JPS62223610A - 膜厚測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼材等の表面に形成された有ｔ８Ｈ分の厚み
を赤外線を用いて測定する方法に関する。

〔従来技術〕

鋼板は、一般に腐食しやすいが、その表面に有機膜を塗
装したものは耐蝕性が要求される用途への適用が可能と
なる。

しかし、有機膜が厚いもめを溶接を行う用途へ適用した
場合には溶接不良となり易く、また薄いものを耐蝕性が
要求される用途へ使用した場合には耐蝕性不良を生ずる
ことがある。

このため、有＃ｍ膜厚は適当な厚みとする必要があり、
斯かる有機膜付き鋼板の製造過程において膜厚をオンラ
イン測定し、その測定値に基づいて膜厚を調整している
。

上記オンライン測定としては、有機膜に含まれる有機物
によりこれに照射する赤外線の或る波長域にてその一部
が有＃Ｒ膜に吸収されるという赤外線吸収現象を利用し
た赤外線膜厚計にて測定する方法がある。この方法は、
上記現象が生じる波長（λ１）と生じない波長（λ２）
の２つの波長の赤外線を有機膜へ照射してその反射赤外
線ｃ以下反射光という）のエネルギーを夫々検出し、そ
の検出値の比を求めてその件に基づき膜厚を測定する方
法である。

これを詳述すると、照射する赤外線（以下照射光という
）のエネルギーＩｎ（λ）と反射光のエネルギー■（λ
）／　Ｉｏ（λ）は、波長λとの間において、第６図に
示すような関係にあると仮定し、上記波長λ１における
反射光のエネルギー１（λ１）は、ランベルト・ヘール
の法則より、有機膜による吸収率を示す項（下記ｅ　”
−２ｋ　ｔ　）とそれ以外の原因による減衰率（Ｕ）と
の積を照射光のエネルギー値Ｉｏ（λＩ）に乗じた下記
（１）式にて表わされ、また波長λ２における反射光の
エネルギーＩ（λ２）は、有ｔ８！膜による吸収以外の
原因による減衰率を照射光のエネルギー値■。（λ２）
に乗じた下記（２）式にて夫々表わされる。

Ｉ（λ＋　）　−Ｔｏ（λ、）ＸＵ（λ、　）　×ｅ　
−２ｋｊ・・・ｆｉｌ ■（λ２　）　＝　Ｔｏ（λ２）ＸＵ（λ２　）　　−
（２１但し、Ｘａ（λＩ）：波長λ１の照射光のエネル
ギー１ｏ（λ２）　二波長λ２の照射光のエネルギーＵ
（λ１）：赤外線吸収以外による波長λ１の光エネルギ
ー減衰率 Ｕ（λ２）：赤外線吸収以外による波長λ２の光エネル
ギー減衰率 に：測定対象の有機膜固有の赤 外線吸収率 ｔ：測定対象の有機膜の厚み そして、上記Ｕ（λ２）は下記（３）式にて近似的に表
わされるので、 （２）式右辺中のＵ（λ２）を（３）式右辺に置換する
ことにより、上記ｆｉｌ式のＩ（λ霞と置換後の■（λ
２）との比Ｓ、（ｒ（λＩ）　／　Ｔ　（λ２））が定
まる。

・・・（４） １（λｒ　）、Ｉ（λ２）を代入して膜厚ｔを算出して
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の様に、従来技術においては、上記（４）式の右辺
第２項の分母中に含まれるＵ（λ１）は実測とに、膜厚
を算出している。

している時の■（λ）／■ｏ（λ）とλの関係を示す。

一方、実測した！（λ）／　Ｔｏ（λ）とλの関係を第
７図に示す、第７図より鋼板の反射率、表面性状値であ
る。このため従来技術では、鋼板上の数μ−の膜厚測定
において、十分な測定精度が得られなかった。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、後に
説明する測定原理に基づいて３波長を定めて測定するこ
とにより、鋼板の反射率、鋼板の表面粗さ等の影響を受
けずに膜厚を高精度で測定し得る膜厚測定方法を提供す
ることを目的とする。

本発明に係る膜厚測定方法は、金属材の表面上に形成さ
れた有機膜へ赤外線を照射してその反射光のエネルギー
を検出し、或る波長で有機膜による赤外線吸収が生じて
照射光のエネルギーに対する検出エネルギーの値が有機
膜の厚みに対応して変化することを利用して有機膜の厚
みを測定する方法において、前記赤外線吸収が生じる波
長のエネルギー及び該波長よりも長い波長と短い波長夫
々のエネルギーを検出し、赤外線吸収が生じる波長での
照射光のエネルギーに対する検出値と、長・短２波長夫
々での照射光のエネルギーに対する検出値とにより有機
膜の厚みを算出することを特徴とする 〔発明の原理〕 まず、本発明の測定原理につき説明する。第１図は有機
膜２付き鋼板１の有機膜２に向けて、赤外線吸収のある
波長λ１及びそれがない２波長λ２゜λ３の赤外線を照
射し、夫々の反射光のエネルギーを図示しない検出器に
て検出している状態を示す模式図である。

波長λ１．λ２及びλ３における反射光のエネルギーＩ
（λｌ）、ｒ（λ２）及びｒ（λ３）は、前同様ランベ
ルト・ベールの法則より下記（１）、　（２）、　（５
１式にて夫々表わされる。

■（λｒ　）　−Ｉｏ（λ、）ＸＵ（λ１）　ｘ　ｅ　
−”ｔ−（１）Ｉ（λ２　）　−Ｉｎ（λ２　）　Ｘ　
Ｕ　（λ２）　　　・（２）■（λ３　）　＝　Ｌ）（
λ３）ＸＵ（λ３）　　　−（５１但し、Ｉｏ（λ３）
：波長λ３の照射光のエネルギーＵｎ（λ３）：赤外線
吸収以外による波長λ３の光のエネルギー減衰率 これら（１１，（２１，＋５１式より下記（６）式が成
り立つ。

２×！（λ１）／　ｔｏ（λ１） ■（λ２）／−１０（λ２）＋Ｉ（λ３）／　Ｉｏ（λ
３）Ｕ（λ２）＋Ｕ（λ３） そして、上記Ｕ（λ３）は（３）式の場合と同様に下記
（７）式にて近似的に表わされるので、（６）式右辺分
母のＵ（λ２）＋Ｕ（λコ）は下記（８）式となる。

×　（λ３＋λ２−２λ、）＋２０（λ１）　　・・・
（８）ここで、λ２＋λ３−２×λ１・・・（９）とな
るよう３波長λ１．λ２．λ３を選定すると、（６）式
は下記０１式として表わされる。

■（λ２）／１０（λ２）＋１（λ３）／ＩＯ（λ３）
・・・αω 従って、３波長λ１．λ２及びλ３を上記（９）式を満
足するように選定してその波長の照射光及び反射光のエ
ネルギーを測定することにより、上記０１式に基づき鋼
板の反射率、鋼板の表面粗さ等に影響を受けずに膜厚ｔ
を測定することが可能となる。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第２図は本発明の実施状態を示す模式図であり、図中１
は有機膜１ｂが鋼板１ａの表面上に形成された膜付鋼板
１を示す。

膜付鋼板ｌには光源２から発せられた赤外線Ａがチョッ
パ３を経て凹面＃１４４へ照射され、これにて反射され
た赤外線Ａ（以下これを光という）が回転セクタ５にて
後述するように通過・反射を選択せられてその通過光が
有機膜１６上に照射されるようになっている。

回転セクタ５は第３図にその平面図を示す如く、円盤状
のものからそれを円周方向に４等分するうちの対向する
２直角部分を切欠き、残った羽根部５ｂ、５ｂ等に金メ
ッキを施したものであり、その軸心を中心として回転す
る。赤外線Ａの光路は回転セクタ５の切欠部５ａの回転
域に位置するようになっており、光路上にその切欠部５
ａが位置するときには赤外線Ａは通過し、光路上に羽根
部５ｂが位置するときには赤外線Ａは反射される。

切欠部５ａを通過して有機ＩＩＩ！１ｂに照射した光Ａ
は回転セクタ５を通過するときの切欠部５ａと対向する
もう一方の切欠部５ａが光Ａの光路上に位置するために
この切欠部５ａを通過して凹面鏡７にて反射され、反射
された光Ａは２／３透過１／３反射ミラー８へ照射され
てこれにて反射された光Ａは干渉フィルタ９を経て光強
度検出器１０にて光強度が検出される。

ミラー８を透過した光Ａはハーフミラ−１１へ照射され
てこれにて半分透過、半分反射され、反射された光Ａは
干渉フィルタ１２を通過して光強度検出器１３にて光強
度が検出される。ハーフミラ−１１を透過した光は干渉
フィルタ１４を通過して光強度検出器１５にて光強度が
検出される。

上記３つの干渉フィルタ９．１２．１４は前記（９）式
を満足する波長λ１．λ２．λ３を取出せるものを使用
し、各光強度検出器１０．１３．１５にて検出された光
強度■（λＩ　）、Ｉ（λ２）、Ｉ（λ３）は夫々膜厚
演算器１６へ与えられる。

一方、回転セクタ５の羽根部５ｂにて反射された反射光
Ｂは、膜付鋼板１の有機膜と同一材質の有機膜が所定の
厚で形成された参照板６の有機膜側へ照射され、その反
射光Ｂは回転セクタ５にて反射されたときの羽根部５ｂ
と対向するもう一方の羽根部５ｂが反射光の光路上に位
置するためにこの羽根部５ｂにて再び反射される。反射
された光は凹面鏡７へ照射された後、前同様３つに分割
されて各光強度検出器１０．１３．１５にて参照板６に
ついての光強度Ｉｒ（λＩ）、　Ｉｒ（λ２）、Ｉｒ（
λ３）が検出され、検出された信号は膜厚演算器１６へ
与えられる。

膜厚演算器１６には下記（１１）、（１２）式が設定さ
れており、膜付鋼板１の有機膜１ｂへ光Ａが照射された
ときの光強度検出器１０．１３．１５からの入力信号１
（λｒ　）、Ｉ（λ２　）、Ｉ（λ３）と、参照板６へ
光Ｂが照射されたときの光強度検出器１０’、１３．１
５からの入力信号１ｒ　（λｒ　）、　Ｉｒ（λ：＋）
、Ｉｒ（λ３）と、下記（１１）式とに基づきαを測定
し、このαと下記（１２）式とに基づき膜付鋼板１の有
機膜厚みｔを算出する。

■（λ＋）／Ｉｏ（λ１） Ｉｔ（λ２）／ＴＯ（λｚ）＋Ｉｒ（λｒ）／１０（λ
３）但し、ｔｒ：参照板６の有機膜の厚み 斯かル（１１）、　（１２）式は、（発明の原理）（７
）０１式にて膜厚みを測定する場合よりも更に測定精度
を高めるべ（、光源が発する光レベルの経時変化、光強
度検出器の温度変化による影響を除去する目的で設定さ
れており、（１１）式は測定対象の膜付鋼板１を測定す
るときのαω式の値と、参照板６を測定するときのαω
式の値との比であり、（１２）式はこの比α（−ｅ−２
ｘｔ　７　ｅ−２ｋｔ勺の対数をとって整理した式であ
る。なお本発明は前記αω式を用いてもよい。

このように構成された装置による本発明の膜厚測定方法
を以下に説明する。

上記３つの波長λ１．λ２．λ３をすべて含む範囲の光
を光源２にて発生せしめ、これを膜付鋼板１と参照板６
とに照射し、夫々の反射光をミラー８．１１にて３つに
分割する。そして、干渉フィルタ９．１２．１４が前述
の如（３つに分割された光から夫々波長λ７．λ２．λ
３を取出し得るので、光強度検出器１０．１３．１５は
膜付鋼板１からの反射光についての波長λ、ｌ　λ２Ｉ
　λ３夫々の光のエネルギー■（λ＋　）、Ｉ（λ２）
、Ｉ（λ３）、及び参照板６からの反射光についての波
長λ１．λ２．λ３夫々の光エネルギー１ｒ（λ＋）、
Ｉｒ（λ２）、［ｒ（λ３）を検出し、膜厚演算器１６
はこれら６つの値と上記（１１）　、　　（１２）式と
に基づき膜付鋼板１に形成された有機１１１１ｂの膜厚
ｔを算出する。

第４図は、膜厚を種々変更した膜付鋼板の１１５！厚と
０１式より求めた２ｋｔとの関係をまとめたグラフであ
り、図中白丸は測定値を示す。なお、比較のために同一
の膜付鋼板を三波長方式の従来法に基づき（４）式によ
り求めた２ｋｔと膜厚の関係を第５図に示す。これら両
図より理解される如く、従来では膜厚測定誤差が０．７
μｍあったが、本発明によリソれを０．３μｍに減少さ
せることが可能となった。

なお、上記実施例では（９）式を満足する３波長λ１゜
λ２．λ３を定めているが、本発明はこれに限らず３長
波λ１．λ２．λ３が下記（１３）式満足するように定
めてもよいことは勿論である。

λ２＋λ３ζ２λ１　　　　　　・・・（１３）また、
上記実施例ではＯａ１式により膜厚を測定しているが、
本発明はこれに限らず上記（１１）　、　（１２）式に
より膜厚を測定しても精度よい測定が行えるのは勿論で
ある。

更に、本発明は鋼板上の有機膜厚だけでなく、金属材一
般の表面上に形成された有機膜厚をも測定できるのは勿
論である。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明による場合は金属材の反射率
、金属材の表面粗さ等の影響を受けずに有機膜厚を測定
できるので、測定値が正確であり、更に参照板の有機膜
についての光エネルギーをも用いる場合には光源が発す
る光エネルギーの経時変化、光強度検出器の温度変化が
生じても正確に有機膜厚を測定できる。また、膜付金属
材を製造する工程のオンライン測定に本発明を通用した
場合は、この測定値を膜厚請訓のために与えることによ
り、膜厚を所望値にコントロールでき、このため溶接不
良、耐蝕性不良となることがなく、歩留りを向上できる
等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図は本発明の実施
状態を示す模式図、第３図は本発明に用いる回転セクタ
例の平面図、第４図は本発明方法による測定の場合の測
定精度を示すグラフ、第５図は従来法による測定の場合
の測定精度を示すグラフ、第６図、第７図は従来技術の
内容説明図である。 １・・・膜付鋼板　　９．１２．１４・・・干渉フィル
タ１６・・・膜厚演算器 特　許　出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士
　河　　野　　登　　夫Ｌａ（入１）Ｉ（λ１） ｊ町　　、　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
６項４　３　　図 ！ 第　２　図 暎！！−ｃμｍ） 第　４団 喚厚（層重 第　５　図 反灸 第　６　図 人　　（μ−） 第　７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属材の表面上に形成された有機膜へ赤外線を照射
   してその反射光のエネルギーを検出し、或る波長で有機
   膜による赤外線吸収が生じて照射光のエネルギーに対す
   る検出エネルギーの値が有機膜の厚みに対応して変化す
   ることを利用して有機膜の厚みを測定する方法において
   、 前記赤外線吸収が生じる波長のエネルギー 及び該波長よりも長い波長と短い波長夫々のエネルギー
   を検出し、赤外線吸収が生じる波長での照射光のエネル
   ギーに対する検出値と、長・短２波長夫々での照射光の
   エネルギーに対する検出値とにより有機膜の厚みを算出
   することを特徴とする膜厚測定方法。