KR20110028245A - 방사선 두께 측정계 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 방사선 두께 측정계는, 피측정물(3)을 반송하는 패스라인 평면과 수직인 방향에서 피측정물을 사이에 두도록 설치하는 C형 프레임(1d)과, C형 프레임의 대향하는 한쪽 아암부에 설치하는 방사선원(1a)과, 다른쪽 아암부에 설치하고 투과 방사선을 검출하는 주검출기(1b)와, 주검출기(1b)의 주위에서 피측정물로부터 산란하는 산란선을 검출하는 부검출기(1c)를 구비하는 검출부(1)와, 주검출기에 의해 검출하는 방사선의 증감에 따른 출력 변화와 부검출기에 의해 검출되는 산란선 성분의 출력 변화가 일치하도록 미리 구해지는 보정 계수를 기억하고, 상기 피측정물이 상기 패스라인 평면과 수직인 광축 방향으로 이동한 경우에, 부검출기의 출력으로부터 보정 계수를 선택하여 곱하며, 또한, 주검출기와 부검출기와의 차를 구하는 보정 연산부(2a)와 두께를 구하는 두께 연산부(2b)를 구비하는 연산부(2)를 포함한다.
Description
본 발명은, 강판 등의 피측정물에 방사선 동위원소나 X선 발생기로부터 발생되는 방사선을 조사하여 피측정물을 투과한 방사선의 선량으로부터 피측정물의 두께를 측정하는 방사선 두께 측정계에 관한 것으로서, 특히, 피측정물이 조사 방사선의 광축 방향으로 이동한 경우의 두께 측정 기술에 관한 것이다.
종래, 후판(厚板)이나 박판(薄板) 등의 강판의 압연 라인 및 그 반송 라인에 있어서의 강판의 두께 측정에는, 방사선 동위원소를 사용한 γ선 두께 측정계나, X선 발생기를 사용한 X선 두께 측정계 등의 방사선 두께 측정계가 사용되고 있다.
이러한 방사선 두께 측정계는, 피측정물에 조사하는 방사선의 빔 직경이 비교적 크므로, 공간 분해능의 향상에 한계가 있는 점이나, 법령에 기초한 방사선의 취급 관리가 필요한 점 때문에, 후판 등에 있어서는, 공간 분해능이 높은 레이저 광선을 사용한 거리 측정계를, 강판을 수직인 방향에서 사이에 두는 C형 프레임의 상하 아암부에 설치하여, 이 2개의 거리 측정계의 거리 변화로부터 두께를 측정하는 레이저 방식 두께 측정계도 채용되어 있다.
그런데, 강판의 두께 측정 정밀도는 강판의 품질보증 및 수율을 확보하는 데에 있어서 중요하지만, 압연 라인이나 그 반송 라인에 있어서는, 강판의 상하 이동 및 휨이나 처짐 등의 형상의 변화가 있어 정밀도 향상에는 한계가 있었다.
예컨대, 방사선 두께 측정계에 있어서는, 반송되는 강판의 반송 기준면(이하, 패스라인면이라 함)에 대하여, 강판이 패스라인면에 대하여 수직인 방향으로 움직이면 강판을 투과한 방사선의 산란 성분이 변화되기 때문에 측정 오차가 발생한다.
또한, 강판의 패스라인면에 대한 반송 방향에서의 강판의 기울기에 따른 측정 오차를 보정하는 방법에는, 레이저 거리 측정계를 사용하여 강판의 기울기를 검출하여 두께의 측정 정밀도를 향상시킨 두께 측정 방법이 있다. 예컨대, 일본의 특허 공개 제2007-263819호 공보(이하, 특허문헌 1이라 함)가 있다.
일반적으로, 강판의 압연 라인이나 그 반송 라인에 있어서는, 반송되는 강판의 선단부나 후단부에서 휨이나 처짐 등이 발생하지만, 그 이외의 중앙 부분에서는 주로 상하 방향의 동요가 발생한다.
방사선 두께 측정계에 있어서는, 측정시에 강판의 상하 이동이 있으면, 측정 오차가 발생하는 문제가 있다. 도 1a, 도 1b를 이용하여 그 이유를 설명한다.
도 1a는, X선을 사용한 X선 두께 측정계에 있어서, 강판의 기준 두께가 0.1 ㎜ 및 3.15 ㎜인 경우, 강판이 측정의 기준이 되는 패스라인면(PL-0)에 대하여 상하로 이동한 경우의 기준 두께에 대한 측정 오차(편차 %)의 일례를 나타낸 것이다.
도 1b는 이 X선 두께 측정계의 검출부의 광학 모델도를 나타내고, 방사선원(1a)의 1점으로부터 방사된 X선은 피측정물(강판)(3)을 투과하며, 피측정물(3)의 뒷부분에 설치되는 검출기(1b)에서는 입체각(θm)의 범위가 검출된다.
여기서, 피측정물(3)이 패스라인면(PL-0)으로부터 상측 방향(PL＋50)으로 이동한 경우, 예컨대, 점 P1로부터의 산란선이 주검출기(1b)에 의해 검출되는 수광 입체각의 범위는, 입체각 θd0에서 입체각 θd1로 확대된다. 즉, 주검출기(1b)에 의해 수광되는 산란선의 양은 피측정물(3)과 주검출기(1b) 거리의 제곱에 비례하여 변화된다.
따라서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 피측정물(3)이 상측 방향으로 이동하면, 검출기(1b)에 의해 수광되는 산란선 성분은 증대되고, 피측정물(3)의 두께는 산란선 성분이 증대된 만큼 두꺼워진 것으로 간주되며, 기준 두께에 대한 편차는 마이너스(얇은) 방향으로 출력된다.
예컨대, 3.5 ㎜의 판 두께의 강판(3)이 패스라인면 0 ㎜로부터 검출기 방향으로 100 ㎜ 이동하면, 그 편차는 -1.5%가 된다.
그런데, 강판의 동요에 따른 측정 오차를 보정하는 방법에는, 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 레이저 거리 측정계를 사용하여 강판의 위치를 측정하여 보정하는 방법, 및 기계적으로 강판의 위치를 측정하여 강판의 기울기 또는 상하 이동에 따른 측정 오차를 보정하는 방법이 알려져 있다.
그러나, 강판의 위치를 이러한 다른 위치 검출기로 구하여 보정하는 방법은, 강판 반송 라인에 새로운 설비를 설치하기 위한 설치 공간이 필요하게 되는 문제, 및 방사선 두께 측정계와 위치 검출기의 시간 응답이 상이하기 때문에, 동적으로 변동하는 강판 상에서의 측정점을 일치시켜 보정하는 것이 곤란해지는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 1에 의한 레이저 거리 측정계에 의한 방법은, 레이저 광선이 통과하는 측정 공간이 청정화되어 있는 환경에서밖에 사용할 수 없기 때문에, 측정 공간을 청정화하는 고유의 환경 대책 설비가 필요하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 새로운 설비를 설치하지 않고 피측정물의 상하 이동에 따른 오차를 보정하고, 측정 정밀도의 향상을 도모한 방사선 두께 측정계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 방사선 두께 측정계는 다음 구성으로 이루어진다. 즉,
이동하는 피측정물에 방사선을 조사하여 피측정물을 투과한 투과 방사선의 선량으로부터 피측정물의 두께를 측정하는 방사선 두께 측정계로서,
(1) 전술한 피측정물을 반송하는 패스라인 평면과 수직인 방향에서 상기 피측정물을 사이에 두도록 설치되는 C형 프레임과,
(2) (i) 전술한 C형 프레임의 대향하는 한쪽 아암부에 설치되는 방사선원과,
(ii) 다른쪽 아암부에 설치되어, 전술한 투과 방사선을 검출하는 주검출기와,
(iii) 전술한 방사선원의 조사면의 중심점과 전술한 주검출기의 수광면이 이루는 입체각의 광축 중심에 설치하는 전술한 주검출기의 주위에서 전술한 피측정물로부터 산란하는 산란선을 검출하는 부검출기
를 구비하는 검출부와,
(3) (i) 전술한 주검출기에 의해 검출하는 방사선의 증감에 따른 출력 변화와 전술한 부검출기에 의해 검출되는 산란선 성분의 출력 변화가 일치하도록 미리 구해지는 보정 계수를 기억하고, 전술한 피측정물이 전술한 패스라인 평면과 수직인 광축 방향으로 이동한 경우에, 전술한 부검출기의 출력으로부터 전술한 보정 계수를 선택하여 곱하며, 또한, 전술한 주검출기와 전술한 부검출기와의 차를 구하는 보정 연산부와,
(ii) 전술한 보정 연산부의 출력으로부터 두께를 구하는 두께 연산부
를 구비하는 연산부
를 포함하고,
전술한 피측정물이 패스라인면으로부터 수직축 방향으로 이동한 경우의 산란 성분의 변화를 검출하여 실시간으로 측정 오차를 보정하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 방사선 두께 측정계는, 다음 구성으로 이루어진다. 즉,
이동하는 피측정물에 방사선을 조사하여 피측정물을 투과한 투과 방사선의 선량으로부터 피측정부의 두께를 측정하는 방사선 두께 측정계로서,
(1) 전술한 피측정물을 반송하는 패스라인 평면과 수직인 방향에서 상기 피측정물을 사이에 두도록 설치되는 C형 프레임과,
(2) (i) 전술한 C형 프레임의 대향하는 한쪽 아암부에 설치되어, 전술한 피측정물의 표면에 대하여 수직 방향으로 방사선을 조사하는 방사선원과,
(ii) 다른쪽 아암부에 설치되어, 전술한 투과 방사선을 검출하는 주검출기와,
(iii) 전술한 한쪽 아암부에 설치되어, 전술한 방사선원의 조사면의 중심점과 전술한 주검출기의 수광면이 이루는 입체각의 광축 중심의 주위에서 전술한 방사선의 조사 방향과 반대 방향으로 산란하는 산란선을 검출하는 부검출기
를 구비하는 검출부와,
(3) (i) 전술한 주검출기에 의해 검출하는 방사선의 증감에 따른 출력 변화와 전술한 부검출기에 의해 검출되는 산란선 성분의 출력 변화가 일치하도록 미리 구해지는 보정 계수를 기억하고, 전술한 피측정물이 전술한 패스라인 평면과 수직인 광축 방향으로 이동한 경우에, 전술한 부검출기의 출력으로부터 전술한 보정 계수를 선택하여 곱하며, 또한, 전술한 주검출기와 보정된 전술한 부검출기와의 합을 구하는 보정 연산부와,
(ii) 전술한 보정 연산부의 출력으로부터 두께를 구하는 두께 연산부
를 구비하는 연산부
를 포함하고,
전술한 피측정물이 패스라인면으로부터 수직축 방향으로 이동한 경우의 산란 성분의 변화를 검출하여 실시간으로 측정 오차를 보정하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 새로운 설비를 설치하지 않고 피측정물의 상하 이동에 따른 오차를 보정하고, 측정 정밀도의 향상을 도모한 방사선 두께 측정계를 제공할 수 있다.
도 1a, 도 1b는 종래의 방사선 두께 측정계의 오차 발생의 이유 설명도.
도 2a, 도 2b는 본 발명의 제1 실시예의 구성도.
도 3a, 도 3b는 본 발명의 제2 실시예의 구성도.
도 4a, 도 4b는 본 발명의 제3 실시예의 구성도.
도 5는 본 발명의 검출부의 광학 모델도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.
[제1 실시예]
본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 우선, 도 5에 도시된 검출부의 광학 모델도를 참조하여 본 발명의 원리에 대해서 설명한다.
도 5에 있어서, 피측정물(3)이 측정 기준 위치인 패스라인면(PL-0)에 있는 경우의 주검출기(1b)의 출력, 부검출기(1c)의 출력을 각각 Vm0, Vs0으로 하고, 피측정물(3)이 패스라인면(PL＋i)의 위치로 변동한 경우의 주검출기(1b)의 출력, 부검출기(1c)의 출력을 각각 Vmi, Vsi라고 하면, 주검출기(1b)에 의해 검출되는 전방 산란선의 증가와 부검출기(1c)에 의해 검출되는 전방 산란선의 증가는, 일정 비례 관계에 있기 때문에 하기 식이 성립된다.
[수학식 1]
Vm0－Vs0＝Vmi-αi·Vsi
여기서, αi는, 피측정물(3)의 위치가 변화된 경우의 주검출기(1b)에 의해 검출되는 산란선의 선량의 변화와 부검출기(1c)에 의해 검출되는 산란선의 선량의 변화가 외관상 동일해지도록 보정하는 보정 계수이다.
이 보정 계수(αi)는, 미리 설정되는 검출부의 방사선원(1a), 주검출기(1b) 및 부검출기(1c)의 배치에 기초한 투과 방사선을 수광하는 검출기의 광학적 설정 조건과, 피측정물(3)의 재질과 두께, 및 피측정물(3)의 패스라인면으로부터의 이동량에 따라 변하게 된다.
또한, 상기 (1)식 우변에 의해 두께 검출 신호를 보정하는 경우, 주검출기(1b)와 부검출기(1c)의 감도차 및 피측정물(3)을 투과한 방사선의 산란점에서 주검출기(1b)까지의 거리와 부검출기(1c)까지의 거리의 차이에 따라서도 변한다.
따라서, 설정된 주검출기(1b)와 부검출기(1c)를 구비하는 방사선 두께 측정계에 있어서, 상기 보정 계수(αi)를 구하는 경우, 피측정물(3)이 패스라인면에 있는 경우의 주검출기(1b)의 출력(Vm)과 부검출기(1c)의 출력(Vs)과의 차를 기준으로 하여 두께를 교정하고, 다음에, (1)식의 관계를 만족하도록 피측정물(3)을 이동시켰을 때의 측정 오차가 0이 되는 보정 계수(αi)를 미리 구하여 피측정물의 재질, 두께, 패스라인 위치를 파라미터로서 테이블화해 둔다.
그리고, 기준판 두께(tr)가 설정되면, 이 기준판 두께(tr)에 대응하는 테이블의 보정 계수(αi)를 선택하여 주검출기(1b)의 출력을 보정하고, 보정된 출력에 대하여 두께를 연산한다.
다음에, 이러한 발명의 원리에 기초한 제1 실시예의 구성에 대해서 도 2a를 참조하여 설명한다. 도 2a는 본 발명의 블록 구성도이고, 도 2b는 주검출기(1b)와 부검출기(1c)의 배치를 설명하는 평면도이다.
도 2a에 있어서, 방사선 두께 측정계(10)는, y축 방향에서 이동하는 피측정물(3)에 대하여, z축 방향으로 방사선을 조사하여 피측정물(3)을 투과한 투과 방사선의 선량으로부터 피측정부(3)의 두께를 측정한다.
그 구성은, 피측정물(3)을 반송하는 패스라인 평면과 수직인 z축 방향이며 상기 피측정물(3)을 사이에 두도록 설치하는 C형 프레임(1d)과, C형 프레임(1d)의 대향하는 한쪽 하부 아암부에 설치하는 방사선원(1a)과, 다른쪽 상부 아암부에 설치하는 주검출기(1b)와, 방사선원(1a)의 조사면의 중심점과 주검출기(1b)의 수광면이 이루는 입체각의 광축 중심에 설치되는 주검출기(1b)의 주위에 원환형 구조로 피측정물(3)을 투과한 방사선의 산란선을 검출하는 부검출기(1c)를 구비하는 검출부(1)를 포함한다.
또한, 피측정물(3)이 패스라인 평면(x-y 평면)과 수직인 방향(z축 방향)으로 이동한 경우에, 주검출기(1b)에 의해 검출되는 방사선의 증감에 따른 출력 변화와 부검출기(1c)에 의해 검출되는 산란 성분의 출력 변화가 일치하도록 부검출기(1c)의 출력을 보정하여 주검출기(1b)와 부검출기(1c)와의 차를 구하는 보정 연산부(2a)와, 보정 연산부(2a)의 출력으로부터 두께를 구하는 두께 연산부(2b)를 구비하는 연산부(2)를 포함한다.
다음에, 각부의 상세 구성에 대해서 설명한다. 방사선원(1a)은, 방사선으로서 X선을 선택한 경우, 피측정물(3)의 두께를 측정하기 위해서 필요한 선량를 얻을 수 있는 X선관과, 이 X선관 전압을 인가하기 위한 고전압 전원을 구비하는 X선 발생기가 선택된다.
또한, 주검출기(1a)와 부검출기(1b)는, 온도 변화에 강하고, 그 형상과 감도가 비교적 유연한 형태로 성형하기 쉬운 전리(電離) 상자를 사용하여 미리 정해진 검출 전류를 얻을 수 있도록 설정된다.
부검출기(1c)는, 피측정물(3)을 투과한 산란 X선이 주검출기(1b)의 주위에서 미리 정해진 감도로 얻어지도록 설정된다. 이 부검출기(1c)는, 주검출기(1b) 주위의 특정 영역의 산란선을 검출하는 1개의 전리 상자로 구성하여도 좋지만, 주검출기(1a) 주위에 원환형으로 복수의 전리 상자를 배열하여 구성하는 쪽이, 산란 X선의 공간적인 불균일을 평균화할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 보정 연산부(2a)는, 미리 설정되는 보정 계수(αi) 테이블을 기억하고, 부검출기(1c)의 출력에 피측정물(3)과 부검출기(1b)의 출력으로부터 보정 계수(αi)를 선택하여 곱하는 보정 계수 회로(2a1)와, 주검출기(1b)의 출력과 보정 계수 회로(2a1)의 출력과의 차를 구하는 보정 연산 회로(2a2)를 구비한다.
다음에, 두께 연산부(2b)는, 보정 연산 회로(2a2)의 출력으로부터, 미리 설정되는 두께 교정 테이블을 참조하여 외부로부터 설정되는 기준 판두께(tr)와의 두께 편차를 구하는 연산을 행한다.
두께 연산부(2b)에서는, 보정 연산 회로(2a2)의 출력으로부터 피측정물(3)의 두께(tx)를 하기 식에 의해 구한다.
[수학식 2]
tx＝1/μ·ln((Vmn-Vsn)/(Vmx-Vsx))
여기서, Vmn, Vsn은 각각 피측정물(3)이 없을 때의 주검출기(1b)의 출력, 부검출기(1c)의 출력을 보정 연산한 후의 보정 계수 회로(2a1)의 출력이며, Vmx, Vsx는, 각각 피측정물(3)이 있는 경우의 주검출기(1b)의 출력, 보정 계수 회로(2a1)의 출력을 나타낸다.
그리고, 이 때의 두께 편차 출력(Δtx)은 하기 식에 의해 구할 수 있다.
[수학식 3]
Δtx＝tx－tr
또한, (1)식의 연산은, 일반적으로는, 주검출기(1b), 보정 연산부(2a)의 출력을 각각 디지털화하고, 교정용 두께 기준 샘플을 사용하여 기준 두께(tr)와 (1)식 우변의 검출기 출력과의 관계를, 미리 구한 교정 테이블(검량선이라고도 함)을 참조하여 두께(tx)를 구한다.
이와 같이 교정된 방사선 두께 측정계(10)는, 피측정물(3)의 위치가 광축 방향에서 상하로 이동한 경우, 주검출기의 변화를 부검출기의 출력으로부터 자동적으로 보정하여 두께 측정을 행하기 때문에, 실시간으로 보정되는 방사선 두께 측정계를 제공할 수 있다.
[제2 실시예]
도 3a, 도 3b를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해서 설명한다. 도 3a, 도 3b에 도시된 제2 실시예에 대해서, 제1 실시예와 동일한 부분은 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 제2 실시예가 제1 실시예와 상이한 점은, 제1 실시예에서는, 주검출기(1b)의 주위에 부검출기(1c)를 설치하여, 피측정물(3)을 투과한 X선의 산란 X선을 검출하도록 하였지만, 제2 실시예는, 부검출기(1c)를 방사선원(1a)과 C형 프레임(1d)의 동일한 쪽의 아암부에 설치하고, 방사선원(1a)의 조사면의 중심점과 주검출기(1b)의 수광면이 이루는 입체각의 광축 중심의 주위에서 방사선의 조사 방향과 반대 방향으로 산란하는 산란선을 검출하도록 한 점이 상이하다.
이 경우, 피측정물(3)이 주검출기(1b)의 방향으로 이동하면, 주검출기(1b)의 산란선 성분은 증가하고, 부검출기(1b)의 출력은 반대로 감소한다. 따라서, 제1 실시예에서 설명한 보정 계수(αi)를 이용하여 보정하는 상기 (1)식 대신에 하기 (2)식에 나타내는 바와 같이, 보정 계수(βi)를 보정 계수(αi)와 동일한 방법으로 미리 구해 두고, 주검출기(1b)의 출력에 가산하도록 구성한다.
[수학식 4]
Vm0＋Vs0＝Vmi＋βi·Vsi
이와 같이 구성한 경우, 피측정물(3)의 측정 공간에서의 이동에 대하여, 산란 X선의 증감 방향이 제1 실시예와는 상이하기 때문에, 보정 연산부(2a2)에서는, 주검출기(1b)의 출력과, 부검출기(1c)의 출력을 보정한 보정 계수 회로(2a1)의 출력을 가산한다.
그리고, 두께 연산부(2b)에서는, 보정 연산 회로(2a2)의 출력으로부터 피측정물(3)의 두께(tx)를, 제1 실시예의 (2)식 대신에 하기 (5)식에 의해 구한다.
[수학식 5]
tx＝1/μ·ln((Vmn＋Vsn)/(Vmx＋Vsx))
이와 같이 구성된 방사선 두께 측정계는, 피측정물(3)의 상부의 공간을 크게 취할 수 없는 경우의 설치 공간을 작게 할 수 있다.
[제3 실시예]
도 4a, 도 4b를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 대해서 설명한다. 도 4a, 도 4b에 도시된 제3 실시예에 대해서, 제1 실시예와 동일한 부분은 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 제3 실시예가 제1 실시예와 상이한 점은, 제1 실시예에서는, 부검출기(1c)를 주검출기(1b)의 주위에 환상으로 1개 설치하여, 피측정물(3)을 투과한 X선의 산란 X선을 검출하도록 하였지만, 제3 실시예의 도 4b에서는, 부검출기(1c1)와 부검출기(1c2)를 주검출기(1b)의 주위에 동심원형으로 이중으로 설치하도록 한 점이 상이하다.
이 구성에서는, 피측정물(3)로부터의 산란 X선의 산란 특성이 극단적으로 상이한 다품종을 측정 대상으로 하여 두께 측정을 행하는 경우, 2개의 부검출기(1c1)와 부검출기(1c2)의 출력에 기초하여 부검출기(1c1) 또는 부검출기(1c2) 중 어느 하나를 미리 보정 계수 선택 회로(2a3)에서 선택하고, 선택한 부검출기(1c1)[또는 부검출기(1c2)]의 출력을 미리 기억된 보정 계수 테이블로부터 선택하여 보정 계수 선택 회로(2a3)에서 보정하며, 또한, (1)식에 기초한 보정 연산을 보정 연산 회로(2a2)에서 연산하여 보정한다.
이와 같이 구성된 방사선 두께 측정계(10)는, 피측정물(3)의 전방 산란 특성이 극단적으로 상이한 재질인 경우에도, 그 산란선의 산란 특성에 대응하여 미리 부검출기의 동심 직경을 조정해 둠으로써 피측정물(3)의 이동에 대한 보정이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 피측정물의 방사선의 산란 특성이 극단적으로 상이한 재질인 경우에도, 패스라인면과 수직인 방향으로 이동한 경우의 측정 오차를 자동적으로 실시간으로 보정할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시예만으로 한정되지 않고, 피측정물이 패스라인 평면과 수직인 방향에서 이동한 경우에 주검출기의 출력의 증감을, 이것과 독립된 부검출기의 출력에서의 실시간으로 보정하도록 구성된 것이면 좋으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다.
도 2a, 도 2b는 본 발명의 제1 실시예의 구성도.
도 3a, 도 3b는 본 발명의 제2 실시예의 구성도.
도 4a, 도 4b는 본 발명의 제3 실시예의 구성도.
도 5는 본 발명의 검출부의 광학 모델도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.
[제1 실시예]
본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 우선, 도 5에 도시된 검출부의 광학 모델도를 참조하여 본 발명의 원리에 대해서 설명한다.
도 5에 있어서, 피측정물(3)이 측정 기준 위치인 패스라인면(PL-0)에 있는 경우의 주검출기(1b)의 출력, 부검출기(1c)의 출력을 각각 Vm0, Vs0으로 하고, 피측정물(3)이 패스라인면(PL＋i)의 위치로 변동한 경우의 주검출기(1b)의 출력, 부검출기(1c)의 출력을 각각 Vmi, Vsi라고 하면, 주검출기(1b)에 의해 검출되는 전방 산란선의 증가와 부검출기(1c)에 의해 검출되는 전방 산란선의 증가는, 일정 비례 관계에 있기 때문에 하기 식이 성립된다.
[수학식 1]
Vm0－Vs0＝Vmi-αi·Vsi
여기서, αi는, 피측정물(3)의 위치가 변화된 경우의 주검출기(1b)에 의해 검출되는 산란선의 선량의 변화와 부검출기(1c)에 의해 검출되는 산란선의 선량의 변화가 외관상 동일해지도록 보정하는 보정 계수이다.
이 보정 계수(αi)는, 미리 설정되는 검출부의 방사선원(1a), 주검출기(1b) 및 부검출기(1c)의 배치에 기초한 투과 방사선을 수광하는 검출기의 광학적 설정 조건과, 피측정물(3)의 재질과 두께, 및 피측정물(3)의 패스라인면으로부터의 이동량에 따라 변하게 된다.
또한, 상기 (1)식 우변에 의해 두께 검출 신호를 보정하는 경우, 주검출기(1b)와 부검출기(1c)의 감도차 및 피측정물(3)을 투과한 방사선의 산란점에서 주검출기(1b)까지의 거리와 부검출기(1c)까지의 거리의 차이에 따라서도 변한다.
따라서, 설정된 주검출기(1b)와 부검출기(1c)를 구비하는 방사선 두께 측정계에 있어서, 상기 보정 계수(αi)를 구하는 경우, 피측정물(3)이 패스라인면에 있는 경우의 주검출기(1b)의 출력(Vm)과 부검출기(1c)의 출력(Vs)과의 차를 기준으로 하여 두께를 교정하고, 다음에, (1)식의 관계를 만족하도록 피측정물(3)을 이동시켰을 때의 측정 오차가 0이 되는 보정 계수(αi)를 미리 구하여 피측정물의 재질, 두께, 패스라인 위치를 파라미터로서 테이블화해 둔다.
그리고, 기준판 두께(tr)가 설정되면, 이 기준판 두께(tr)에 대응하는 테이블의 보정 계수(αi)를 선택하여 주검출기(1b)의 출력을 보정하고, 보정된 출력에 대하여 두께를 연산한다.
다음에, 이러한 발명의 원리에 기초한 제1 실시예의 구성에 대해서 도 2a를 참조하여 설명한다. 도 2a는 본 발명의 블록 구성도이고, 도 2b는 주검출기(1b)와 부검출기(1c)의 배치를 설명하는 평면도이다.
도 2a에 있어서, 방사선 두께 측정계(10)는, y축 방향에서 이동하는 피측정물(3)에 대하여, z축 방향으로 방사선을 조사하여 피측정물(3)을 투과한 투과 방사선의 선량으로부터 피측정부(3)의 두께를 측정한다.
그 구성은, 피측정물(3)을 반송하는 패스라인 평면과 수직인 z축 방향이며 상기 피측정물(3)을 사이에 두도록 설치하는 C형 프레임(1d)과, C형 프레임(1d)의 대향하는 한쪽 하부 아암부에 설치하는 방사선원(1a)과, 다른쪽 상부 아암부에 설치하는 주검출기(1b)와, 방사선원(1a)의 조사면의 중심점과 주검출기(1b)의 수광면이 이루는 입체각의 광축 중심에 설치되는 주검출기(1b)의 주위에 원환형 구조로 피측정물(3)을 투과한 방사선의 산란선을 검출하는 부검출기(1c)를 구비하는 검출부(1)를 포함한다.
또한, 피측정물(3)이 패스라인 평면(x-y 평면)과 수직인 방향(z축 방향)으로 이동한 경우에, 주검출기(1b)에 의해 검출되는 방사선의 증감에 따른 출력 변화와 부검출기(1c)에 의해 검출되는 산란 성분의 출력 변화가 일치하도록 부검출기(1c)의 출력을 보정하여 주검출기(1b)와 부검출기(1c)와의 차를 구하는 보정 연산부(2a)와, 보정 연산부(2a)의 출력으로부터 두께를 구하는 두께 연산부(2b)를 구비하는 연산부(2)를 포함한다.
다음에, 각부의 상세 구성에 대해서 설명한다. 방사선원(1a)은, 방사선으로서 X선을 선택한 경우, 피측정물(3)의 두께를 측정하기 위해서 필요한 선량를 얻을 수 있는 X선관과, 이 X선관 전압을 인가하기 위한 고전압 전원을 구비하는 X선 발생기가 선택된다.
또한, 주검출기(1a)와 부검출기(1b)는, 온도 변화에 강하고, 그 형상과 감도가 비교적 유연한 형태로 성형하기 쉬운 전리(電離) 상자를 사용하여 미리 정해진 검출 전류를 얻을 수 있도록 설정된다.
부검출기(1c)는, 피측정물(3)을 투과한 산란 X선이 주검출기(1b)의 주위에서 미리 정해진 감도로 얻어지도록 설정된다. 이 부검출기(1c)는, 주검출기(1b) 주위의 특정 영역의 산란선을 검출하는 1개의 전리 상자로 구성하여도 좋지만, 주검출기(1a) 주위에 원환형으로 복수의 전리 상자를 배열하여 구성하는 쪽이, 산란 X선의 공간적인 불균일을 평균화할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 보정 연산부(2a)는, 미리 설정되는 보정 계수(αi) 테이블을 기억하고, 부검출기(1c)의 출력에 피측정물(3)과 부검출기(1b)의 출력으로부터 보정 계수(αi)를 선택하여 곱하는 보정 계수 회로(2a1)와, 주검출기(1b)의 출력과 보정 계수 회로(2a1)의 출력과의 차를 구하는 보정 연산 회로(2a2)를 구비한다.
다음에, 두께 연산부(2b)는, 보정 연산 회로(2a2)의 출력으로부터, 미리 설정되는 두께 교정 테이블을 참조하여 외부로부터 설정되는 기준 판두께(tr)와의 두께 편차를 구하는 연산을 행한다.
두께 연산부(2b)에서는, 보정 연산 회로(2a2)의 출력으로부터 피측정물(3)의 두께(tx)를 하기 식에 의해 구한다.
[수학식 2]
tx＝1/μ·ln((Vmn-Vsn)/(Vmx-Vsx))
여기서, Vmn, Vsn은 각각 피측정물(3)이 없을 때의 주검출기(1b)의 출력, 부검출기(1c)의 출력을 보정 연산한 후의 보정 계수 회로(2a1)의 출력이며, Vmx, Vsx는, 각각 피측정물(3)이 있는 경우의 주검출기(1b)의 출력, 보정 계수 회로(2a1)의 출력을 나타낸다.
그리고, 이 때의 두께 편차 출력(Δtx)은 하기 식에 의해 구할 수 있다.
[수학식 3]
Δtx＝tx－tr
또한, (1)식의 연산은, 일반적으로는, 주검출기(1b), 보정 연산부(2a)의 출력을 각각 디지털화하고, 교정용 두께 기준 샘플을 사용하여 기준 두께(tr)와 (1)식 우변의 검출기 출력과의 관계를, 미리 구한 교정 테이블(검량선이라고도 함)을 참조하여 두께(tx)를 구한다.
이와 같이 교정된 방사선 두께 측정계(10)는, 피측정물(3)의 위치가 광축 방향에서 상하로 이동한 경우, 주검출기의 변화를 부검출기의 출력으로부터 자동적으로 보정하여 두께 측정을 행하기 때문에, 실시간으로 보정되는 방사선 두께 측정계를 제공할 수 있다.
[제2 실시예]
도 3a, 도 3b를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해서 설명한다. 도 3a, 도 3b에 도시된 제2 실시예에 대해서, 제1 실시예와 동일한 부분은 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 제2 실시예가 제1 실시예와 상이한 점은, 제1 실시예에서는, 주검출기(1b)의 주위에 부검출기(1c)를 설치하여, 피측정물(3)을 투과한 X선의 산란 X선을 검출하도록 하였지만, 제2 실시예는, 부검출기(1c)를 방사선원(1a)과 C형 프레임(1d)의 동일한 쪽의 아암부에 설치하고, 방사선원(1a)의 조사면의 중심점과 주검출기(1b)의 수광면이 이루는 입체각의 광축 중심의 주위에서 방사선의 조사 방향과 반대 방향으로 산란하는 산란선을 검출하도록 한 점이 상이하다.
이 경우, 피측정물(3)이 주검출기(1b)의 방향으로 이동하면, 주검출기(1b)의 산란선 성분은 증가하고, 부검출기(1b)의 출력은 반대로 감소한다. 따라서, 제1 실시예에서 설명한 보정 계수(αi)를 이용하여 보정하는 상기 (1)식 대신에 하기 (2)식에 나타내는 바와 같이, 보정 계수(βi)를 보정 계수(αi)와 동일한 방법으로 미리 구해 두고, 주검출기(1b)의 출력에 가산하도록 구성한다.
[수학식 4]
Vm0＋Vs0＝Vmi＋βi·Vsi
이와 같이 구성한 경우, 피측정물(3)의 측정 공간에서의 이동에 대하여, 산란 X선의 증감 방향이 제1 실시예와는 상이하기 때문에, 보정 연산부(2a2)에서는, 주검출기(1b)의 출력과, 부검출기(1c)의 출력을 보정한 보정 계수 회로(2a1)의 출력을 가산한다.
그리고, 두께 연산부(2b)에서는, 보정 연산 회로(2a2)의 출력으로부터 피측정물(3)의 두께(tx)를, 제1 실시예의 (2)식 대신에 하기 (5)식에 의해 구한다.
[수학식 5]
tx＝1/μ·ln((Vmn＋Vsn)/(Vmx＋Vsx))
이와 같이 구성된 방사선 두께 측정계는, 피측정물(3)의 상부의 공간을 크게 취할 수 없는 경우의 설치 공간을 작게 할 수 있다.
[제3 실시예]
도 4a, 도 4b를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 대해서 설명한다. 도 4a, 도 4b에 도시된 제3 실시예에 대해서, 제1 실시예와 동일한 부분은 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 제3 실시예가 제1 실시예와 상이한 점은, 제1 실시예에서는, 부검출기(1c)를 주검출기(1b)의 주위에 환상으로 1개 설치하여, 피측정물(3)을 투과한 X선의 산란 X선을 검출하도록 하였지만, 제3 실시예의 도 4b에서는, 부검출기(1c1)와 부검출기(1c2)를 주검출기(1b)의 주위에 동심원형으로 이중으로 설치하도록 한 점이 상이하다.
이 구성에서는, 피측정물(3)로부터의 산란 X선의 산란 특성이 극단적으로 상이한 다품종을 측정 대상으로 하여 두께 측정을 행하는 경우, 2개의 부검출기(1c1)와 부검출기(1c2)의 출력에 기초하여 부검출기(1c1) 또는 부검출기(1c2) 중 어느 하나를 미리 보정 계수 선택 회로(2a3)에서 선택하고, 선택한 부검출기(1c1)[또는 부검출기(1c2)]의 출력을 미리 기억된 보정 계수 테이블로부터 선택하여 보정 계수 선택 회로(2a3)에서 보정하며, 또한, (1)식에 기초한 보정 연산을 보정 연산 회로(2a2)에서 연산하여 보정한다.
이와 같이 구성된 방사선 두께 측정계(10)는, 피측정물(3)의 전방 산란 특성이 극단적으로 상이한 재질인 경우에도, 그 산란선의 산란 특성에 대응하여 미리 부검출기의 동심 직경을 조정해 둠으로써 피측정물(3)의 이동에 대한 보정이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 피측정물의 방사선의 산란 특성이 극단적으로 상이한 재질인 경우에도, 패스라인면과 수직인 방향으로 이동한 경우의 측정 오차를 자동적으로 실시간으로 보정할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시예만으로 한정되지 않고, 피측정물이 패스라인 평면과 수직인 방향에서 이동한 경우에 주검출기의 출력의 증감을, 이것과 독립된 부검출기의 출력에서의 실시간으로 보정하도록 구성된 것이면 좋으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다.
1 : 검출부
1a : 방사선원
1b: 주검출기
1c, 1c1∼1c4 : 부검출기
1d : C형 프레임
2 : 연산부
2a : 보정 연산부
2a1 : 보정 계수 회로
2a2 : 보정 연산 회로
2a3 : 보정 계수 선택 회로
2b : 두께 연산부
3 : 피측정물
1a : 방사선원
1b: 주검출기
1c, 1c1∼1c4 : 부검출기
1d : C형 프레임
2 : 연산부
2a : 보정 연산부
2a1 : 보정 계수 회로
2a2 : 보정 연산 회로
2a3 : 보정 계수 선택 회로
2b : 두께 연산부
3 : 피측정물
Claims (6)
- 이동하는 피측정물에 방사선을 조사하여 피측정물을 투과한 투과 방사선의 선량으로부터 피측정물의 두께를 측정하는 방사선 두께 측정계로서,
(1) 상기 피측정물을 반송하는 패스라인 평면과 수직인 방향에서 상기 피측정물을 사이에 두도록 설치되는 C형 프레임과,
(2) (i) 상기 C형 프레임의 대향하는 한쪽 아암부에 설치되는 방사선원과,
(ii) 다른쪽 아암부에 설치되어 상기 투과 방사선을 검출하는 주검출기와,
(iii) 상기 방사선원의 조사면의 중심점과 상기 주검출기의 수광면이 이루는 입체각의 광축 중심에 설치하는 상기 주검출기의 주위에서 상기 피측정물로부터 산란하는 산란선을 검출하는 부검출기
를 구비하는 검출부와,
(3) (i) 상기 주검출기에 의해 검출하는 방사선의 증감에 따른 출력 변화와 상기 부검출기에 의해 검출되는 산란선 성분의 출력 변화가 일치하도록 미리 구해지는 보정 계수를 기억하고, 상기 피측정물이 상기 패스라인 평면과 수직인 광축 방향으로 이동한 경우에, 상기 부검출기의 출력으로부터 상기 보정 계수를 선택하여 곱하며, 또한, 상기 주검출기와 상기 부검출기의 차를 구하는 보정 연산부와,
(ii) 상기 보정 연산부의 출력으로부터 두께를 구하는 두께 연산부
를 구비하는 연산부
를 포함하고,
상기 피측정물이 패스라인면으로부터 수직축 방향으로 이동한 경우의 산란 성분의 변화를 검출하여 실시간으로 측정 오차를 보정하도록 한 것을 특징으로 하는 방사선 두께 측정계. - 제1항에 있어서, 상기 보정 계수는 상기 피측정물의 재질과 두께, 및 상기 피측정물의 측정 위치를 파라미터로서 테이블화한 것인 방사선 두께 측정계.
- 제1항에 있어서, 상기 부검출기는 상기 주검출기의 주위에 원환형 수광면을 구비하여, 상기 투과 방사선의 산란선을 검출하도록 한 것인 방사선 두께 측정계.
- 제1항에 있어서, 상기 부검출기는, 상기 광축 중심에 대하여, 상기 주검출기 주위에 상이한 직경의 원환형 수광면을 구비하는 2개의 검출기로 구성하고, 이 2개의 검출기의 출력에 기초하여 이 출력 중 어느 하나를 선택하며, 또한, 선택한 어느 하나의 검출기의 출력을 대응하는 상기 보정 계수를 곱하여 보정하도록 한 것인 방사선 두께 측정계.
- 이동하는 피측정물에 방사선을 조사하여 피측정물을 투과한 투과 방사선의 선량으로부터 피측정물의 두께를 측정하는 방사선 두께 측정계로서,
(1) 상기 피측정물을 반송하는 패스라인 평면과 수직인 방향에서 상기 피측정물을 사이에 두도록 설치되는 C형 프레임과,
(2) (i) 상기 C형 프레임의 대향하는 한쪽 아암부에 설치되어, 상기 피측정물의 표면에 대하여 수직 방향으로 방사선을 조사하는 방사선원과,
(ii) 다른쪽 아암부에 설치되어, 상기 투과 방사선을 검출하는 주검출기와,
(iii) 상기 한쪽 아암부에 설치되어, 상기 방사선원의 조사면의 중심점과 상기 주검출기의 수광면이 이루는 입체각의 광축 중심의 주위에서 상기 방사선의 조사 방향과 반대 방향으로 산란하는 산란선을 검출하는 부검출기
를 구비하는 검출부와,
(3) (i) 상기 주검출기에 의해 검출하는 방사선의 증감에 따른 출력 변화와 상기 부검출기에 의해 검출되는 산란선 성분의 출력 변화가 일치하도록 미리 구해지는 보정 계수를 기억하고, 상기 피측정물이 상기 패스라인 평면과 수직인 광축 방향으로 이동한 경우에, 상기 부검출기의 출력으로부터 상기 보정 계수를 선택하여 곱하며, 또한, 상기 주검출기와 보정된 상기 부검출기의 합을 구하는 보정 연산부와,
(ii) 상기 보정 연산부의 출력으로부터 두께를 구하는 두께 연산부
를 구비하는 연산부
를 포함하고,
상기 피측정물이 패스라인면으로부터 수직축 방향으로 이동한 경우의 산란 성분의 변화를 검출하여 실시간으로 측정 오차를 보정하도록 한 것을 특징으로 하는 방사선 두께 측정계. - 제5항에 있어서, 상기 부검출기는, 상기 광축 중심에 대하여 원환형 수광면을 구비하고, 상기 피측정물로부터 산란하는 상기 방사선의 산란선을 수광하도록 한 것인 방사선 두께 측정계.
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