JPH0682044B2 - 酸化膜計測装置及び薄鋼板の連続加熱バーナー制御装置 - Google Patents

酸化膜計測装置及び薄鋼板の連続加熱バーナー制御装置

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JPH0682044B2
JPH0682044B2 JP9607690A JP9607690A JPH0682044B2 JP H0682044 B2 JPH0682044 B2 JP H0682044B2 JP 9607690 A JP9607690 A JP 9607690A JP 9607690 A JP9607690 A JP 9607690A JP H0682044 B2 JPH0682044 B2 JP H0682044B2
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富三男 田中
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非接触状態で酸化皮膜等の膜厚を計測する酸
化膜計測装置と、その酸化膜計測装置を用いた薄鋼板の
連続加熱バーナー制御装置に関するものである。
〔従来の技術〕
非接触状態で酸化皮膜等の膜厚を計測する従来技術とし
ては、光量・色調を利用した色差計が公知である。しか
しながら、この色差計は現在の技術ではまだまだ精度上
の問題と計測の応答性の悪さのために、被測定物が移動
する際の酸化皮膜等の膜厚を計測するものとしては用い
られていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は従来出来なかった非接触状態での酸化皮膜等の
膜厚計測を可能にすることを課題とする。また本発明で
は特願昭63−271047号「表面状態が変化する物体に対す
る放射測温法」の技術を利用する。
〔課題を解決するための手段,作用〕
本発明は従来技術の課題を有利に解決するものであっ
て、 酸化膜計測装置において、2色型放射計によって被測定
物から測定された2つの分光放射輝度信号(Lx,Ly)を
受信する手段、前記2つの分光放射輝度信号から2つの
放射率(Ex,Ey)と温度(T)を求める手段、予め被測
定物の膜厚と上記2つの放射率との関係を保持している
メモリー,及び2つの放射率(Ex,Ey)と前記メモリー
とを比較して被測定物の膜厚を求める膜厚比較演算部を
設け、また 加熱バーナーを介して連続的に通板している薄鋼板の膜
厚を一定に制御する薄鋼板の連続加熱バーナー制御装置
において;薄鋼板幅方向に連続的にスキャンする2色型
放射計、該2色型放射計によって被測定物から測定され
た2つの分光放射輝度信号(Lx,Ly)を受信する手段、
前記2つの分光放射輝度信号から2つの放射率(Ex,E
y)と温度(T)を求める手段、予め被測定物の膜厚と
上記2つの放射率との関係を保持しているメモリー,及
び2つの放射率(Ex,Ey)と前記メモリーとを比較して
被測定物の膜厚を求める膜厚比較演算部、を備える酸化
膜監視装置;及び該酸化膜監視装置で測定される実測膜
厚と予め設定されている目標膜厚との差から上記加熱バ
ーナの火力の強弱を制御するバーナー制御部とを設け
る。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の基本構成を示している。
第1図において、2色型放射計1はSi,Ge等の量子効果
型の素子、もしくは、サーモパイル等の熱効果型の素子
を用いて、測定対象2からの赤外放射を、異なる波長に
感ずる2の素子で受光するか、もしくは、偏光ビームス
プリッタや薄膜を蒸着したプリズムにて分離した2つの
異なる偏光を2つの同一の素子を用いて受光することに
より、測定対象2が発する放射輝度を測定する。3,4は
2色型放射計1によって測定された異なる放射輝度Lx,L
yである。放射輝度は2色型放射計1内部で、その強度
に応じて電圧に変換される。5は放射率と温度の演算装
置である。この演算装置5は、放射率8,9(εx,εy)
の関係を、測定対象2の種類や測定環境,表処理の状態
にって予め求め関数化して演算装置5内部にメモリして
おくことにり、異なる放射輝度3,4の入力にり、測定対
象2の温度7(T)と放射率8,9(εx,εy)を同時に
得る事ができる。6は2色型放射計1から演算装置5ま
でのシステム全体を示している。
膜厚演算装置10は、演算装置5の出力(放射率8,9,温度
7)を入力として、測定対象の表面の膜厚11(例えば酸
化膜厚)を演算し出力する。膜厚演算の詳細は第2図以
降に示してある。膜厚演算装置10で計算された膜厚11は
表示装置12に放射率8,9と温度7と共に表示され、か
つ、他システム制御装置13に演算結果がわたされる。
第2図は膜厚演算装置10の装置構成を示す。
システム6の演算結果である温度7,放射率8,9は膜厚演
算装置10に入力される。この放射率8,9と測定対象2表
面の膜厚11との間には2色型放射計1の検出素子の検出
波長の1/10程度までは相関が有る事が確認されている。
第3図に、Si素子を用いた偏光型の検出システム6によ
って、冷延鋼板を800℃に加熱し、還元状態から徐々に
酸素を導入し酸化させて酸化膜厚を成長させた際の放射
率8,9と膜厚11の関係を示す。
また、第4図にSiとGe素子を用いた2波長型の検出シス
テム6によって、同様の対象を同様の条件で測定した場
合の、放射率8,9と膜厚11の関係を示す。
第3図,第4図の様に、放射率8,9と膜厚11の間には2
次特性に近い相関があることが確認された。この相関
は、測定対象2の種類,測定環境や表面処理の状態によ
り若干異なるが、要求される精度によりひとつの相関で
対応する事も可能である。この相関を折線特性もしくは
n次の近似式として膜厚演算装置10に記憶しておく事に
よりシステム6からの放射率8,9の入力により膜厚11を
演算し出力する。測定対象2の種類,測定環境の相違お
よび表面処理の相違による差異による影響を低減するに
は、各々の状態に応じた折線特性もしくはn次近似式を
持ち、必要に応じて上位のCPUから切り替える事により
対応が可能である。これらの放射率8,9と膜厚11との相
関はメモリー部14に格納される。17は膜厚演算部を示
し、メモリーからの膜厚11出力結果を得て、その異常チ
ェックや温度補正を行う。
第3図はSi素子を使用した偏光型で冷延鋼板をサンプル
として得られた放射率8,9,酸化膜厚11の特性を示す。
第4図はSi,Ge素子を使用した2波長型で冷延鋼板をサ
ンプルとして得られた放射率8,9,酸化膜厚11を特性を示
す。
偏光型と2波長型では放射率8,9と膜厚11との相関に差
異がある。偏光型が薄膜側で膜厚11に対する放射率8,9
の変化が大きいのに対して、2波長型では全体に変化が
緩慢でその大きさも偏光型に対して小さい。そのため、
偏光型によると2波長型に比べ、特に薄膜側{冷延鋼板
の例では300オングストローム以下}で膜厚11の測定精
度が優れている。
また、同じく薄膜側で偏光型の方が、膜厚11の演算結果
が不能解(例えば負の膜厚)を示す事も無く解の安定性
に優れている。
第5図は本発明を鋼板の加熱処理への適用した例を示
す。第5図を参照して説明する。
2色型放射率1としては板巾方向を検査できるようにス
キャン型を採用してある。鋼板は加熱バーナー部18によ
り加熱処理される。加熱バーナー部18は、第6図に示す
ように板巾方向に複数、かつ、ライン方向に多段のバー
ナー構成となっている。この鋼板の加熱処理は鋼板を還
元雰囲気で所定の温度まで加熱する事が目的であるが、
バーナー部のつまり等の故障により不完全燃焼が生じ鋼
板表面に酸化膜の成長が生じる。この酸化膜は本加熱部
以降の処理の障害となり、品質悪化につながるために酸
化膜の成長を迅速にとらえ対策を講じる必要がある。鋼
板上への酸化膜の成長は色調の変化でとらえる事ができ
るが、本加熱部は還元炉内に設置されるため外部から容
易に内部を観察する事が出来ないうえに鋼板が高温に加
熱されているため鋼板自体が発光しており色調の変化を
とらえるのは困難である。
しかし第1図の構成による、鋼板の放射率8,9の変化か
ら膜厚11を演算する方法を用いれば、鋼板自体が発光し
た高温炉内でも温度を監視しながら同時に非接触で膜厚
の管理を行う事が可能である。
同調回路19では、巾方向の計測位置を加熱バーナー部18
のバーナー位置に合わせるように信号の入力タイミング
を制御する。また、パルスジェネレータの信号によりラ
インスピード27を計測し、ラインスピードの変化によら
ず板巾方向,ライン方向の2色型放射計1にる信号入力
タイミングが一定となるように補正を行う。
同調回路19を経た信号(放射輝度3,4)は、演算部5に
入力され温度7と放射率8,9が演算される。この温度7
と放射率8,9は膜厚演算部10に入力され、第2図に示し
た処理方法で膜厚11に変換される。20はバーナー部の制
御回路を示す。この制御回路20では膜厚演算部10での膜
厚11演算結果に基づき不良バーナーの特定とその処置を
制御する。バーナー制御部の処理の詳細は第9図に示
す。バーナー制御部20の処置アクシンョンと処置結果お
び膜厚演算部10の演算結果は表示装置12に示され操作員
にバーナー故障警報,状態及び処置結果が報知される。
第6図は加熱バーナー部18の装置構成を表す。23は各々
の加熱バーナーの位置を表す。加熱バーナー部18では、
このなバーナー23が鋼板の流れる方向にあるゾーン数2
4,板巾方向にある列数25配置されている。
第7図及び第8図は鋼板上のスキャンの方式を表す。26
は測定タイミングと測定視野を示す。測定箇所は第6図
のバーナー23の位置に対応するように同調回路19によっ
て制御され板巾方向でバーナー23の列に対応した位置を
測定するようになる。測定の方法は第7図のように各ス
キャン毎に連続に演算を行っていく方式と、第8図のよ
うに板巾方向1スキャン毎に演算を行う方式がある。こ
れらは、放射率温度演算部5と膜厚演算部10の演算能力
と、品質面での測定ニーズにより方式とそのスキャンレ
ートが決定される。
第9図はバーナー制御部20の処理内容を示す。スキャン
型2色型放射計1により板巾方向所定の測定列数を一定
の周期で測定し放射輝度を得る。最終列までの測定が終
了したら再び第1列から測定を繰り返す。その測定値を
もとに、温度7,放射率8,9,膜厚11を演算する。最終列ま
での演算が終了したら、その1スキャンの膜厚11が管理
基準内であるかどうかを判定する。管理基準外であった
場合、ステータスを異常に遷移し、バーナーの1ゾーン
1列目を(設備によっては、ゾーン内の全列のバーナー
を)失火させる。次いで、次のスキャンにて膜厚を測定
し、再び管理基準内かどうかを判定する。再び管理基準
外であった場合には、バーナーの1ゾーン1列目を復帰
させ、1ゾーン2列目(ゾーン毎の場合は、1ゾーン目
を復帰させ、2ゾーン目)を失火させる。
以上を膜厚が管理基準内になるまで繰り返す。膜厚が管
理基準に復帰した時点でのバーナー(もしくはゾーン)
が、異常を起こしたバーナー(もしくはゾーン)であ
る。
この判定結果は上位CPUに送られ、操作員に異常の通知
と実施した処置および特定した異常バーナー(もしくは
ゾーン)の表示を行うと共に、異常のバーナーを失火し
た状態での加熱能力低下状態での操業条件を演算し加熱
制御を行う。
また、同CPUから、炉内の雰囲気を制御し水素(H2)濃
度を高めて炉内還元能力を向上させる。
〔効果〕
以上のとおり本発明にれば、非接触状態での酸化皮膜等
の膜厚計測ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、酸化膜計測装置の一実施例を示す
ブロック図である。 第3図及び第4図は、膜厚と放射率との相関を示すグラ
フである。 第5図は、薄鋼板の連続加熱バーナー制御装置の一実施
例を示すブロック図である。 第6図は加熱バーナー部18の装置構成を示す平面図、第
7図及び第8図は鋼板上のスキャンの方式を示す平面図
である。 第9図は、バーナー制御部20の処理内容を示すフローチ
ャートである。 1:2色型放射計、2:測定対象 3,4:放射輝度(Lx,Ly) 5:演算装置、6:検出システム 7:温度(T) 8,9:放射率(εx,εy) 10:膜厚演算装置、11:膜厚 14:メモリー部、17:膜厚演算部 18:加熱バーナー部、19:同調回路 20:バーナー制御部、23:バーナー 27:ラインスピード

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2色型放射計によって被測定物から測定さ
    れた2つの分光放射輝度信号(Lx,Ly)を受信する手
    段、前記2つの分光放射輝度信号から2つの放射率(E
    x,Ey)と温度(T)を求める手段、予め被測定物の膜厚
    と上記2つの放射率との関係を保持しているメモリー,
    及び2つの放射率(Ex,Ey)と前記メモリーとを比較し
    て被測定物の膜厚を求める膜厚比較演算部、を備えた事
    を特徴とする酸化膜計測装置。
  2. 【請求項2】加熱バーナーを介して連続的に通板してい
    る薄鋼板の膜厚を一定に制御する装置において;薄鋼板
    幅方向に連続的にスキャンする2色型放射計、該2色型
    放射計によって被測定物から測定された2つの分光放射
    輝度信号(Lx,Ly)を受信する手段、前記2つの分光放
    射輝度信号から2つの放射率(Ex,Ey)と温度(T)を
    求める手段、予め被測定物の膜厚と上記2つの放射率と
    の関係を保持しているメモリー,及び2つの放射率(E
    x,Ey)と前記メモリーとを比較して被測定物の膜厚を求
    める膜厚比較演算部、を備える酸化膜監視装置;及び該
    酸化膜監視装置で測定される実測膜厚と予め設定されて
    いる目標膜厚との差から上記加熱バーナの火力の強弱を
    制御するバーナー制御部とを備えた事を特徴とする薄鋼
    板の連続加熱バーナー制御装置。
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