(57)【要約】【課題】  被測定物の厚さプロファイル測定装置において、測定空間に置かれる窓の厚さムラの影響を補正して、窓厚さムラの影響をなくした厚さプロファイル測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】  被測定物１１を挟んで対向する一方のＣフレーム５腕部に設けられるＸ線発生器１と、他方の前記Ｃフレーム腕部に設けられ、被測定物を透過した透過Ｘ線を検出する多チャンネルＸ線検出器２と、Ｘ線発生器及び多チャンネル検出器を予め所定の被測定物の端部位置に設定する検出器設定手段（３、７、８）と、被測定物の公称厚さに相当する校正サンプル板を有しる厚さ校正サンプル板設定手段（４、６、８）と、予め所定の校正サンプル板を幅方向の測定端部位置に設定して、Ｃフレームの幅方向の窓厚さを予め求め、測定した前記被測定物の厚さプロファイルから窓厚さを補正する測定部９とを備える。【選択図】  図１
2008003060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する被測定物に放射線を照射して、被測定物を透過した透過放射線の強度から被測定物の板幅方向の厚さの分布を測定する厚さプロファイル測定装置であって、
前記被測定物を挟んで対向する一方のＣフレーム腕部に設けられるＸ線発生器と、
他方の前記Ｃフレーム腕部に設けられ、前記Ｘ線発生器から照射されたＸ線が前記被測定物を透過した透過Ｘ線を検出する多チャンネルＸ線検出器と、
前記被測定物の走行方向に対し、直交する幅方向に移動させる移動機構を有し、前記Ｘ線発生器及び前記多チャンネル検出器を予め所定の前記被測定物の端部位置に設定する検出器設定手段と、
前記Ｘ線発生器から前記多チャンネルＸ線検出器に入射される間の前記Ｘ線の光路上に置かれ、前記被測定物の公称厚さに相当する種類の校正サンプル板を有し、前記移動機構に固定される厚さ校正サンプル板設定手段と、
前記校正サンプル板を幅方向の測定端部位置に設定して、前記Ｃフレームの幅方向の窓厚さを予め求め、測定した前記被測定物の端部の厚さプロファイルから前記窓厚さを補正する測定部と
を備えたことを特徴とする厚さプロファイル測定装置。
【請求項２】
放射線検出器が固定された窓の背後で移動して、この窓の前方におかれる被測定物を透過した透過Ｘ線の強度から厚さを測定する厚さプロファイル測定方法であって、
前記被測定物の厚さに相当する校正サンプル板を備え、
前記校正サンプル板を置いた状態で、予め前記窓の厚さを測定し、
測定した前記被測定物の厚さ測定値から、前記窓の厚さを補正するようにしたことを特徴とする厚さプロファイルの測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動する板状の被測定物に放射線を照射して、被測定物を透過した透過放射線の強度から被測定物の幅方向の厚さ（プロファイル）を測定する厚さプロファイル測定装置、及び厚さプロファイル測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧延機の圧延ロールによって圧延される板状の鋼板の厚さの制御と圧延方向と直交する板幅方向の断面形状の制御とは、鋼板の厚さ品質を保証する上で重要な制御である。
【０００３】
このような制御を行うためには、圧延される鋼板の板幅方向の厚さ分布（以下、厚さプロファイルと称する）を連続して、高速で測定する厚さプロファイル測定装置が必要である。
【０００４】
一般に、鋼板の場合、圧延機で圧延された鋼板の厚さプロファイルは、圧延ロールが剛体でないことから圧延荷重を受けたときにたわみが生じることによって鋼板の板幅の中央部が厚く、端部に行くに従って緩やかに薄く変化するクラウン形状となっている。
【０００５】
この厚さプロファイルの品質保証は、公称厚さに対する上下限の許容差が定められており、被測定物の幅方向、長さ方向の全長においてその許容差を保証することが求められている。
【０００６】
このような目的に使用される従来の厚さプロファイル測定装置は、板幅中央部の厚さを１チャンネルの検出器で、また、幅方向の厚さを複数の多チャンネルＸ線検出器として、異種の検出器を組み合わせて測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この厚さ測定の原理は、鋼板に所定のビーム形状のＸ線を照射するＸ線発生器と、鋼板を透過した透過Ｘ線の強度を一つの電離箱や、多チャンネルの電離箱等の放射線検出センサで検出し、照射したＸ線ビームの減衰量から鋼板の厚さを求めるものである。
【０００８】
ここで、μを、鋼板の吸収係数、Ｔを鋼板の厚さ、Ｉ０を鋼板が無い時のＸ線線量、Ｉを鋼板がある場合の透過Ｘ線線量とすると、透過Ｘ線線量Ｉと厚さＴとには、下記式の関係があることが知られている。  
Ｉ＝Ｉ０×ｅ−μ・Ｔ    ・・・（１）
したがって、厚さＴは、
Ｔ＝１／μ×（ｌｏｇＩ０−ｌｏｇＩ）    ・・・（２）
として求められる。
【０００９】
このような厚さ測定原理を使用した、厚さプロファイル測定装置は、実際には、圧延された鋼板のプロファイルの変化量が鋼板の両端部に集中することから、中央部の最も厚い部分の厚さと、幅方向には所定寸法（通常、鋼板の端部から５０ｍｍ〜１４０ｍｍ）の厚さ分布を細かく測定することで対応するようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
このような幅方向の厚さプロファイルを詳細に測定する多チャンネル検出器には、Ｘｅガスを封入した多数の電離箱が円弧状に一体成型された多チャンネル検出器や、シンチレータとホトダイオードアレイとを組み合わせた半導体多チャンネル検出器が使用されている。
【００１１】
この多チャンネル検出器には、チャンネル間で感度の低下、もしくは感度の無い部分をなくすようにするため、鋼板の移動方向に対して円筒型の電離筒を所定角度傾斜させて配列した円筒傾斜型多チャンネル検出器を使用した多点計測厚み計（以後、厚さプロファイル測定装置と称す）がある（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
通常、鋼板の幅は、５００ｍｍから２０００ｍｍまで変化するため、鋼板の板幅に応じてその測定端部位置に一対のＸ線発生器と多チャンネル検出器とからなる検出器を予め鋼板の端部位置に設定して測定する様にしている。
【００１３】
この多チャンネルＸ線検出器の一般的なスペクトル感度特性について図７を参照して説明する。７５（ａ）は、鋼板の厚さが薄い場合（例えば、０．５ｍｍ）、図７（ｂ）は、鋼板の厚さが厚い場合（例えば、５．０ｍｍ）の鋼板を透過したＸ線スペクトルの特性を示す。実線は、鋼板が無い場合で、破線は、鋼板がある場合を示す。
【００１４】
一般に、鋼板を透過する透過Ｘ線線量は、照射したＸ線のエネルギーの低い方から減衰し、鋼板が厚くなるにしたがって、高いエネルギー方へ減衰が移動するスペクトル感度特性を示す。
【００１５】
また、電離箱のＸ線スペクトル感度特性は、図７（ｃ）に示すように、一般に低エネルギーの方で感度が高くなる傾向を示す。
【００１６】
したがって、電離箱からの出力は、この図７（ａ）または図７（ｂ）に示される透過Ｘ線線量のスペクトル特性と図７（ｃ）に示される電離箱のスペクトル感度特性の積であらわされるから、図７の１点破線で示される低エネルギーの領域で、即ち、鋼板の厚さが薄くなる方向で検出感度が高くなる特性を有する。
【００１７】
ところで、非特許文献１に示されるような厚さプロファイル測定装置においては、一対の検出器を鋼板の板幅に応じてその端部位置に移動して厚さプロファイルを測定する。
【００１８】
そして、この種の厚さプロファイル測定装置は、装置の置かれる測定環境から検出器を保護するため、金属の剛体からなるＣフレームを備え、Ｃフレームの一方下部腕部に備えるＸ線発生器および他方の上部腕部に備える多チャンネル検出器に、夫々保護用の窓が設けられる。
【００１９】
ところが、厚さプロファイル測定装置は、鋼板が存在しない時のＸ線線量Ｉ０の値を基準として鋼板が存在した時の透過Ｘ線線量Ｉから厚みを求めるので、この窓の厚さが場所によって微妙に変わると、Ｘ線線量Ｉ０の値が変化し、測定誤差が大きくなる問題がある。
【００２０】
さらに、この窓厚さのムラによる測定誤差は、図７に示したように、測定する鋼板の厚さ及び材質によって、透過Ｘ線のスペクトル特性が変わる。そのため、窓厚さを透過する透過Ｘ線も変わり、窓厚さムの値が変わってくる。
【００２１】
また、鋼板が薄くなると窓の場所による厚さのムラによる測定誤差が大きくなる問題がある。
【特許文献１】米国特許４６３３４２０号明細書（第４ページ、図２）
【特許文献２】特開２００２−３２８０１６号公報（第２ページ、図２）
【非特許文献１】小原  哲著、計測技術「静止型プロファイル計」、日刊工業新聞社出版、２００３年１月号、ｐ４６−４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
非特許分文献１に開示された厚さプロファイル測定装置は、透過Ｘ線を検出する検出器の測定空間おかれる窓を含む厚さのムラによって、誤差が発生する問題がある。
【００２３】
さらに、この誤差は、透過Ｘ線線量のスペクトル分布が、測定する鋼板の厚さによっても変化する問題がある。
【００２４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、被測定物の厚さプロファイル測定装置において、測定空間に置かれる窓の厚さムラの影響を補正して、高精度の厚さプロファイル測定を可能にした厚さプロファイル測定装置、及び厚さプロファイル測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明による厚さプロファイル測定装置は、移動する被測定物に放射線を照射して、被測定物を透過した透過放射線の強度から被測定物の板幅方向の厚さの分布を測定する厚さプロファイル測定装置であって、前記被測定物を挟んで対向する一方のＣフレーム腕部に設けられるＸ線発生器と、他方の前記Ｃフレーム腕部に設けられ、前記Ｘ線発生器から照射されたＸ線が前記被測定物を透過した透過Ｘ線を検出する多チャンネルＸ線検出器と、前記被測定物の走行方向に対し、直交する幅方向に移動させる移動機構を有し、前記Ｘ線発生器及び前記多チャンネル検出器を予め所定の前記被測定物の端部位置に設定する検出器設定手段と、前記Ｘ線発生器から前記多チャンネルＸ線検出器に入射される間の前記Ｘ線の光路上に置かれ、前記被測定物の公称厚さに相当する種類の校正サンプル板を有し、前記移動機構に固定される厚さ校正サンプル板設定手段と、前記校正サンプル板を幅方向の測定端部位置に設定して、前記Ｃフレームの幅方向の窓厚さを予め求め、測定した前記被測定物の端部の厚さプロファイルから前記窓厚さを補正する測定部とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
上記目的を達成するために、本発明による厚さプロファイル測定方法は、放射線検出器が固定された窓の背後で移動して、この窓の前方におかれる被測定物を透過した透過Ｘ線の強度から厚さを測定する厚さプロファイル測定方法であって、前記被測定物の厚さに相当する校正サンプル板を備え、前記校正サンプル板を置いた状態で、予め前記窓の厚さを測定し、測定した前記被測定物の厚さ測定値から、前記窓の厚さを補正するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
以上述べた様に、本発明によれば、被測定物の公称厚さに相当する校正サンプル板を置いて予め幅方向の窓の厚さを求め、測定した厚さを補正するようにしたので、高精度の厚さプロファイル測定を可能にした厚さプロファイル測定装置、及び厚さプロファイル測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１は、本発明による厚さプロファイル測定装置の構成図である。
【００２９】
ここでは、この厚さプロファイル測定装置の例としては、例えば、高速度で圧延される冷延鋼板を被測定物１１（以後、鋼板と称す）とし、この両端部の厚さプロファイルを測定する場合について説明する。
【００３０】
厚さプロファイル測定装置は、装置を構成する各部について、厚さプロファイルの測定条件を設定する設定部８と、設定部８で設定された測定条件において、被測定物１１の所定の両端部位置から所定のエネルギーのＸ線を照射し、透過したＸ線線量を検出する検出部１０と、検出部１０の検出信号から被測定物１１厚さを求める測定部９とからなる。
【００３１】
次に、検出部１０は、被測定物１１をその移動方向側面から上下を挟むＣフレーム５と、このＣフレーム５の腕部下部内部に設けられ、被測定物１１の一方の端部にＸ線ビームを照射するＸ線発生器１ａ、これと対抗して腕部上部内部に設けられ、被測定物１１を透過したＸ線ビームを検出する複数の電離箱で構成される多チャンネルＸ線検出器２ａとからなる。
【００３２】
さらに、このＣフレーム５の腕部下部内部に設けられ、被測定物１１の他方の端部にＸ線ビームを照射するＸ線発生器１ｂ、腕部上部内部にこれと対向して設けられ、被測定物１１を透過したＸ線ビームを検出する複数の電離箱で構成される多チャンネルＸ線検出器２ｂとからなる。
【００３３】
このＸ線発生器１ａと多チャンネルＸ線検出器２ａとで一方の端部の厚さプロファイルを検出する一対の検出器を、また、Ｘ線発生器１ｂと多チャンネルＸ線検出器２ｂとで他方の端部の厚さプロファイルを検出する一対の検出器を構成する。
【００３４】
さらに、一対の検出器を被測定物１１の所定の端部幅位置に設定する、ボールネジ等の回転送り機構からなる下部腕部内部に設けられる検出器機構設定部３ａ及び上部腕部内部に設けられる検出器機構設定部３ｂと、これらを駆動し所定の幅方向位置に夫々の検出器を設定する検出器設定駆動部８とからなる。
【００３５】
下部腕部の検出器機構設定部３ａには、Ｘ線発生器１ａとＸ線発生器１ｂ、上部腕部の検出器機構設定部３ａには、多チャンネルＸ線発生器２ａと多チャンネルＸ線発生器２ｂとが、夫々、被測定物１１の板幅中心に対し左右に設けられ、一対の左右の検出器を被測定物１１の所定の端部幅位置に左右対称に、または、左右独立に設定する。
【００３６】
さらに、Ｘ線発生器１ａ及びＸ線発生器１ｂのＸ線ビームの照射口上部位置で、設定部８で指定された校正サンプル板を挿入する駆動信号を制御する校正サンプル板駆動部６と、校正サンプル板駆動部６で制御され、指定された校正サンプル板をＸ線ビーム光路上の所定の位置に設定する校正サンプル板設定機構部４ａ及び校正サンプル板設定機構部４ｂとからなる。
【００３７】
そして、校正サンプル板設定機構部４ａ及び校正サンプル板設定機構部４ｂは、Ｘ線発生器１ａ及びＸ線発生器１ｂと、夫々が一体で幅方向に移動できるように、検出器機構設定部３ａ及び検出器機構設定部３ｂに固定される。
【００３８】
また、Ｃフレーム５の下部及び上部のＸ線ビームの測定空間との境界は、夫々、外部の測定環境からＣフレーム５の内部を保護するためのアルミニューム板等からなる下部窓部材５ａ、上部窓部材５ｂが設けられる。
【００３９】
次に、測定部９の構成について図２を参照して説明する。測定部９は、多チャンネルＸ線検出器２ａから出力される検出信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ９ａ、及び多チャンネルＸ線検出器２ａから出力される検出信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ９ｂと、これらのＡＤＣ出力と、予め設定部８から設定される被測定物１１の形状や材質等の設定情報から、予め作成された窓厚さムラ補正テーブルを抽出し、厚さを補正して両端部の厚さプロファイルを求める演算部９ｃと、この窓厚さ補正テーブルを記憶する記憶部９ｄとからなる。
【００４０】
次に、この窓厚さムラ補正テーブルの構成について図３を参照して説明する。図３（ａ）は、被測定物１１の厚さと材質によって、予め測定する窓厚さムラ補正テーブルの構成を示す一覧テーブルである。
【００４１】
窓厚さムラ補正テーブルは、下部窓部材５ａ及び上部窓部材５ｂの窓の厚さムラ補正が必要となる被測定物１１について、例えば、厚さ、材質については、ｍ種類の窓厚さムラ補正テーブルＴＢＬ１乃至ＴＢＬｍで構成される。
【００４２】
この厚さムラ補正テーブルの種類に対応する校正サンプル板が校正サンプル板設定機構部４ａ及び校正サンプル板設定機構部４ｂで設定され、窓厚さムラ補正テーブルの厚さ補正値が予め採取される。
【００４３】
次に、窓厚さムラ補正テーブルの作成について説明する。図３（ｂ）乃至図３（ｅ）、及び図４を参照して説明する。図４は、一方の端部の厚さプロファイルを測定する検出器の設定位置を説明する図である。
【００４４】
一点破線で示す位置ｐ１からｐｎは、Ｘ線検出器１ａ及び多チャンネルＸ線検出器２ａからなる一対の検出器の測定範囲を示す。この検出器を被測定物１１がない状態でｐ１乃至ｐｎの各位置に設定し、図３（ａ）に示したｍ種類の窓厚さムラ補正テーブルＴＢＬ１乃至ＴＢＬｍを作成する。
【００４５】
この時、対応する、例えば、校正サンプル板４ａｉを校正サンプル板設定機構部４ａでｐ１乃至ｐｎの設定し、多チャンネルＸ線検出器２ａの中心位置の１つの検出器２ａｉで検出し、この検出信号から窓厚さムラ補正テーブルＴＢＬｉを作成する。
【００４６】
この検出信号から、補正値は下記のようにして求められる。前述した厚さ測定の演算式（２）に示したように、検出器の設定位置ｐｉ点において、所定の校正サンプル板２ａｉが設定された状態で、窓の厚さＴｗｐｉが下記式で求められる。  
Ｔｗｐｉ＝１／μ×（ｌｏｇＩ００−ｌｏｇＩａ）    ・・・（３）
ここで、μを被測定物１１の吸収係数、Ｔｗｐｉをｐｉ点の鋼板の厚さ、Ｉ００を被測定物１１及び窓が無い時のＸ線線量、Ｉａを窓があり、且つ、被測定物１１がない場合の透過Ｘ線線量とする。この時、吸収係数は測定時に使用する吸収係数と同じ値としておく。
【００４７】
そして、図３（ｂ）乃至図３（ｍ）に示す厚さムラ補正テーブルは、検出器を所定の測定範囲、所定ピッチでｐ１からｐｎまで移動して、その窓の厚さムラの補正値Ｔｗｐｉを演算より求め、記憶部９ｄに予め記憶させておく。
【００４８】
ところで、下部窓部材５ａ及び上部窓部材５ｂとしては、通常、軽量なアルミニューム板などの金属が使用されるので、その厚さムラは比較的緩やかに変化するので、その測定ピッチは、１０ｍｍ乃至５０ｍｍピッチで測定すれば充分である。
【００４９】
また、この窓厚さムラの測定は、多チャンネルＸ線検出器２ａ内の１つの同じチャンネルで測定しても良いし、全てのチャンネルを使用して測定し、個々のチャンネルで測定するようにしても良い。
【００５０】
そして、被測定物１１の厚さプロファイルを測定する場合、測定位置ｐｉでの測定される厚さをＴａｉとすると、この検出信号には、被測定物１１のみの厚さＴｃｉと被測定物１１の厚さに近い公称厚さの校正サンプル板４ａｉを挿入した時の窓の厚さＴｗｐｉとが加算された厚さとなっているので、下記式のように予め記憶された窓の厚さムラ補正テーブルＴＢＬｉから補正値を抽出し、下記式で補正して実際の厚さを求める。  
Ｔｃｉ＝Ｔａｉ−Ｔｗｐｉ      ・・・（４）
【００５１】
次に、このように構成された厚さプロファイル測定装置による厚さ測定について図５を参照して説明する。
【００５２】
先ず、厚さ測定の条件が、設定部８から、検出部１０及び測定部９に被測定物１１の厚さ、幅、材質等の設定情報が送信される（ｓ１）。検出部１０では、送信された被測定物１１の板幅から対応する位置に検出器が検出器設定駆動部７を駆動して所定の位置に設定される（ｓ２）。
【００５３】
また、測定部１０、被測定物１１の厚さ、材質が送信され、この設定情報に対応する窓厚さムラ補正テーブルが記憶部９ｄから選択抽出される（ｓ２）。
【００５４】
そして、この設定が完了し、被測定物１１が検出部１０内に走行すると、厚さ測定を開始し、多チャンネルＸ線検出器２ａ（２ｂで求めた厚さデータに対し、その位置に対応する窓厚さ補正値で補正して、実際の厚さを出力する（ｓ４）。
【００５５】
以上説明したように、本発明によれば、Ｃフレーム５上下の腕部に設けられる下部窓部材５ａ上部窓部材５ｂの窓の厚さムラを、予め校正サンプル４ａをおいて透過Ｘ線のスペクトルを測定時のスペクトルと近似するようにして窓の厚さムラを補正するようにしたので、窓の厚さムラによる測定誤差の影響を受けない厚さプロファイル測定装置を提供することが出来る。
【００５６】
また、鋼板の厚さプロファイル測定装置には、サブミクロンオードの厚さ測定精度が要求されるが、窓厚さの均一な材料を選定することや悪環境に置かれる窓厚さに経時変化があっても、定期的に窓厚さムラ補正データを採取することで、窓の汚れ等の影響も除くことがで、保守が容易に出来る効果も得られる。
【００５７】
本発明は、上述したような各実施例に何ら限定されるものではなく、Ｘ線発生器と、多チャンネルＸ線検出器間の測定空間に置かれる被測定物１１に対応する校正サンプル板を設定して、厚さ測定時の透過Ｘ線発のスペクトルを一致させて、予め測定空間に置かれる被測定物１１以外のＸ線吸収部材の厚さムラを補正するようにしたものであれば良く、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による厚さプロファイル測定装置の構成図。
【図２】本発明による厚さプロファイル測定装置の測定部の構成図。
【図３】窓厚さ補正テーブルの例。
【図４】窓厚さの測定の説明図。
【図５】厚さ補正テーブルの測定方法を説明するフローチャート。
【図６】Ｘ線エネルギースペクトルの吸収特性の説明図。
【符号の説明】
【００５９】
１ａ、１ｂ  Ｘ線発生器
２ａ、２ｂ  多チャンネルＸ線検出器
２ａｉ  ｉ番目の検出器
３ａ、３ｂ  検出器設定機構部
４ａ、４ｂ  校正サンプル板設定機構部
４ａi  ｉ番目の校正サンプル板
５  Ｃフレーム
５ａ  上部窓部材
５ｂ  下部窓部材
６  校正サンプル板駆動部
７  検出器設定駆動部
８  設定部
９  測定部
９ａ、９ｂ  ＡＤＣ
９ｃ  演算部
９ｄ  記憶部
１０  検出部
１１  被測定物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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