(57)【要約】鉄や亜鉛を含む被覆物のアリエーションレベルなど、移動中の薄鋼板の表面被覆物（１）の特性を検査するには、放射源（２４）から放出される同製品表面に対して垂直な、あらかじけ決定された波長の放射に同製品がさらされ、また同製品表面の形態学的特長によって生じる反射率の差異を避けるよう、同製品表面により反射されたエネルギーもまた製品表面に対して垂直方向において測定され、そして２本の光ファイバーを可能な限り密接し並行に配置することができるよう、事前に既製品の光ファイバーの自由端（２１、２３）において光ファイバーの一般的な集光アクセサリーであるの外皮膜を剥ぎ、これらを用いることで上記操作が行われた。
2005534915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に、製造過程における金属製品の搬送時のインラインにおいて、金属製品の表面被覆物の特性を測定する方法であって、
上記製品の表面の領域（１３）に、上記表面に対して垂直な方向の入射光を照射させ、上記照射領域（１３）の表面に対して垂直な方向にて、反射した放射エネルギーを測定しており、
上記領域（１３）を、所定の波長を有する入射光照射源（２４）に接続した光照射用光ファイバー（２）により照射し、
上記反射放射を、センサー（３４）に接続された測定用光ファイバーにより測定し、
上記２つの光ファイバー（２，３）の自由端（２１，３１）は、剥離されており、互いに近接して保持され、互いに平行に配置されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
上記光ファイバー（２，３）の剥離された自由端（２１，３１）は、上記製品の表面から５ｍｍと５０ｍｍとの間の距離で保持されている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記使用される放射光は、赤外領域付近のものであり、より具体的には８３０ｎｍの波長である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記製品の表面（１）に対し１つまたはそれ以上の斜め方向にて、反射放射を測定し、上記照射領域（１３）からの発散エネルギーを評価する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記測定角度は、表面（１）の垂直線から０°と３０°との間である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
特に、製造過程における金属製品の搬送時のインラインにおいて、金属製品の表面被覆物の特性を測定する装置であって、
上記製品の表面（１）に対向した前面（５５）を有する測定ヘッド（５１）と、光照射用光ファイバー（２）と、測定用光ファイバー（３）とを備え、
上記２つの光ファイバーはそれぞれ、上記前面（５５）にて、剥離された自由端を有し、上記ファイバーの対応する末端部は、互いに平行にかつ可能な限り近接して配置されており、
上記光照射用光ファイバー（２）の他方の端は、光照射源（２４）に接続されており、上記測定用光ファイバー（３）の他方の端は、センサー（３４）に接続されており、
さらに、上記センサー（３４）により供給された信号を処理し、上記測定用光ファイバー（３）が伝送する放射強度を決定する付加手段（５７）を備えた装置。
【請求項７】
さらに、上記光ファイバーの剥離された自由端（２１，３１）と上記製品の表面（１）との距離を、常時検査もしくは測定する距離センサー（５２）を備えた請求項６に記載の装置。
【請求項８】
上記測定ヘッド（５１）は、特定のセンサー（４４）に接続された付加光ファイバー（４）を備え、
その自由端は、上記照射用光ファイバー（２）の自由端部（２１）に対して、斜めに配向されている請求項６に記載の装置。
【請求項９】
上記放射源（２４）は、約８３０ｎｍの波長を発するレーザーダイオードである請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法の適用であって、鉄帯鋼を搬送する適用。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、特に製造途中の製品の搬送(feed)のインラインにおいて、金属製品の表面被覆物の特性を決定することに関するもので、さらに、GALVALLIA（商標登録）シートとして知られている、薄鋼板において、亜鉛メッキの特性を決定するものである。
【０００２】
これらの薄鋼板は、アリエーション（alliation）と呼ばれる熱処理が施されたメッキ薄板であることをここで述べておく。このアリエーションの目的は、例えば、塗料付着を向上させる、あるいは、よりよい成型特性（better stampability）を提供するように、表面特性が改善した薄板を得ることである。
【０００３】
このアリエーション処理は、連続してメッキ薄鋼板が搬送されるアリエーションタワー（aliation tower）内にて、亜鉛メッキ薄鋼板に施される熱処理である。この熱処理の目的は、下層において表面方向の鉄の融合をより確実にして、上述した目的を達することである。通常、アリエーション率（alliation percentage）は、亜鉛メッキ中の鉄濃度で約１０％である。
【０００４】
しかしながら、現時点において、必要とされるアリエーションレベル（alliation level）は、この融合の程度に関連したものであり、上記薄鋼板の使用者によって(from one user of the said strips to another)、様々である。そのため、製造過程において常にアリエーションレベルを確認することが重要である。上記メッキ薄板の利用者の要求にこたえるために、製造中に、主に処理温度と処理時間などのアリエーション熱処理を行う設定について調節されたパラメーターに修正することが必要である。
【０００５】
現在、GALAVALLIA（商標登録）表面が必要とされる特性であるかを、リアルタイムかつインラインに検査することができるシステムは存在していない。実際には、アリエーションは、物理化学的及び微小幾何学的（microgeometrical）の観点からも、表面特性を大きく変化させることが知られている。現在、アリエーションレベルは、計測用粉末化（measuring powering）、鉄含有率、または、被覆物表面の結晶を決定することができる鋼質分析により、研究室でのみ測定することができる。
【０００６】
さらに、可能な限り正確な表面アリエーション（allication）の評価を得るためには、測定中に、微細な表面の傷（micro roughness）またはそれに等しい幾何学的特長（equivalent geometrical characteristics）といった形態的変化を克服し(overcome)、表面の物理化学的変化のみの感度を保証する必要がある。実際に、厳しい条件下の薄鋼板表面（extreme surface）におけるこれらの物理化学的変化は、被覆物に含まれる鉄原子が同薄鋼板表面に移動することによるものであり、鉄原子の移動は薄鋼板のアリエーションレベルに対応するものである。
【０００７】
これら試験が製造を一時的に中断することで、過度のアリエーションレベルにより引き起こされる被覆物の剥離や粉末化(powdering)などの不具合が薄鋼板上に現れる可能性がある。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解決するものであり、その目的は、均一かつ再現性の高い製品を保証し、アリエーションタワーの制御を確実なものとする、薄鋼板表面のアリエーションレベルのインライン検査を提案することにある。また、特に、本発明の目的は、試験が迅速に行われないことに起因する製造過程でのパラメーターの狂い（voluntary changes）により引き起こされる、アリエーションレベルが不適切なアンダーアリエーション（underalliatin）ゾーンやオーバーアリエーション（overalliation）ゾーンの発生を避ける、または最小限に抑えることにより、これら薄鋼板に粉末化や被覆物の剥離などの不良が発生することを抑制し、そして均一で再現性の高い製品を保証することを目的としている。より一般的には、本発明の目的は、物理化学的特性から変化しやすい薄鋼板被覆物の表面特性を、インラインで検査することを可能にすることにある。
【０００９】
これらの目的を念頭においた上で、本発明の主題（subject）は、第１に、特に、製造過程における金属製品の搬送時のインラインにおいて、金属製品の表面被覆物の特性を測定する方法であって、上記製品の表面の領域に、上記表面に対して垂直な方向の入射光を照射させ、上記照射領域の表面に対して垂直な方向にて、反射した放射エネルギーを測定しており、上記領域を、所定の波長を有する入射光照射源に接続した光照射用光ファイバーにより照射し、上記反射放射を、センサーに接続された測定用光ファイバーにより測定し、上記２つの光ファイバーの自由端は、剥離されており、互いに近接して保持され、互いに平行に配置されているといったものである。
【００１０】
本発明は、被覆物の物理化学的特性の変化による表面の性質の変化が、その表面の反射特性の違いに反映されることを利用したものである。さらに、上記の構成によれば、光照射及び反射光の測定は、表面に対して垂直に行われる。すなわち、本発明が、上述の形態的変化を克服することにより、表面の物理化学的変化に対してのみ有効であることを示している。そのため、本発明の手法により得られる測定結果は、この垂直性が反映し、かつ光がファイバーに入力しファイバーに戻るように、製品の表面に関して２本の光ファイバーがその端部で互いに近接している場合においてのみ得られることとなる。このことは、本発明に基づいて、前もって剥離された自由端を有する、すなわち、剥離された形でファイバーのみが残るように、通常邪魔な光集光用の付属品が取り除かれた既成の光ファイバーを用いることで達成される。
【００１１】
これら２本の光ファイバーの自由端はそれぞれ、表面に極めて近接して保持されている。通常、表面から約１０〜５０ｍｍの距離で、互いに平行に保持されている。また、使用する光ファイバーの領域が小さい（一般的に約０．１ｍｍ）ために、この配置で、その他光学集光機構を利用することを回避できる。また、これらファイバーが互いに近接しているため（中心距離で最大０．１ｍｍ）、後に記述されるように光照射用、測定用光ファイバーと製品表面を一定にすることで、測定は正確に照射領域に限定することができる。
【００１２】
本発明を対象とする適用としては、特にGALVALLIA（商標登録）におけるアリエーション率の測定が挙げられる。反射の束密度（flux）が高ければ高いほど、被覆物中に含まれる鉄よりも反射率の高い亜鉛により反射が引き起こされているため、アリエーション率は低くなる。
【００１３】
この測定法からリアルタイムに得られる情報は、アリエーションタワー（allication tower）を制御するパラメーターとして使用することもできる。また、この情報は、配送されるリール全体のアリエーション性質を顧客に保障するための品質管理に活用することもできる。
【００１４】
使用される放射光が赤外領域近傍のものであり、より具体的には８３０ｎｍの波長であることが好ましい。発明者が行った試験により、中でも、光照射源（例えばこの波長の光を発するレーザーダイオード）を考慮して、この波長域は、測定感度が最適であることがわかっている。
【００１５】
また、さらに、表面に対し１つまたはそれ以上の斜め方向（例えば定位から０°と３０°との間）から反射光を測定することが有効である。これにより、表面で拡散されたエネルギーを評価し、アリエーションレベルまたはそれ以外の表面特性（例えば微小幾何学的特性）においてさらなる情報を得ることが可能になる。この微小幾何学的特性は、垂直方向への反射測定にも関与し、被覆物の一般的特性についてさらなる情報を提供する。
【００１６】
表面に対し非垂直な１つまたはそれ以上の方向から反射光を測定することで、表面の微細な傷（micro-roughness）などの形態学的変化に影響されず、アリエーションレベルの評定を得ることができる。また、特定の角度へ反射された拡散とアリエーションレベルの関係も観察されており、アリエーションレベルが高いほど、反射光はより拡散されることになる。したがって、表面より斜め方向に反射された放射と垂直に反射された放射の強度の比較は、アリエーションをより詳しく評価することを可能にし、これについては後に記述されている。
【００１７】
また、本発明の主題には上記の測定を行う装置も含まれており、この機器は、上記製品の表面に対向した前面を有する測定ヘッドと、光照射用光ファイバーと、測定用光ファイバーとを備え、上記２つの光ファイバーはそれぞれ、上記前面にて、剥離された自由端を有し、上記ファイバーの対応する末端部は、互いに平行にかつ可能な限り近接して配置されており、上記光照射用光ファイバーの他方の端は、光照射源に接続されており、上記測定用光ファイバーの他方の端は、センサーに接続されており、さらに、上記センサーにより供給された信号を処理し、上記測定用光ファイバーが伝送する放射強度を決定する付加手段を備えている。
【００１８】
本発明の他の好ましい構成としては、下記のものなどが挙げられる。
さらに、上記光ファイバーの剥離された自由端と上記製品の表面との距離を、常時検査もしくは測定する距離センサーを備えた装置。
上記測定ヘッドは、少なくとも特定のセンサーに接続された付加光ファイバーを備え、その端部は、上記照射用光ファイバーの自由端部に対して、斜めに配置されている装置。この様々なファイバーの配向は、光照射用ファイバーにより照射される領域と同じ領域に収束されるように決定される。
上記放射源は、約８３０ｎｍの波長を発するレーザーダイオードである装置。
【００１９】
本発明は、下記に述べられるGALVALLIA（商標登録）タイプの薄板におけるインライン測定法に関する記述を読むことにより容易に理解できるであろう。この記述は下記の図表を含んでいる。
図１は、測定原理に関する模式図である。
図２は、機器の概略図である。
図３は、測定ヘッドの断面図である。
図４は、様々なアリエーションレベルを示した、複数のGALVALLIA（商標登録）薄板リールにおける測定結果を示したグラフである。
【００２０】
図１は、移動中の鋼板を図示したものである。図１では、赤外照射光２３により、表面１上の領域１１が照射されている。この赤外照射光２３は、薄鋼板の表面に対し垂直に保持された光照射用光ファイバー２の自由端２１より発せられる。第２の光ファイバー３は、光照射用光ファイバー２と平行にかつ近接しており、端部３１を有している。この端部３１は、光照射用光ファイバーの自由端と同位置に配置されており、光照射用光ファイバーより照射され薄鋼板により反射された反射光３３を捕捉する。
【００２１】
実際には、これら２つのファイバーの軸間の不可避な最小距離に起因して、光ファイバーそれぞれの自由端を予め剥離することで最小距離に低減する場合であっても、測定用光ファイバー３にて観察される表面領域１２は、厳密には照射領域１１ではない。この距離が非常に小さいという事実、及び、光ファイバー自由端からの拡散円錐２３の形態から、照射領域及び検出領域それぞれについて大きく重複する領域１３が存在する。そして、この領域１３により、測定用ファイバー３にて捕捉される光を、光照射用ファイバー２からの全総放射量、及び、表面１に対し垂直に反射された光と比較することが可能になる。
【００２２】
また、図１は、他の二本のファイバーと比較して垂直より３０度傾けられ、その測定領域は測定用光ファイバー３と同等がそれ以上またはそれ以下である自由端４１を有する第三の光ファイバー４が、有用例として示されている。
【００２３】
図２は、測定用ヘッド５１と二つの非接触型（contactless）距離センサー５２とを備えた筐体５の形状の装置の実施例を示す。非接触型距離センサー５２は、既知のものとして、使用される際には検査対象薄板の表面から数十ｍｍの距離に配置された筐体の所定の壁５３の調整を行う。
【００２４】
図３に示されている断面図から、測定ヘッド５１は、円柱形状の筐体５４を有している。この筐体５４は、主として前方壁５５を有しており、前方壁５５には、上記システムの光ファイバーの端部を調整するために、数個の穴６１〜６４が開けられている。これらの穴のうち第１の穴６１は、前方壁５５の外表面に対して垂直になっており、光照射用光ファイバー２と測定用光ファイバー３とを調整するような形状になっている。他の三つの穴６２、６３、６４は、第１の穴の方向に対し、次第に増加する角度（例えば１０、２０、３０°）に沿って配向しており、これらの方向は収束している。そして、穴６２、６３、６４はそれぞれ、付加的な光ファイバー４１、４２、４３を調整する。
【００２５】
図２に示されるように、これらすべての光ファイバー２、３、４１、４２、４３は、今筐体５から伸びる同一の束５６にまとめられる。光照射用ファイバー２はレーザーダイオード２４などの赤外光源に接続され、他の光ファイバー３、４１、４２、４３は、それぞれセンサー３４、４４に接続されており、既知のものとして（of a known）、反射された放射光強度を測定しそれを印刷出力（type）するため、センサーからの信号を処理する処理装置５７が接続されている。
【００２６】
図４のグラフは、上記に述べられた測定機器を用いて、本発明で述べられてきた薄鋼板における測定結果を示したものである。この例が示すように、測定はｂ１からｂ１０の十の薄鋼板リールの製造過程において行われ、これらはそれぞれ異なるアリエーション率を見せた。
【００２７】
最初の二リールであるｂ１とｂ２は、約１０％のアリエーション率と、標準試験の条件に基づいた測定により３から４グラム/ｍ２の粉末化（同試験条件下において薄板より分離された粉末の重量）が見られた。
【００２８】
リールｂ３からｂ６では１２％のアリエーション率と５から６グラム/ｍ２の粉末化が見られた。リールｂ７からｂ９では約１１％のアリエーション率と４グラム/ｍ２の粉末化が見られた。リールｂ１０では約１３％のアリエーション率と７グラム/ｍ２の粉末化が見られた。
【００２９】
グラフ中の二つの曲線は、薄鋼板がアリエーションオーブン内で薄鋼板が処理された時間と反射された放射の強度の関係を示したものである。グラフ上の曲線Ｔ１は光ファイバー３によって捕捉された反射された放射の強度を、下の曲線Ｔ２は３０度に傾けられた穴６４を通る光ファイバー４３により捕捉された放射光の強度を表している。
【００３０】
この測定結果をみると、アリエーション率が低いほど（リール１と２）被覆物中の亜鉛に含まれる鉄分の割合が低く反射能が増すため反射されたシグナルの強度が大きいことがわかり、一方で、アリエーション率が高いほど（リール１０）表面の鉄含有率が多いため反射されたシグナルの強度は弱くなっていることが明確に見て取れる。
【００３１】
また、曲線Ｔ１とＴ２間の差異は、リールｂ１からｂ２やｂ７からｂ９の間においてｂ３からｂ６、ｂ１０と比較して大きく、このことは表面の鉄量が少ない低アリエーション率の場合に、反射された放射の分散が大きいことが見て取れる。
【００３２】
本発明は実施例として示された機器や測定ヘッド、試験実施方法に限定されるものではない。具体的に述べると、赤外レーザーダイオードを検査する表面に適するような波長を発する他の放射源と置き換えることも可能である。またGALVALLIA(R)以外の製品についても同様の方法で検査が可能であり、種々の傾きをもつ光ファイバーが接続された様々なセンサーより得られるシグナルを分析することにより、表面の形態学的特長などに関する様々な情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】測定原理に関する模式図である。
【図２】機器の概略図である。
【図３】測定ヘッドの断面図である。
【図４】様々なアリエーションレベルを示した、複数のGALVALLIA（商標登録）薄板リールにおける測定結果を示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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