JPH10206125A - 酸化膜厚さ測定装置及び測定方法 - Google Patents
酸化膜厚さ測定装置及び測定方法Info
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- JPH10206125A JPH10206125A JP2576797A JP2576797A JPH10206125A JP H10206125 A JPH10206125 A JP H10206125A JP 2576797 A JP2576797 A JP 2576797A JP 2576797 A JP2576797 A JP 2576797A JP H10206125 A JPH10206125 A JP H10206125A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱間圧延及びその後の放冷工程において生成
する約5〜15μm程度の酸化膜を、非破壊・非接触
で、正確かつ簡単に測定することが可能な酸化膜厚さの
測定装置及び測定方法を提供する。 【解決手段】 酸化膜厚さに対応して反射率が変化する
赤外光を鋼板1の表面に照射するための赤外光源5と、
鋼板1の表面からの反射赤外光強度を測定する赤外分光
放射計10と、赤外光源5及び赤外分光放射計10を、
光学的に外部から遮蔽して収納する収納ボックス4と、
赤外分光放射計10からの出力と、予め測定した酸化膜
厚さと鋼板1の表面の分光反射率の関係とに基づいて酸
化膜厚さを演算する演算装置15とを備える。
する約5〜15μm程度の酸化膜を、非破壊・非接触
で、正確かつ簡単に測定することが可能な酸化膜厚さの
測定装置及び測定方法を提供する。 【解決手段】 酸化膜厚さに対応して反射率が変化する
赤外光を鋼板1の表面に照射するための赤外光源5と、
鋼板1の表面からの反射赤外光強度を測定する赤外分光
放射計10と、赤外光源5及び赤外分光放射計10を、
光学的に外部から遮蔽して収納する収納ボックス4と、
赤外分光放射計10からの出力と、予め測定した酸化膜
厚さと鋼板1の表面の分光反射率の関係とに基づいて酸
化膜厚さを演算する演算装置15とを備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延工程で鋼
材表面に生成する酸化膜の厚さを測定するための酸化膜
厚さ測定装置及び測定方法に関し、特に、非破壊かつ非
接触で測定することができるようにしたものである。
材表面に生成する酸化膜の厚さを測定するための酸化膜
厚さ測定装置及び測定方法に関し、特に、非破壊かつ非
接触で測定することができるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】熱間圧延工程では、加熱された鋼板が大
気にさらされるため、鋼板の表面にスケールと呼ばれる
酸化鉄皮膜が生成する。さらに圧延終了後、鋼板はコイ
ル状に巻き取られ、数十時間かけて常温付近まで冷却さ
れるが、この課程でもスケールは成長するとともに、酸
化鉄組成の変態があることが知られている。この結果、
鋼板表面には黒皮といわれるマグネタイト(Fe3 O4 )
を主成分とした酸化膜が形成される。この酸化膜は、圧
延から冷却にいたる温度履歴・雰囲気、鋼種等の種々の
要因により、その厚さが5〜15μm程度の範囲で異な
ってくる。鋼板は、次の酸洗工程で表面の酸化膜を溶解
し、除去する処理が施されるが、酸化膜が予想以上に厚
い場合には、いわゆるスケール残りという不良品が発生
する。また、必要以上の酸洗は、酸洗液の過剰消費や鋼
板自身の溶損等の問題がある。このため、スケール厚み
を計測した後、計測結果に基づいて酸洗を行うことが望
まれている。
気にさらされるため、鋼板の表面にスケールと呼ばれる
酸化鉄皮膜が生成する。さらに圧延終了後、鋼板はコイ
ル状に巻き取られ、数十時間かけて常温付近まで冷却さ
れるが、この課程でもスケールは成長するとともに、酸
化鉄組成の変態があることが知られている。この結果、
鋼板表面には黒皮といわれるマグネタイト(Fe3 O4 )
を主成分とした酸化膜が形成される。この酸化膜は、圧
延から冷却にいたる温度履歴・雰囲気、鋼種等の種々の
要因により、その厚さが5〜15μm程度の範囲で異な
ってくる。鋼板は、次の酸洗工程で表面の酸化膜を溶解
し、除去する処理が施されるが、酸化膜が予想以上に厚
い場合には、いわゆるスケール残りという不良品が発生
する。また、必要以上の酸洗は、酸洗液の過剰消費や鋼
板自身の溶損等の問題がある。このため、スケール厚み
を計測した後、計測結果に基づいて酸洗を行うことが望
まれている。
【0003】従来、鋼板表面に生成したスケール厚を計
測する方法としては、酸洗減量法と断面研磨顕微鏡観察
法という破壊検査による測定方法があった。この酸洗減
量法は、酸性溶液中で鋼板の表面のスケールのみを溶解
させ、スケール溶解後の試験片の重量変化に基づいてス
ケール厚を求める方法である。また、断面研磨顕微鏡観
察法は、樹脂に埋め込んだ試験片の断面を研磨し、これ
を顕微鏡で直接観察してスケール厚を求める方法であ
る。
測する方法としては、酸洗減量法と断面研磨顕微鏡観察
法という破壊検査による測定方法があった。この酸洗減
量法は、酸性溶液中で鋼板の表面のスケールのみを溶解
させ、スケール溶解後の試験片の重量変化に基づいてス
ケール厚を求める方法である。また、断面研磨顕微鏡観
察法は、樹脂に埋め込んだ試験片の断面を研磨し、これ
を顕微鏡で直接観察してスケール厚を求める方法であ
る。
【0004】また、上記した破壊検査によるスケール厚
測定方法の他に、非破壊・非接触でスケール厚を測定す
る方法として、X線回析を利用した測定方法が、特開6
2−90527号公報に開示されている。この測定方法
では、鋼板上にX線を照射し、鋼板素地の結晶格子面か
らの回析X線強度とスケール組織の酸化鉄からの回析X
線強度を検出し、各々の回析強度と、予め求めたスケー
ル厚さと組成の関係とに基づいて、スケールの厚さと組
成を求めている。さらに、鋼板表面からの自発光を用い
てスケール厚を測定する方法が、特開平7−27013
0号公報に開示されている。
測定方法の他に、非破壊・非接触でスケール厚を測定す
る方法として、X線回析を利用した測定方法が、特開6
2−90527号公報に開示されている。この測定方法
では、鋼板上にX線を照射し、鋼板素地の結晶格子面か
らの回析X線強度とスケール組織の酸化鉄からの回析X
線強度を検出し、各々の回析強度と、予め求めたスケー
ル厚さと組成の関係とに基づいて、スケールの厚さと組
成を求めている。さらに、鋼板表面からの自発光を用い
てスケール厚を測定する方法が、特開平7−27013
0号公報に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の酸洗減量法や、断面研磨顕微鏡観察法という破壊検査
による酸化膜厚さ測定方法では、試験片を切り出すこと
ができる位置が鋼板端部に限定されるので、鋼板全体に
わたっての正確な測定が行えないという問題点があっ
た。
の酸洗減量法や、断面研磨顕微鏡観察法という破壊検査
による酸化膜厚さ測定方法では、試験片を切り出すこと
ができる位置が鋼板端部に限定されるので、鋼板全体に
わたっての正確な測定が行えないという問題点があっ
た。
【0006】さらに、試験片を切り出した後、酸洗を行
ったり、試験片を研磨したりする工程が必要であり、測
定が面倒であるとともに、ある程度の時間を要するとい
う問題点があった。
ったり、試験片を研磨したりする工程が必要であり、測
定が面倒であるとともに、ある程度の時間を要するとい
う問題点があった。
【0007】また、上記したX線回析による測定方法
は、回析X線強度が微弱であるため原理的に測定精度が
低くなるとともに、複数の解析方向に検出器を配置する
必要があるため、装置が大型化するだけではなく、光軸
の調整、検出器の校正等のメンテナンスが煩雑であると
いう問題点が予想される。
は、回析X線強度が微弱であるため原理的に測定精度が
低くなるとともに、複数の解析方向に検出器を配置する
必要があるため、装置が大型化するだけではなく、光軸
の調整、検出器の校正等のメンテナンスが煩雑であると
いう問題点が予想される。
【0008】また、上記した鋼板表面からの自発光を用
いたスケール厚の測定方法は、熱間圧延中あるいは圧延
直後の鋼板が600℃以上の高温にある場合のスケール
厚の測定方法であり、本発明が意図するような放冷後に
鋼板表面に生成する約5〜15μm程度のスケールを冷
間で測定する方法は確立されていない。
いたスケール厚の測定方法は、熱間圧延中あるいは圧延
直後の鋼板が600℃以上の高温にある場合のスケール
厚の測定方法であり、本発明が意図するような放冷後に
鋼板表面に生成する約5〜15μm程度のスケールを冷
間で測定する方法は確立されていない。
【0009】そこで、本発明は、上記した従来の技術の
有する問題点に鑑み提案されたもので、熱間圧延とその
後の放冷工程において生成する約5〜15μm程度の酸
化膜を、非破壊・非接触で、正確かつ簡単に測定するこ
とが可能な酸化膜厚さの測定装置及び測定方法を提供す
ることを目的とする。
有する問題点に鑑み提案されたもので、熱間圧延とその
後の放冷工程において生成する約5〜15μm程度の酸
化膜を、非破壊・非接触で、正確かつ簡単に測定するこ
とが可能な酸化膜厚さの測定装置及び測定方法を提供す
ることを目的とする。
【0010】
(構成)本発明は、上記した目的を達成するためのもの
であり、以下にその内容を説明する。請求項1〜請求項
4は、鋼板表面に生成した酸化膜の厚さを測定するため
の測定装置に関する発明であり、請求項5から請求項8
は、鋼板表面に生成した酸化膜の厚さを測定するための
測定方法に関する発明である。
であり、以下にその内容を説明する。請求項1〜請求項
4は、鋼板表面に生成した酸化膜の厚さを測定するため
の測定装置に関する発明であり、請求項5から請求項8
は、鋼板表面に生成した酸化膜の厚さを測定するための
測定方法に関する発明である。
【0011】請求項1記載の発明は、酸化膜厚さに対応
して反射率が変化する赤外光を鋼板表面に照射するため
の赤外光源と、鋼板表面からの反射赤外光強度を測定す
る赤外分光放射計と、赤外光源及び赤外分光放射計を、
光学的に外部から遮蔽して収納する収納ボックスと、赤
外分光放射計からの出力と、予め測定した酸化膜厚さと
鋼板表面の分光反射率の関係とに基づいて酸化膜厚さを
演算する演算装置とを備えている。
して反射率が変化する赤外光を鋼板表面に照射するため
の赤外光源と、鋼板表面からの反射赤外光強度を測定す
る赤外分光放射計と、赤外光源及び赤外分光放射計を、
光学的に外部から遮蔽して収納する収納ボックスと、赤
外分光放射計からの出力と、予め測定した酸化膜厚さと
鋼板表面の分光反射率の関係とに基づいて酸化膜厚さを
演算する演算装置とを備えている。
【0012】請求項2記載の発明は、上記した請求項1
記載の発明の構成に加えて、赤外光源と鋼板表面との間
に、赤外光源からの赤外光を立体角15度以上で鋼板表
面に入射させるための集光ミラーを配置してある。
記載の発明の構成に加えて、赤外光源と鋼板表面との間
に、赤外光源からの赤外光を立体角15度以上で鋼板表
面に入射させるための集光ミラーを配置してある。
【0013】請求項3記載の発明は、上記した請求項1
または請求項2記載の発明の構成に加えて、赤外光源と
鋼板表面との間に、赤外光源からの赤外光を遮蔽可能な
シャッターを設けてある。
または請求項2記載の発明の構成に加えて、赤外光源と
鋼板表面との間に、赤外光源からの赤外光を遮蔽可能な
シャッターを設けてある。
【0014】請求項4記載の発明は、上記した請求項1
〜請求項3のいずれか1項記載の発明の構成に加えて、
赤外分光放射計が検出する赤外光は、波長8μm以上と
なっている。
〜請求項3のいずれか1項記載の発明の構成に加えて、
赤外分光放射計が検出する赤外光は、波長8μm以上と
なっている。
【0015】請求項5記載の発明は、酸化膜厚さに対応
して反射率が変化する赤外光を鋼板表面に照射して、鋼
板表面からの反射赤外光強度を測定し、当該反射赤外高
強度と、予め測定した酸化膜厚さと鋼板表面の分光反射
率の関係とに基づいて酸化膜厚さを演算する。
して反射率が変化する赤外光を鋼板表面に照射して、鋼
板表面からの反射赤外光強度を測定し、当該反射赤外高
強度と、予め測定した酸化膜厚さと鋼板表面の分光反射
率の関係とに基づいて酸化膜厚さを演算する。
【0016】請求項6記載の発明は、上記した請求項5
記載の発明の構成に加えて、赤外光を立体角15度以上
で鋼板表面に入射させる。
記載の発明の構成に加えて、赤外光を立体角15度以上
で鋼板表面に入射させる。
【0017】請求項7記載の発明は、上記した請求項5
または請求項6記載の発明の構成に加えて、赤外光が照
射されていない鋼板表面温度を測定して、反射赤外光強
度の測定値を補正する。
または請求項6記載の発明の構成に加えて、赤外光が照
射されていない鋼板表面温度を測定して、反射赤外光強
度の測定値を補正する。
【0018】請求項8記載の発明は、請求項5〜請求項
7のいずれか1項記載の発明の構成に加えて、赤外光の
波長帯域は、8μm以上である。
7のいずれか1項記載の発明の構成に加えて、赤外光の
波長帯域は、8μm以上である。
【0019】(作用)本発明は、上記した構成からなる
ので、以下に説明するような作用を奏する。請求項1ま
たは請求項5記載の発明では、赤外光源により発生する
赤外光は、酸化膜厚さに対応して反射率が変化する帯域
の赤外光であり、この赤外光を鋼板表面に照射する。
ので、以下に説明するような作用を奏する。請求項1ま
たは請求項5記載の発明では、赤外光源により発生する
赤外光は、酸化膜厚さに対応して反射率が変化する帯域
の赤外光であり、この赤外光を鋼板表面に照射する。
【0020】鋼板表面に照射された赤外光は、半透明の
酸化膜の吸収を受けながら酸化膜を透過し、不透明の地
鉄の表面で反射された後、再び酸化膜による吸収を受け
ながら進行して、鋼板外部に出射される。鋼板外部に出
射された反射赤外光強度は、赤外分光放射計により測定
される。
酸化膜の吸収を受けながら酸化膜を透過し、不透明の地
鉄の表面で反射された後、再び酸化膜による吸収を受け
ながら進行して、鋼板外部に出射される。鋼板外部に出
射された反射赤外光強度は、赤外分光放射計により測定
される。
【0021】また、先に説明したように、酸化膜による
赤外光の吸収量は、酸化膜の厚みにより決定されるの
で、予め酸化膜厚さと鋼板表面の分光反射率の関係を求
めておく。
赤外光の吸収量は、酸化膜の厚みにより決定されるの
で、予め酸化膜厚さと鋼板表面の分光反射率の関係を求
めておく。
【0022】そして、演算装置を用いて、測定した反射
赤外光強度と、予め求めた酸化膜厚さと分光反射率との
関係に基づいて演算を行えば、鋼板表面に生成された酸
化膜の厚さを求めることができる。
赤外光強度と、予め求めた酸化膜厚さと分光反射率との
関係に基づいて演算を行えば、鋼板表面に生成された酸
化膜の厚さを求めることができる。
【0023】請求項2または請求項6記載の発明では、
集光ミラーを用いて、赤外光源からの赤外光を立体角1
5度以上で鋼板表面に入射させることにより、鋼板の表
面粗さによる散乱で、見かけの反射率が変化することを
防止することができる。
集光ミラーを用いて、赤外光源からの赤外光を立体角1
5度以上で鋼板表面に入射させることにより、鋼板の表
面粗さによる散乱で、見かけの反射率が変化することを
防止することができる。
【0024】請求項3または請求項7記載の発明では、
赤外光が照射されていない鋼板表面温度を測定すること
により、反射赤外光強度の測定値を補正することができ
る。
赤外光が照射されていない鋼板表面温度を測定すること
により、反射赤外光強度の測定値を補正することができ
る。
【0025】請求項4または請求項8記載の発明では、
赤外光の波長帯域は、8μm以上である。
赤外光の波長帯域は、8μm以上である。
【0026】これは、測定の対象とする酸化膜の厚さを
5〜15μm程度とした場合には、波長8μ以上の赤外
域付近から酸化膜の厚さと反射率との相関が強く現れれ
るためである。
5〜15μm程度とした場合には、波長8μ以上の赤外
域付近から酸化膜の厚さと反射率との相関が強く現れれ
るためである。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態の一例を説明する。 (本発明の原理)まず、図8に基づいて、本発明に係る
酸化膜厚さの測定方法の原理を説明する。なお、以降の
説明および図面中で、酸化膜のことをスケール(マグネ
タイト(Fe3 O4 )を主成分とした鉄酸化物)と記すこ
とがあり、両者には同一の符号を付して説明する。図8
は、酸化膜を有する鋼板の光学モデルの説明図である。
実施の形態の一例を説明する。 (本発明の原理)まず、図8に基づいて、本発明に係る
酸化膜厚さの測定方法の原理を説明する。なお、以降の
説明および図面中で、酸化膜のことをスケール(マグネ
タイト(Fe3 O4 )を主成分とした鉄酸化物)と記すこ
とがあり、両者には同一の符号を付して説明する。図8
は、酸化膜を有する鋼板の光学モデルの説明図である。
【0028】図8に示すように、鋼板(地金)1の表面
に生成された酸化膜2は、例えば、マグネタイトを主成
分としたスケール2からなり、赤外域で半透明であるた
め、赤外光を吸収しながら通過させる。一方、鋼板(地
鉄)1の部分は、不透明でかつ表面反射率が高いため、
酸化膜2を通過してきた赤外光をそのまま反射させる。
このとき、入射赤外光強度をIi、反射赤外光強度をIr
とすると、反射率Rは、 R=Ir/Ii という式で表すことができ、反射率Rは、酸化膜2の厚
さに対応して変化する。
に生成された酸化膜2は、例えば、マグネタイトを主成
分としたスケール2からなり、赤外域で半透明であるた
め、赤外光を吸収しながら通過させる。一方、鋼板(地
鉄)1の部分は、不透明でかつ表面反射率が高いため、
酸化膜2を通過してきた赤外光をそのまま反射させる。
このとき、入射赤外光強度をIi、反射赤外光強度をIr
とすると、反射率Rは、 R=Ir/Ii という式で表すことができ、反射率Rは、酸化膜2の厚
さに対応して変化する。
【0029】したがって、測定した反射赤外光強度と、
予め求めた酸化膜2の厚さと分光反射率との関係に基づ
いて演算を行えば、鋼板1の表面に生成された酸化膜2
の厚さを求めることができる。
予め求めた酸化膜2の厚さと分光反射率との関係に基づ
いて演算を行えば、鋼板1の表面に生成された酸化膜2
の厚さを求めることができる。
【0030】(酸化膜厚さ測定装置)次に、本発明に係
る酸化膜厚さ測定装置を、図1に基づいて説明する。図
1は、本発明に係る酸化膜厚さ測定装置の概略構成図で
ある。
る酸化膜厚さ測定装置を、図1に基づいて説明する。図
1は、本発明に係る酸化膜厚さ測定装置の概略構成図で
ある。
【0031】本発明に係る酸化膜厚さ測定装置3は、図
1に示すように、酸洗工程手前で通板される鋼板1の上
方に、鋼板1の表面から約90mm離れて収納ボックス
4を配置し、収納ボックス4の一側方に、赤外光源5を
配置してある。
1に示すように、酸洗工程手前で通板される鋼板1の上
方に、鋼板1の表面から約90mm離れて収納ボックス
4を配置し、収納ボックス4の一側方に、赤外光源5を
配置してある。
【0032】(赤外光源)上記した赤外光源5は、例え
ば、空洞発熱体を用いた一般的な黒体炉で、最高1,0
00℃程度の温度に設定することができ、実行放射率
が、0.97〜0.99で、開口部直径が25.4mm
であるものを使用する。
ば、空洞発熱体を用いた一般的な黒体炉で、最高1,0
00℃程度の温度に設定することができ、実行放射率
が、0.97〜0.99で、開口部直径が25.4mm
であるものを使用する。
【0033】本発明で測定の対象とする酸化膜2の厚さ
は、約5〜15μm程度である。このような厚さの範囲
の酸化膜2では、波長8μm以上の赤外域付近から、酸
化膜2の厚さと反射率との相関が強く現れることが、発
明者の行った実験により明らかになった。このため、赤
外光源5は、波長8μm以上で充分な光量が得られるよ
う、温度を800℃に設定して使用した。また、波長1
5μm以上の赤外域では光が微弱となり、現在のとこ
ろ、常温で使用できる赤外センサがないため装置が複雑
になるが、波長15μm以上の赤外域であっても酸化膜
2の厚さを測定することはできるため、必ずしも波長1
5μmを上限とする必要はない。
は、約5〜15μm程度である。このような厚さの範囲
の酸化膜2では、波長8μm以上の赤外域付近から、酸
化膜2の厚さと反射率との相関が強く現れることが、発
明者の行った実験により明らかになった。このため、赤
外光源5は、波長8μm以上で充分な光量が得られるよ
う、温度を800℃に設定して使用した。また、波長1
5μm以上の赤外域では光が微弱となり、現在のとこ
ろ、常温で使用できる赤外センサがないため装置が複雑
になるが、波長15μm以上の赤外域であっても酸化膜
2の厚さを測定することはできるため、必ずしも波長1
5μmを上限とする必要はない。
【0034】(収納ボックス)上記した収納ボックス4
には、赤外光源5に対向する一側面に、赤外光源5の赤
外出射口6に対向した赤外光入口7を設け、鋼板1の表
面に対向する下面に、鋼板1へ赤外光を入射させるとと
もに、鋼板1からの反射赤外光を取り込む赤外光入反射
口8を設けてある。
には、赤外光源5に対向する一側面に、赤外光源5の赤
外出射口6に対向した赤外光入口7を設け、鋼板1の表
面に対向する下面に、鋼板1へ赤外光を入射させるとと
もに、鋼板1からの反射赤外光を取り込む赤外光入反射
口8を設けてある。
【0035】そして、収納ボックス4内には、赤外光源
5からの赤外光を鋼板1に向かって反射させる集光ミラ
ー9と、鋼板1の表面からの反射赤外光強度を測定する
赤外分光放射計10と、鋼板1からの反射赤外光を反射
して赤外分光放射計10に導く反射ミラー11と、赤外
光入口7を開閉して、赤外光源5からの赤外光を遮蔽可
能なシャッター12とを設けてある。
5からの赤外光を鋼板1に向かって反射させる集光ミラ
ー9と、鋼板1の表面からの反射赤外光強度を測定する
赤外分光放射計10と、鋼板1からの反射赤外光を反射
して赤外分光放射計10に導く反射ミラー11と、赤外
光入口7を開閉して、赤外光源5からの赤外光を遮蔽可
能なシャッター12とを設けてある。
【0036】(集光ミラー)上記した集光ミラー9は、
赤外光源5からの赤外光を立体角15度以上で鋼板1の
表面に入射させるためのミラーであり、赤外用にコーテ
ィング処理が施されたアルミ蒸着凹面ミラーが使用され
る。
赤外光源5からの赤外光を立体角15度以上で鋼板1の
表面に入射させるためのミラーであり、赤外用にコーテ
ィング処理が施されたアルミ蒸着凹面ミラーが使用され
る。
【0037】鋼板1は、その表面粗度が異なるため、鋼
板表面の分光反射率が同じであっても、入射赤外光の立
体角が小さい場合には、散乱による拡散的反射の影響
で、反射赤外光強度が変化する場合がある。したがっ
て、集光ミラー9を用いて、赤外光源5から鋼板1の表
面に入射する赤外光の立体角を大きくすることにより、
散乱に対する影響を除去することができる。
板表面の分光反射率が同じであっても、入射赤外光の立
体角が小さい場合には、散乱による拡散的反射の影響
で、反射赤外光強度が変化する場合がある。したがっ
て、集光ミラー9を用いて、赤外光源5から鋼板1の表
面に入射する赤外光の立体角を大きくすることにより、
散乱に対する影響を除去することができる。
【0038】集光ミラー9の役割を、図2に基づいて説
明する。図2は、集光ミラーを用いて反射光を安定させ
た様子を示した説明図である。
明する。図2は、集光ミラーを用いて反射光を安定させ
た様子を示した説明図である。
【0039】鋼板1の表面の粗度が小さい場合には、散
乱分布が小さく、鋼板1の表面の粗度が大きい場合に
は、散乱分布が大きくなる。したがって、赤外分光放射
計10が臨む狭い立体角に対して、表面の粗度に基づく
反射赤外光強度の変化を除去するためには、入射赤外光
の立体角を所定値よりも大きくする必要がある。この立
体角の所定値を実験的に調査したところ、反射赤外光強
度の変化を除去するために必要な最低立体角は15度で
あることがわかった。
乱分布が小さく、鋼板1の表面の粗度が大きい場合に
は、散乱分布が大きくなる。したがって、赤外分光放射
計10が臨む狭い立体角に対して、表面の粗度に基づく
反射赤外光強度の変化を除去するためには、入射赤外光
の立体角を所定値よりも大きくする必要がある。この立
体角の所定値を実験的に調査したところ、反射赤外光強
度の変化を除去するために必要な最低立体角は15度で
あることがわかった。
【0040】このように、集光ミラー9を用いて、赤外
光源5からの赤外光を立体角15度以上で鋼板1の表面
に入射させると、図2に示すように、鋼板1の表面の粗
度の影響を受けることなく、反射赤外光を安定させて赤
外分光放射計10に導くことができる。
光源5からの赤外光を立体角15度以上で鋼板1の表面
に入射させると、図2に示すように、鋼板1の表面の粗
度の影響を受けることなく、反射赤外光を安定させて赤
外分光放射計10に導くことができる。
【0041】また、集光ミラー9は、鋼板1の表面で直
径約20mmの範囲に赤外光を照射するよう光学的に配
置されている。
径約20mmの範囲に赤外光を照射するよう光学的に配
置されている。
【0042】(赤外分光放射計)上記した赤外分光放射
計10は、例えば、赤外検出素子として常温使用が可能
な焦電素子を用い、波長選択は内蔵された赤外干渉フィ
ルタ(透過帯域11〜13μm)で行い、応答時間が最
高50msとなっている。また、逆光路に可視光レーザ
を出射して、測定位置の確認を行える機能を備えた装置
であることが好ましい。
計10は、例えば、赤外検出素子として常温使用が可能
な焦電素子を用い、波長選択は内蔵された赤外干渉フィ
ルタ(透過帯域11〜13μm)で行い、応答時間が最
高50msとなっている。また、逆光路に可視光レーザ
を出射して、測定位置の確認を行える機能を備えた装置
であることが好ましい。
【0043】この赤外分光放射計10は、図1に示すよ
うに、信号線13により、A/D変換器14を介して演
算装置15と接続されている。
うに、信号線13により、A/D変換器14を介して演
算装置15と接続されている。
【0044】(シャッター)上記したシャッター12
は、図1に示すように、ソレノイドスイッチ16により
駆動される装置で、赤外光入口7を開閉して、赤外光源
5からの赤外光を遮蔽することができる。
は、図1に示すように、ソレノイドスイッチ16により
駆動される装置で、赤外光入口7を開閉して、赤外光源
5からの赤外光を遮蔽することができる。
【0045】シャッター12による赤外光の遮蔽を、図
3に基づいて説明する。図3は、シャッターによる赤外
光の遮蔽を説明するための説明図である。
3に基づいて説明する。図3は、シャッターによる赤外
光の遮蔽を説明するための説明図である。
【0046】シャッター12はソレノイドスイッチ16
により駆動されていて、常には、図3中実線で示すよう
に、収納ボックス4の赤外光入口7から待避していて、
赤外光源5からの赤外光は、鋼板1の表面に照射され
る。
により駆動されていて、常には、図3中実線で示すよう
に、収納ボックス4の赤外光入口7から待避していて、
赤外光源5からの赤外光は、鋼板1の表面に照射され
る。
【0047】また、鋼板1は、それ自身約20〜100
℃の温度を有していて、僅かながら自発光による赤外を
放射している。したがって、赤外分光放射計10には、
鋼板1の表面からの赤外反射光と、鋼板1の自発光とが
入射される。
℃の温度を有していて、僅かながら自発光による赤外を
放射している。したがって、赤外分光放射計10には、
鋼板1の表面からの赤外反射光と、鋼板1の自発光とが
入射される。
【0048】一方、図3中点線で示すように、シャッタ
ー12が収納ボックス4の赤外光入口7を塞ぐと、赤外
分光放射計10には、鋼板1の自発光のみが入射され
る。したがって、この自発光強度を測定することによ
り、反射赤外光強度の測定値を補正することができる。
ー12が収納ボックス4の赤外光入口7を塞ぐと、赤外
分光放射計10には、鋼板1の自発光のみが入射され
る。したがって、この自発光強度を測定することによ
り、反射赤外光強度の測定値を補正することができる。
【0049】尚、自発高強度を測定するための他の方法
として、シャッター12を設けるのではなく、鋼板1の
表面からの自発光のみを測定する放射温度計を別途設け
るようにしてもよい。
として、シャッター12を設けるのではなく、鋼板1の
表面からの自発光のみを測定する放射温度計を別途設け
るようにしてもよい。
【0050】(自発光強度の補償)次に、自発光強度の
補償の必要性を説明する。本発明で使用する波長域であ
る8〜15μmの赤外光の場合には、例えば、800℃
の黒体炉からの放射強度と、最高で100℃程度の温度
がある測定対象物からの自発光強度は、せいぜい10倍
程度の差しかないことが、黒体放射の理論式により計算
される。したがって、測定対象の温度が20〜100℃
の間で変化すると、自発光の放射により反射光強度測定
値に誤差が生じることになる。このため、本発明では、
上記した方法により、自発光強度の補償を行う必要があ
る。
補償の必要性を説明する。本発明で使用する波長域であ
る8〜15μmの赤外光の場合には、例えば、800℃
の黒体炉からの放射強度と、最高で100℃程度の温度
がある測定対象物からの自発光強度は、せいぜい10倍
程度の差しかないことが、黒体放射の理論式により計算
される。したがって、測定対象の温度が20〜100℃
の間で変化すると、自発光の放射により反射光強度測定
値に誤差が生じることになる。このため、本発明では、
上記した方法により、自発光強度の補償を行う必要があ
る。
【0051】(赤外光の通過経路)図1に示した酸化膜
厚さ測定装置3では、赤外光源5から発生した赤外光
は、赤外光入口7から収納ボックス4内に入り、集光ミ
ラー9で反射されて、赤外光入反射口8を通って鋼板1
の表面に入射する。
厚さ測定装置3では、赤外光源5から発生した赤外光
は、赤外光入口7から収納ボックス4内に入り、集光ミ
ラー9で反射されて、赤外光入反射口8を通って鋼板1
の表面に入射する。
【0052】この入射赤外光は、酸化膜2により吸収さ
れるとともに、地鉄により反射され、鋼板1の自発光と
ともに赤外光入反射口8を通って、収納ボックス4内に
入る。そして、反射赤外光及び自発光は、反射ミラー1
1により反射されて、赤外分光放射計10に入射して、
反射赤外光強度が測定される。
れるとともに、地鉄により反射され、鋼板1の自発光と
ともに赤外光入反射口8を通って、収納ボックス4内に
入る。そして、反射赤外光及び自発光は、反射ミラー1
1により反射されて、赤外分光放射計10に入射して、
反射赤外光強度が測定される。
【0053】また、収納ボックス4の赤外光入口7がシ
ャッター12により遮蔽されている場合には、赤外光源
5からの赤外光は、鋼板1の表面へ到達しない。したが
って、鋼板1の表面からの自発光のみが、反射ミラー1
1により反射されて、赤外分光放射計10に入射して、
自発光強度が測定される。
ャッター12により遮蔽されている場合には、赤外光源
5からの赤外光は、鋼板1の表面へ到達しない。したが
って、鋼板1の表面からの自発光のみが、反射ミラー1
1により反射されて、赤外分光放射計10に入射して、
自発光強度が測定される。
【0054】(演算装置)次に、赤外分光放射計10か
らの出力と、予め測定した酸化膜2の厚さと鋼板1の表
面の分光反射率の関係とに基づいて酸化膜2の厚さを演
算するための演算装置15を、図4に基づいて説明す
る。図4は、演算装置の概略ブロック図である。
らの出力と、予め測定した酸化膜2の厚さと鋼板1の表
面の分光反射率の関係とに基づいて酸化膜2の厚さを演
算するための演算装置15を、図4に基づいて説明す
る。図4は、演算装置の概略ブロック図である。
【0055】赤外分光放射計10には、図4に示すよう
に、A/D変換器14を介して、演算装置15が接続さ
れている。
に、A/D変換器14を介して、演算装置15が接続さ
れている。
【0056】この演算装置15は、CPU,ROM,R
AM等を備えた小型計算機からなり、黒体炉温度と基準
反射光強度の関係式や、酸化膜(スケール)2の厚さと
反射率の関係式等を記憶した記憶部17と、反射率の演
算や酸化膜2の厚さの演算を行う演算部18と、シャッ
ター12の開閉制御やA/D変換器14の制御を行う制
御部19とを備えている。
AM等を備えた小型計算機からなり、黒体炉温度と基準
反射光強度の関係式や、酸化膜(スケール)2の厚さと
反射率の関係式等を記憶した記憶部17と、反射率の演
算や酸化膜2の厚さの演算を行う演算部18と、シャッ
ター12の開閉制御やA/D変換器14の制御を行う制
御部19とを備えている。
【0057】(演算装置の機能)図4に示すように、赤
外分光放射計10には、鋼板1からの反射赤外光や鋼板
1の自発光が入射され、反射赤外光強度が電圧出力とし
て出力される。そして、赤外分光放射計10からの電圧
出力は、A/D変換器14によりデジタル信号に変換さ
れて演算装置15に入力される。
外分光放射計10には、鋼板1からの反射赤外光や鋼板
1の自発光が入射され、反射赤外光強度が電圧出力とし
て出力される。そして、赤外分光放射計10からの電圧
出力は、A/D変換器14によりデジタル信号に変換さ
れて演算装置15に入力される。
【0058】演算装置15では、外部記憶装置等に記憶
されたプログラムに従って、演算部18による演算が行
われ、酸化膜2の厚さが求められる。この測定結果は、
モニタや、プリンタ等の出力装置(図示せず)に出力さ
れる。
されたプログラムに従って、演算部18による演算が行
われ、酸化膜2の厚さが求められる。この測定結果は、
モニタや、プリンタ等の出力装置(図示せず)に出力さ
れる。
【0059】また、演算装置15からは、A/D変換器
14に対する制御信号と、シャッター12に対する開閉
制御信号が出力されていて、これらの装置を制御してい
る。
14に対する制御信号と、シャッター12に対する開閉
制御信号が出力されていて、これらの装置を制御してい
る。
【0060】(酸化膜厚さの測定方法)次に、図5に基
づいて、上記した酸化膜厚さ測定装置3を用いて、鋼板
1の表面に生成した酸化膜2の厚さを測定する方法を説
明する。図5は、酸化膜厚さ測定方法の手順を示したフ
ローチャートである。
づいて、上記した酸化膜厚さ測定装置3を用いて、鋼板
1の表面に生成した酸化膜2の厚さを測定する方法を説
明する。図5は、酸化膜厚さ測定方法の手順を示したフ
ローチャートである。
【0061】鋼板1の表面に生成した酸化膜2の厚さを
測定するには、図5に示すように、まず、演算装置15
に接続されたキーボード等の入力装置から、測定条件を
入力する(S1)。入力する測定条件は、黒体炉の設定
温度(Tb),測定時間(S),サンプリング周期等で
ある。具体的に入力される値は、例えば、黒体炉の設定
温度(Tb)が800℃、測定時間(S)が600秒、
サンプリング周期が0.1秒等である。
測定するには、図5に示すように、まず、演算装置15
に接続されたキーボード等の入力装置から、測定条件を
入力する(S1)。入力する測定条件は、黒体炉の設定
温度(Tb),測定時間(S),サンプリング周期等で
ある。具体的に入力される値は、例えば、黒体炉の設定
温度(Tb)が800℃、測定時間(S)が600秒、
サンプリング周期が0.1秒等である。
【0062】次に、基準反射強度(Eb)を計算する
(S2)。具体的な計算式は、 Eb=g(Tb) である。この基準反射強度(Eb)は、各黒体炉温度毎
のテーブルとして記憶される。
(S2)。具体的な計算式は、 Eb=g(Tb) である。この基準反射強度(Eb)は、各黒体炉温度毎
のテーブルとして記憶される。
【0063】次に、シャッター12を閉じて(S3)、
鋼板1の表面の自発光強度(Es)を測定する(S
4)。
鋼板1の表面の自発光強度(Es)を測定する(S
4)。
【0064】次に、シャッター12を開いて(S5)、
反射赤外光強度(Em)を測定する(S6)。
反射赤外光強度(Em)を測定する(S6)。
【0065】尚、実際には、反射赤外光強度(Em)を
50回測定する間に、自発光強度(Es)を1回測定す
るようになっている。
50回測定する間に、自発光強度(Es)を1回測定す
るようになっている。
【0066】次に、予め計算して記憶した基準反射強度
(Eb)と、測定した自発光強度(Es)及び反射赤外
光強度(Em)とに基づいて、反射率(r)を計算する
(S7)。具体的な計算式は、 r=(Em−Es)/Eb である。
(Eb)と、測定した自発光強度(Es)及び反射赤外
光強度(Em)とに基づいて、反射率(r)を計算する
(S7)。具体的な計算式は、 r=(Em−Es)/Eb である。
【0067】次に、予め設定した反射率(r)と酸化膜
2の厚さ(L)との関係式に基づいて、酸化膜2の厚さ
(L)を計算し(S8)、測定結果をモニタ等の出力装
置に出力する(S9)。
2の厚さ(L)との関係式に基づいて、酸化膜2の厚さ
(L)を計算し(S8)、測定結果をモニタ等の出力装
置に出力する(S9)。
【0068】尚、0.1秒毎にサンプリングを行ってい
るため、測定結果を逐次出力したのでは、モニタが見難
くなる。したがって、実際には、測定結果の出力は、
0.5秒毎に行い、0.1秒毎の測定結果は、記憶部1
7に記憶するようにしている。
るため、測定結果を逐次出力したのでは、モニタが見難
くなる。したがって、実際には、測定結果の出力は、
0.5秒毎に行い、0.1秒毎の測定結果は、記憶部1
7に記憶するようにしている。
【0069】そして、測定時間(S)が経過するまでの
間、サンプリング周期制御タイマを稼働して(S1
1)、上記した自発光強度(Es)を測定するためのシ
ャッター閉処理(S3)から、測定結果出力処理(S1
0)までを繰り返して行う。
間、サンプリング周期制御タイマを稼働して(S1
1)、上記した自発光強度(Es)を測定するためのシ
ャッター閉処理(S3)から、測定結果出力処理(S1
0)までを繰り返して行う。
【0070】このような連続的な酸化膜厚さの測定を通
板中の鋼板に対して行い、得られた酸化膜厚さの情報に
基づいて、例えば、後の酸洗処理の制御等が行われる。
板中の鋼板に対して行い、得られた酸化膜厚さの情報に
基づいて、例えば、後の酸洗処理の制御等が行われる。
【0071】(本発明により測定した酸化膜の厚さの実
験結果)本発明に係る測定装置を用いた酸化膜2の厚さ
の測定の実験結果を、図6,7に基づいて説明する。図
6は、本発明により測定した酸化膜の厚さと分光反射率
との関係を表したグラフであり、図7は、本発明により
測定した酸化膜の厚さと断面顕微鏡観察値との関係を表
したグラフである。
験結果)本発明に係る測定装置を用いた酸化膜2の厚さ
の測定の実験結果を、図6,7に基づいて説明する。図
6は、本発明により測定した酸化膜の厚さと分光反射率
との関係を表したグラフであり、図7は、本発明により
測定した酸化膜の厚さと断面顕微鏡観察値との関係を表
したグラフである。
【0072】本発明に係る測定装置を用いて、酸化膜2
の厚さの測定実験をしたところ、図6に示すように、酸
化膜(スケール)2の厚さと分光反射率とに顕著な相関
関係があることが認められた。
の厚さの測定実験をしたところ、図6に示すように、酸
化膜(スケール)2の厚さと分光反射率とに顕著な相関
関係があることが認められた。
【0073】また、本発明により測定した酸化膜(スケ
ール)2の厚さと、断面顕微鏡観察値とを比較したとこ
ろ、図7に示すように、両者には顕著な相関関係がある
ことが認められた。
ール)2の厚さと、断面顕微鏡観察値とを比較したとこ
ろ、図7に示すように、両者には顕著な相関関係がある
ことが認められた。
【0074】したがって、本発明に係る測定装置及び測
定方法が、鋼板1の表面に生成する酸化膜2の厚さを測
定するために有用であり、酸化膜2の厚さを正確に測定
できることがわかる。
定方法が、鋼板1の表面に生成する酸化膜2の厚さを測
定するために有用であり、酸化膜2の厚さを正確に測定
できることがわかる。
【0075】
【発明の効果】本発明は、上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。請求
項1または請求項5記載の発明では、熱間圧延とその後
の放冷工程において生成する約5〜15μm程度の酸化
膜を、非破壊・非接触で、正確かつ簡単に測定すること
が可能な酸化膜厚さの測定装置及び測定方法を提供する
ことができる。
以下に説明するような効果を奏することができる。請求
項1または請求項5記載の発明では、熱間圧延とその後
の放冷工程において生成する約5〜15μm程度の酸化
膜を、非破壊・非接触で、正確かつ簡単に測定すること
が可能な酸化膜厚さの測定装置及び測定方法を提供する
ことができる。
【0076】請求項2または請求項6記載の発明では、
赤外光源からの赤外光を立体角15度以上で鋼板の表面
に入射させることにより、鋼板の表面粗さによる散乱
で、見かけの反射率が変化することを防止することがで
きる。
赤外光源からの赤外光を立体角15度以上で鋼板の表面
に入射させることにより、鋼板の表面粗さによる散乱
で、見かけの反射率が変化することを防止することがで
きる。
【0077】請求項3または請求項7記載の発明では、
赤外光が照射されていない鋼板の表面温度を測定するこ
とにより、反射赤外光強度の測定値を補正して、正確な
酸化膜厚さを測定することができる。
赤外光が照射されていない鋼板の表面温度を測定するこ
とにより、反射赤外光強度の測定値を補正して、正確な
酸化膜厚さを測定することができる。
【0078】請求項4または請求項8記載の発明では、
酸化膜厚と赤外光の反射率との相関が強く現れる波長帯
域である8μm以上の赤外光を用いて測定を行うことに
より、より正確に酸化膜厚さを測定することができる。
酸化膜厚と赤外光の反射率との相関が強く現れる波長帯
域である8μm以上の赤外光を用いて測定を行うことに
より、より正確に酸化膜厚さを測定することができる。
【図1】本発明に係る酸化膜厚さ測定装置の概略構成図
である。
である。
【図2】集光ミラーを用いて反射光を収束させた様子を
示した説明図である。
示した説明図である。
【図3】シャッターによる赤外光の遮蔽を説明するため
の説明図である。
の説明図である。
【図4】演算装置の概略ブロック図である。
【図5】酸化膜厚さ測定方法の手順を示したフローチャ
ートである。
ートである。
【図6】本発明により測定した酸化膜の厚さと分光反射
率との関係を表したグラフである。
率との関係を表したグラフである。
【図7】本発明により測定した酸化膜の厚さと断面顕微
鏡観察値との関係を表したグラフである。
鏡観察値との関係を表したグラフである。
【図8】酸化膜を有する鋼板の光学モデルの説明図であ
る。
る。
1 鋼板 2 酸化膜(スケール) 3 酸化膜厚さ測定装置 4 収納ボックス 5 赤外光源 6 赤外出射口 7 赤外光入口 8 赤外光入反射口 9 集光ミラー 10 赤外分光放射計 11 反射ミラー 12 シャッター 13 信号線 14 A/D変換器 15 演算装置 16 ソレノイドスイッチ 17 記憶部 18 演算部 19 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 三喜夫 愛知県東海市東海町5−3 新日本製鐵株 式会社名古屋製鐵所内
Claims (8)
- 【請求項1】鋼板表面に生成した酸化膜の厚さを測定す
るための装置であって、 酸化膜厚さに対応して反射率が変化する赤外光を鋼板表
面に照射するための赤外光源と、 鋼板表面からの反射赤外光強度を測定する赤外分光放射
計と、 上記赤外光源及び赤外分光放射計を、光学的に外部から
遮蔽して収納する収納ボックスと、 上記赤外分光放射計からの出力と、予め測定した酸化膜
厚さと鋼板表面の分光反射率の関係とに基づいて酸化膜
厚さを演算する演算装置と、を備えたことを特徴とする
酸化膜厚さ測定装置。 - 【請求項2】赤外光源と鋼板表面との間に、赤外光源か
らの赤外光を立体角15度以上で鋼板表面に入射させる
ための集光ミラーを配置したことを特徴とする請求項1
記載の酸化膜厚さ測定装置。 - 【請求項3】赤外光源と鋼板表面との間に、赤外光源か
らの赤外光を遮蔽可能なシャッターを設けたことを特徴
とする請求項1または請求項2記載の酸化膜厚さ測定装
置。 - 【請求項4】赤外分光放射計が検出する赤外光は、波長
8μm以上であることを特徴とする請求項1〜請求項3
のいずれか1項記載の酸化膜厚さ測定装置。 - 【請求項5】鋼板表面に生成した酸化膜の厚さを測定す
るための方法であって、 酸化膜厚さに対応して反射率が変化する赤外光を鋼板表
面に照射して、鋼板表面からの反射赤外光強度を測定
し、 当該反射赤外光強度と、予め測定した酸化膜厚さと鋼板
表面の分光反射率の関係とに基づいて酸化膜厚さを演算
することを特徴とする酸化膜厚さ測定方法。 - 【請求項6】赤外光を立体角15度以上で鋼板表面に入
射させることを特徴とする請求項5記載の酸化膜厚さ測
定方法。 - 【請求項7】赤外光が照射されていない鋼板表面温度を
測定して、反射赤外光強度の測定値を補正することを特
徴とする請求項5または請求項6記載の酸化膜厚さ測定
方法。 - 【請求項8】赤外光の波長帯域は、8μm以上であるこ
とを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれか1項記載
の酸化膜厚さ測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2576797A JPH10206125A (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 酸化膜厚さ測定装置及び測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2576797A JPH10206125A (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 酸化膜厚さ測定装置及び測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10206125A true JPH10206125A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=12174999
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2576797A Withdrawn JPH10206125A (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 酸化膜厚さ測定装置及び測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10206125A (ja) |
Cited By (11)
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EP1593929A1 (fr) * | 2004-05-03 | 2005-11-09 | CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES asbl - CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE vzw | Procédé et appareil pour la mesure simultanée de l'épaisseur et de la température d'une couche d'oxyde |
EP1653192A1 (fr) * | 2004-10-27 | 2006-05-03 | Centre De Recherches Metallurgiques | Procédé amélioré et appareil pour la mesure de l'épaisseur d'une couche d'oxyde |
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KR101281392B1 (ko) * | 2011-11-21 | 2013-07-02 | 주식회사 포스코 | 고온 강판의 산화층 두께 측정 장치 및 방법 |
CN108139333A (zh) * | 2015-09-30 | 2018-06-08 | 安赛乐米塔尔公司 | 包括表征行进中的钢基材上的氧化物的层的步骤的用于制造钢产品的方法 |
CN108759690A (zh) * | 2016-09-05 | 2018-11-06 | 南通大学 | 工作效果好的基于双光路红外反射法的涂层测厚仪 |
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WO2023042454A1 (ja) * | 2021-09-14 | 2023-03-23 | 株式会社島津製作所 | フーリエ変換赤外分光光度計 |
-
1997
- 1997-01-27 JP JP2576797A patent/JPH10206125A/ja not_active Withdrawn
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