーティングが施された導電材(5)の表面に
対向するコイル部材(12)と、該コイル部材(12)に通電し
そのインピーダンスを該コイル部材(12)と導電材(5)間
の距離対応の第１電気信号(Lg)に変換する第１信号処理
回路(10)を含む渦電流式距離検出手段(10h,10)；前記コ
ーティングが施された導電材(5)の表面に光照射する投
光手段(22)と、反射光を受光する受光素子(26)と、反射
光の入射角を、投光手段(22)と導電材(5)の表面のコー
ティング間距離対応の第２電気信号(Ls)に変換する第２
信号処理回路(20)を含む光学式距離検出手段(20h,20)；
および、渦電流式距離検出手段(10h,10)の第１電気信号
と光学式距離検出手段(20h,20)の第２電気信号との差(L
g-Ls)を、コーティング膜厚に変換する膜厚演算手段(3
0)；を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導電材表面の膜厚を測
定する装置に関し、これに限定する意図ではないが、特
に、双ベルト鋳造機鋳造ベルトのコーティングの膜厚測
定装置に関する。

【０００２】

【従来技術】双ベルト方式の連続鋳造機においては、金
属製の鋳造ベルトに溶融金属の熱が直接伝達されないよ
うに、鋳造ベルト上にジルコニア（ＺｒＯ₂）等の粉末
による塗膜が施される。この塗膜はスラリー状にしたコ
ーティング材を、移動中の鋳造ベルトの表面に吹き付
け、加熱乾燥して形成される。この場合に、吹き付け圧
力が不均一になると塗膜の膜厚分布が不均一になり、板
ワレ，キズ等の原因となり、極端な場合には鋳片のブレ
ークアウトが発生する。したがって双ベルト上の塗膜の
膜厚分布を把握し、適確に対応することが重要である。

【０００３】この膜厚分布の測定にあたって、従来は操
業を停止して接触式膜厚計により測定を行なっていた。
このため、操業中の膜厚分布の変動に充分対応すること
ができず、鋳片の品質悪化およびブレークアウトの発生
を未然に防止することが難しかった。

【０００４】そこで、双ベルト連続鋳造機において、オ
ンライン非接触でコーティング膜厚およびその分布を測
定することが可能なコーティング膜厚分布測定装置とし
て、本出願人は、コーティング膜厚分布測定装置（特願
平２−３１２８０３号）を提示した。このコーティング
膜厚分布測定装置は、コーティング膜厚値によって鋳造
ベルトの光反射率が異なることに着目したもので、鋳造
ベルトの反射光量分布をテレビカメラを用いて測定す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特願平２−３１２８０
３号の装置は、ある膜厚値（２０μ程度）までは測定可
能であるが、膜厚値が大きくなると反射光量の変化がな
くなり（一定となり）測定が不可能となる。また、この
装置による膜厚測定は、絶対測定法でないため、コーテ
ィングの材質が変われば、その都度、校正を必要とす
る。

【０００６】本発明は、オンライン非接触で、広い膜厚
範囲で高精度で膜厚を測定することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の導電材表面の膜
厚測定装置は、コーティングが施された導電材(5)の表
面に対向するコイル部材(12)と、該コイル部材(12)に通
電しそのインピーダンスを該コイル部材(12)と導電材
(5)間の距離対応の第１電気信号(Lg)に変換する第１信
号処理回路(10)を含む渦電流式距離検出手段(10h,10)；
前記コーティングが施された導電材(5)の表面に光照射
する投光手段(22)と、反射光を受光する受光素子(26)
と、反射光の入射角を、投光手段(22)と導電材(5)の表
面のコーティング間距離対応の第２電気信号(Ls)に変換
する第２信号処理回路(20)を含む光学式距離検出手段(2
0h,20)；および、渦電流式距離検出手段(10h,10)の第１
電気信号と光学式距離検出手段(20h,20)の第２電気信号
との差(Lg-Ls)を、コーティング膜厚に変換する膜厚演
算手段(30)；を備える。なお、カッコ内の記号は後述す
る実施例の対応要素を示す。

【０００８】

【作用】これによれば、膜厚演算手段(30)が、渦電流式
距離検出手段(10h,10)の第１電気信号(Lg)と光学式距離
検出手段(20h,20)の第２電気信号(Ls)との差(Lg-Ls)
を、コーティング膜厚に変換する。従って、それぞれの
距離検出手段(10h,10,20h,20)の相対位置が明確であれ
ば、距離検出手段(10h,10,20h,20)から導電性部材(5)ま
での距離が変化しても、それぞれの検出距離対応の電気
信号の差(Lg-Ls)をとることで導電性部材(5)までの距離
変化を吸収し、コーティング膜厚の検出精度に影響しな
い。

【０００９】また、本発明を双ベルト鋳造機のコーティ
ング膜厚測定に用いた場合、ベルトの振動等により、測
定装置からベルトまでの距離が変動しても、ベルト上に
塗布されたコーティング材の膜厚測定には何ら影響がな
く、常に安定した精度を維持できる。さらに、渦電流式
距離検出手段(10h,10)および光学式距離検出手段(20h,2
0)の両方とも非接触で距離を検出できるので、膜厚測定
の際にベルトの駆動を停止する必要がなく、オンライン
のコーティング膜厚測定が可能である。

【００１０】本発明の好ましい実施例では、コイル部材
(12)，投光手段(22)および受光素子(26)を一体に支持す
る基体(SH)；該基体(SH)を、導電材(5)の表面のコーテ
ィングの膜厚を検出する位置から待避位置に、またその
逆に駆動する駆動手段(MD)；前記基体(SH)が待避位置に
あるとき前記コイル部材(12)および投光手段(22)に対向
する導電性の校正板(3)；および、前記基体(1)が待避位
置にあるとき、渦電流式距離検出手段(10h,10)，光学式
距離検出手段(20h,20)および膜厚演算手段(34)の少なく
とも１つの変換特性を補正する校正手段(31)；を更に備
える。

【００１１】従って、基体(SH)を待避位置に回動し、距
離検出手段(10h,10,20h,20)が校正板(3)に対向した状態
で、渦電流式距離検出手段(10h,10)が変換した距離対応
の第１電気信号と、光学式距離検出手段(20h,20)が変換
した距離対応の第２電気信号との差が、所定値(コイル
部材(12)，投光手段(22)および受光素子(26)のそれぞれ
が導電材(5)から同距離にあれば、０)となるように校正
手段(31)を用いて補正(校正)すれば、経時変化等により
発生する距離検出手段(10h,10,20h,20)の変換した電気
信号のずれを無くし得る。すなわち、比較的に容易に距
離検出手段(10h,10,20h,20)の校正が可能であり、所定
時間毎にこの校正を行なうことで、常に高精度の測定が
可能となる。

【００１２】本発明の他の目的および特徴は図面を参照
した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１３】

【実施例】図１に、本発明の一実施例装置を用いた双ベ
ルト方式の連続鋳造機の概略を示す。上部ロール５０を
含む複数のロール回転により送られる鋳造ベルト（但
し、導電性）５１の表面にはコーティングノズル５３か
らスラリー状のコーティング材が吹き付けられ、ベルト
ヒータ５４により電磁加熱で鋳造ベルト５１が加熱さ
れ、これによりコーティング材が加熱乾燥され、溶鋼５
２を冷却する鋳型の側壁の一部となる。ここで、上部ロ
ール５０付近では、鋳造ベルト５１が上部ロール５０に
密着しているので、ベルト５１の振動（厚み方向の位置
変化）が少ない。すなわち、検出対象物までの距離の変
動が比較的に少ない。従って、図１に示すように本発明
の一実施例装置の距離検出部である基体フレームＳＦ
は、上部ローラ５０付近に設置することにより、距離変
動に対する影響を受けにくく、コーティング膜厚値の測
定精度がより向上する。

【００１４】図２に、基体フレームＳＦに備わる基体Ｓ
Ｈの部分断面図を示す。１０ｈ，２０ｈは、後述する渦
電流変位検出器１０およびレーザ変位検出器２０のそれ
ぞれのヘッドであり、符合５は検出対象物である導電性
部材（図１の鋳造ベルト５１に対応）、符合４は導電性
部材に塗布されたコーティング材である。以下、図１お
よび図２を参照して基体フレームＳＦにつてい説明す
る。

【００１５】基体フレームＳＦは回転軸２を有してお
り、この回転軸２には、図示しない接続部材を介してモ
ータＳＤの回転が伝達される。すなわち、モータＳＤを
駆動することにより、回転軸２は回転動駆される。さら
に回転軸２には、基体ＳＨが固定されており、基体ＳＨ
は回転軸２の回転に伴って回転する。また基体ＳＨに
は、ヘッド１０ｈ，２０ｈをペアとした複数のへッド
が、上部ローラ５０の回転軸方向と平行に２列に並んで
いる。

【００１６】従って、本実施例では、モータＳＤを駆動
すると基体ＳＨが軸２を中心に回動し、基体ＳＨのヘッ
ド１０ｈ，２０ｈは、鋳造ベルト５１（図２の導電性部
材５）または基体フレームＳＦに設けられた導電性の校
正板３のそれぞれに対向する。また、複数のヘッド１０
ｈ，２０ｈを有し、複数点での測定を行なう。

【００１７】図３に、ヘッド１０ｈ，２０ｈで検出され
た信号を距離対応に電気信号に変換する測定回路１の構
成概略を示す。測定回路１は、渦電流変位検出器１０
と、レーザ変位検出器２０と、演算部３０とで構成され
ている。

【００１８】まず、渦電流変位検出器１０について説明
する。渦電流変位検出器１０の先端部は、ヘッド１０ｈ
に設けられた検出コイル１２と、コンデンサＣを、並列
に配したＬＣ共振型の変換回路を構成している。検出コ
イル１２に周波発振回路１１を接続すると、検出コイル
１２から高周波の磁束が発生し、発生した磁束が電磁誘
導作用により導電性の検出対象物５に渦電流を生じさせ
る。更に、この渦電流が検出コイル１２から発生した磁
束を切ることにより検出コイル１２のインピーダンス変
化が生じる。このインピーダンス変化が周波数の変化と
なり、これを検波回路１３およびリニアライザ１４を介
して出力変位として計測する。ここで、発振回路１１の
周波数、検出対象物５の導電率と透磁率を一定とする
と、検出コイル１２のインピーダンスは、検出コイル１
２と検出対象物体５との距離のみの関数となる。従っ
て、検出コイル１２のインピーダンスを測定することに
より、検出コイル１２（ヘッド１０ｈ）と検出対象物５
との距離が測定できる。なお、上述のような渦電流方式
のセンサは、耐環境性が高く（水，油，ほこり等の演響
を受けない）、取扱いが容易で周波数応答が高い等の利
点がある。

【００１９】次に、レーザ変位検出器２０について説明
する。駆動回路２３は、タイミング発生回路２４により
形成される所定タイミングでレーザダイオード２２の駆
動信号を形成する。ヘッド２０ｈに設けられたレーザダ
イオード２２より発生したレーザ光は、照射レンズ２１
を介して検出対象物体５ヘ向けて照射される。

【００２０】照射光は検出対象物体５に塗布されたコー
ティング材４の表面で反射され、この反射光が、ヘッド
２０ｈに設けられた受光レンズ２５を介して光位置検出
素子２６上に結像する。光位置検出素子２６は、一次元
のＣＣＤセンサであり、レーザ光が結像位置に対応した
レベルの電気信号を発生する。レーザ光（反射光）の結
像位置は反射光の入射角に対応し、入射角は三角測量の
原理により反射物体（コーティング材４の表面）までの
距離に対応する。従って、光位置検出素子２６より発生
する電気信号レベルは、コーティング材４の表面までの
距離に対応する。光位置検出素子２６から出力された信
号はさらに増幅回路２７で増幅されて信号処理回路２８
に入力され、信号処理回路２８で所定の処理（Ａ／Ｄ変
換等）が施こされた後、演算・制御回路２９で所定の処
理（リニア補正，平均処理等）が施こされ、出力され
る。

【００２１】渦電流変位検出器１０からの出力は、増幅
器３２で増幅され、さらに増幅された信号Ｌｇが検出対
象物５までの距離信号として、演算回路３４に入力され
る。一方、レーザ変位検出器２０からの出力は、増幅器
３３で増幅され、さらに増幅された信号Ｌｓがコーティ
ング材４の表面までの距離信号として、演算回路３４に
入力される。演算回路３４では、信号Ｌｇと信号Ｌｓの
差Ｌ（＝Ｌｇ−Ｌｓ）を演算し、コーティング膜厚の測
定値Ｍｔとして出力する。なお、バイアス調整回路３１
は、増幅器３２のバイアスを調整する回路である。これ
は、前に述べたように、検出対象物５の導電率，透磁率
を一定とすると距離のみの関数となるのであるが、検出
対象物５の導電率，透磁率は、雰囲気温度あるいは材質
の相異により変化する。そこで測定開始前に、後述する
校正を行なう時に信号ＡＣＳを受けると、Ｌｇ−Ｌｓ＝
０となるように増幅器３２のバイアスを調整する。すな
わち、ＬｇがＬｓよりも大きい場合、バイアスは低く調
整し、ＬｇがＬｓよりも小さい場合、バイアスは高く調
整する。

【００２２】以上のように本実施例では、検出対象物５
（コーティング材下面）までの距離とコーティング材表
面までの距離との差よりコーティング膜厚を検出するの
で、ヘッド１０ｈおよび２０ｈとコーティング材表面ま
での距離に関係なく検出精度が一定となる。従って、検
出対象物の振動等により発生する距離変動の影響を受け
ない。

【００２３】次に、本実施例の装置の実測データを示
す。

【００２４】図４に、コーティングサンプル（導電性部
材にコーティング材を塗布したもの）を水平方向に移動
させた時の渦電流変位検出器１０の増幅出力Ｌｇ，レー
ザ変位検出部２０の増幅出力Ｌｓ，および演算回路３４
の出力Ｍｔ（偏差Ｌ＝Ｌｇ−Ｌｓ）の、それぞれの移動
距離との関係を示す。この結果より、コーティングサン
プルの水平方向のコーティング膜厚値が測定されている
ことが判る。なお、この場合、コーティングサンプルと
ヘッド１０ｈおよび２０ｈとの距離は一定としたが、オ
ンライン測定においてはコーティングされた部材（ベル
ト）の振動あるいは板厚が変動するため、ヘッド１０
ｈ，２０ｈとコーティング材表面までの距離の変化が起
こる。

【００２５】そこで、距離の変化があっても正常に測定
される（各検出器がそれぞれ正常に測定できる）ことを
確認するため、サンプル（コーティング材を塗布しない
もの）との距離を変化させた時の検出距離を測定した。
図４にその測定結果を示す。図４において、実線はレー
ザ変位検出器２０の出力を距離に変換した値であり、破
線は渦電流変位検出器１０の出力を距離に変換した値で
あり、一点鎖線はそれぞれの値の偏差（縦軸は右側）を
示す。この結果より、その距離が１ｍｍ変動した場合、
各検出値の偏差値は約±１０μ以下であり、実質上、距
離変化による各変位検出器による検出精度は変わらな
い。なお、偏差の変化パターンには再現性があるため、
校正を行なうことで完全に偏差の変化をなくすことがで
きる。

【００２６】図６に、測定回路１を含む本発明の構成概
略を示す。コンピュータ４１は、操作表示ボード４２か
らの指示により、測定または校正を行なう。測定を行な
う時は、コンピュータ４１は、ＳＨを測定位置（図１の
実線で示す位置）に駆動する。この時、回転軸２を駆動
するモータＳＤを、ドライブ回路ＭＤを介して正回転付
勢する基体ＳＨが測定位置まで駆動されリミットスイッ
チＳＰが開となると、ドライブ回路ＭＤのモータ正転付
勢回路が「断」になり、モータＳＤの回転は停止し、基
体ＳＨは測定位置で止まる。なおこの時、ドライブ回路
ＭＤのモータ逆正転付勢回路が「接」になる。

【００２７】この後、測定が終了した時（通常待機時）
または校正時には、コンピュータ４１は、基体ＳＨを校
正位置（図１の二点鎖線で示す位置）に駆動する。この
時、回転軸２を駆動するモータＳＤを、ドライブ回路Ｍ
Ｄを介して逆回転付勢する。基体ＳＨが校正位置まで駆
動されるとリミットスイッチＣＰが開となり、ドライブ
回路ＭＤのモータ逆回転付勢回路が「断」になり、モー
タＳＤの回転が停止し、基体ＳＨは校正位置で止まる。
この時、逆にドライブ回路ＭＤのモータ正転付勢回路が
「接」になる。

【００２８】基体ＳＨが所定の位置（測定位置または校
正位置）にあるときに、測定または校正を行なう。測定
回路１で検出された各距離データは、アナログ入力セレ
クタ及び分配信号器４０を介してコンピュータ４１に入
力される。また、校正を行なう時に、コンピュータ４１
は、アナログ入力セレクタ及び分配信号器４０を介して
測定回路１にバイアス調整器３１に校正信号ＡＣＳを与
える。

【００２９】図７，図８，および図９はコンピュータ４
１の制御動作を示す。まず、電源がオンになると（ステ
ップ１：以下、カッコ内ではステップと言う語は省略す
る）、初期化を行なう（２）。この初期化では、レジス
タの値やタイマの値をクリアする等の初期化を行なう。
次に、リミットスイッチＣＰが開であるか、すなわち基
体ＳＨが校正位置（待機位置）にあるかをチェックし
（３）、そうでない場合は、モータＳＤを逆回転付勢し
て、基体ＳＨを校正位置に駆動する（３，４，５）。

【００３０】次に、校正処理（６〜１１）を行なう。こ
こで、校正について説明すると、渦電流変位検出器１０
は、ベルトの材質の変化や、周囲温度変化により、ベル
トの導電率，透磁率が変化し、測定誤差をきたす。また
渦電流変位検出器１０は温度変化，経時変化とともに測
定値にずれ（１時間で数μ程度）を生じることが知られ
ている。そこで、本実施例の装置では、測定精度をより
安定させるために、校正板３を有し、基体ＳＨが校正板
３に容易に向くような回動支持構成とし、基体ＳＨが校
正板３に向いた時に、バイアス調整器３１で測定値Ｍｔ
＝Ｌｇ−Ｌｓが０となるように増幅器３２のバイアスの
調整を行ない、渦電流変位検出器１０の増幅出力（変換
出力Ｌｇ）を調整する。

【００３１】再度、図７を参照すると、校正処理ではま
ず、複数ある測定回路１のうちの１つを指定するレジス
タｉの値を１とし（６）、ｉ番目の測定回路のＡＣＳ信
号「１」を出力する（７）。タイマＴｄをスタート
（８）、タイムオーバとなるまで待機する（９）。バイ
アス調整器３１はＡＣＳ信号「１」を受けるとこの時間
Ｔｄの間に、測定値Ｍｔ＝Ｌｇ−Ｌｓが０となるように
バイアス調整を行なう。ステップ７〜９までの処理を検
出回路１の数だけ行なう（１０，１１）。

【００３２】以上の校正処理（６〜１１）が終了する
と、次に測定処理（１２〜２５）を行なう。ここでは、
まずモータＳＤを駆動して基体ＳＨを測定位置に駆動す
る（１２，１３，１４）。その後、複数ある測定回路１
の全ての測定値（Ｍｔ＝Ｌｇ−Ｌｓ）をレジスタ内に順
次書き込み、全ての書込みが終了すると（１６，１７，
１８）、モータＳＤを駆動して基体ＳＨを校正位置（待
機位置）に駆動する（１９，２０，２１）。その後、タ
イマＴｓをスタートし、この時間Ｔｓの間に、各測定値
の平均，最大値および最小値を算出する等の演算を行な
い（２３）、演算結果を操作表示部４１に表示する（２
４）。タイマＴｓがタイムオーバとなると（２５）、再
度ステップ６に戻り、上述した校正処理→測定処理を繰
返して行なう。

【００３３】以上のように本実施例では、検出対象物５
（コーティング材下面）までの距離とコーティング材表
面までの距離との差よりコーティング膜厚を検出するの
で、ヘッド１０ｈおよび２０ｈとコーティング材表面ま
での距離に関係なく検出精度が一定となり、検出対象物
の振動等により発生する距離変動の影響を受けない。ま
た、基体ＳＨが校正板３に向かうように回動し、またバ
イアス調整回路３１を備えることで、非較的容易に校正
が行なえるようになり、この校正を所定時間毎に行なう
ことで装置の検出精度を常に高いレベルで維持できる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、検出対象
物までの距離変化の影響を受けず、また、容易に実施し
得る校正を行なう機能を有するので、常に安定した高精
度の測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例装置を用いた双ベルト方式
の連続鋳造機の概略を示すブロック図である。

【図２】基体フレームＳＦに備わる基体ＳＨの部分断
面図である。

【図３】ヘッド１０ｈ，２０ｈで検出された信号を距
離対応に電気信号に変換する測定回路１の構成概略を示
すブロック図である。

【図４】コーティングサンプル（導電性部材にコーテ
ィング材を塗布したもの）を水平方向に移動させた時の
渦電流変位検出器１０の増幅出力Ｌｇ，レーザ変位検出
器２０の増幅出力Ｌｓ，および演算回路３４の出力Ｍｔ
（Ｌ＝Ｌｇ−Ｌｓ）の、それぞれの移動距離との関係を
示すグラフである。

【図５】サンプル（コーティング材を塗布しないも
の）との距離を変化させた時の、レーザ変位検知部の出
力を距離に変換した値（実線），渦電流変位検知部の出
力を距離に変換した値（破線），およびそれぞれの値の
偏差（一点鎖線）を示すグラフである。

【図６】測定回路１を含む本発明の構成概略を示すブ
ロック図である。

【図７】コンピュータ４１の制御動作を示すフローチ
ャートである。

【図８】コンピュータ４１の制御動作を示すフローチ
ャートである。

【図９】コンピュータ４１の制御動作を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

ＳＦ：基体フレームＳＨ：基体ＭＤ：ドライブ回路ＳＤ：駆動モータ２：回転軸３：校正板４：コーティング材５：導電性の検出対
象物（５１）１０：渦電流変位検出器２０：レーザ変位検
出器１０ｈ，２０ｈ：ヘッド３０：演算部３１：バイアス調整回路５０：ローラ５１：双ベルト５２：溶鋼５３：コーティング
ノズル５４：ベルトヒータ

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【手続補正書】

【提出日】平成４年３月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コーティングが施された導電材の表面に対
向するコイル部材と、該コイル部材に通電しそのインピ
ーダンスを該コイル部材と導電材間の距離対応の第１電
気信号に変換する第１信号処理回路を含む渦電流式距離
検出手段；前記コーティングが施された導電材の表面に
光照射する投光手段と、反射光を受光する受光素子と、
反射光の入射角を、投光手段と導電材の表面のコーティ
ング間距離対応の第２電気信号に変換する第２信号処理
回路を含む光学式距離検出手段；および、渦電流式距離検出手段の第１電気信号と光学式距離検出
手段の第２電気信号との差を、コーティング膜厚に変換
する膜厚演算手段；を備える導電材表面の膜厚測定装
置。
【請求項２】前記コイル部材，投光手段および受光素子
を一体に支持する基体；該基体を、前記導電材の表面の
コーティングの膜厚を検出する位置から待避位置に、ま
たその逆に駆動する駆動手段；前記基体が待避位置にあ
るとき前記コイル部材および投光手段に対向する導電性
の校正板；および、前記基体が待避位置にあるとき、渦電流式距離検出手
段，光学式距離検出手段および膜厚演算手段の少なくと
も１つの変換特性を補正する校正手段；を更に備える、
前記請求項１記載の導電材表面の膜厚測定装置。