(57)【要約】【課題】  連続塗装ラインを走行する塗装金属板の塗膜厚みをオンライン測定し、全長にわたって膜厚保証した塗装金属板を提供する。【解決手段】  オフラインに定置されたサンプルからレーザ照射によって放散される熱波IRの放射量が飽和するまでの飽和時間を計測する。そして、塗膜の色調ごとに膜厚との関連で予め求められている検量線近似式に従った基準飽和時間と今回計測飽和時間を比較し、基準飽和時間と今回計測飽和時間との誤差を算出する。得られた誤差を補正値として検量線近似式を補正し、補正後の検量線近似式に従って塗装金属板Ｍの次回膜厚をオンライン計測する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続塗装ラインを走行している塗装金属板からレーザ照射によって放散される熱線の放射量が飽和するまでの飽和時間を計測し、塗膜の色調ごとに膜厚との関連で予め求められている検量線近似式に従った膜厚を表示するオンライン膜厚測定装置において、オフラインに定置した基準サンプルを定期的に測定し、基準値と今回測定値の誤差を補正値として次回膜厚のオンライン計測に使用する検量線近似式を補正することを特徴とする連続塗装ラインの膜厚測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼帯等の長尺材料を走行させながら塗料を塗布・焼成する連続塗装ラインで長尺材料の表面に形成される塗膜の膜厚をオンライン測定するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯等の長尺材料を塗装する場合、走行中の長尺材料に塗料を塗布し、加熱炉に送り込んで焼成する連続塗装ラインが採用されている。塗布装置や加熱炉は、１コート１ベーク，２コート２ベーク等に応じた個数が連続塗装ラインに沿って配置されている。塗装された材料は、最終段階の加熱炉を出た後で塗膜の膜厚を測定することにより品質保証している。長尺材料のトップ又はテールをサンプリングし、重量法で塗膜の膜厚を測定することが一般的である。
【０００３】
重量法による測定値は、長尺材料全長にわたる塗膜厚ではなく、トップ又はテールの塗膜厚を表しているに過ぎない。そのため、長尺材料全長の膜厚保証は塗装条件による工程保証に依っている現状であり、現実に製造されている塗装長尺材料の塗膜厚をオンライン測定することが望まれる。塗膜厚のオンライン測定に蛍光Ｘ線やβ線を利用した膜厚計の適用も検討されているが、測定精度が低く、色記号ごとに検量線の入力が必要なため管理が煩雑であり、オンラインでの実用化に至っていない。
【０００４】
ところで、塗装材料にレーザ波を照射すると、レーザ波の吸収により塗装材料が発熱する。発生した熱は塗膜内部に伝播されるが、塗装材料では塗膜／原板の界面が熱伝導障壁として働き熱伝導が妨害され、結果として塗膜内部が温度上昇する。塗膜内部の温度上昇は、塗膜の材質，密度，熱伝導率，比熱等の外に、塗膜表面から原板までの距離（すなわち、塗膜厚）にも影響される。
【０００５】
塗膜の材質，密度，熱伝導率，比熱等が判明している条件下では、塗膜内部の温度上昇が塗膜厚の指標として使用できる。塗膜内部の温度上昇は赤外放射としてIRディテクタで検出できる。検出結果を照射レーザ波と比較して塗膜内部の温度が飽和するまでの時間を計測し、予め既知サンプルで求めておいた検量線を用いて計測時間が膜厚に変換される。特許文献１の光熱的検査装置は、塗膜厚に応じて変わる塗膜内部の温度上昇から塗膜厚を測定することに利用できる。
【特許文献１】特許第3268599号公報
【０００６】
塗膜内部の温度上昇から塗膜厚を測定する非接触熱波計測方式は、塗膜の色調や塗装材料の振動による影響を受けにくいことから、塗膜厚のオンライン測定への適用を期待できる。しかし、実際の連続塗装ラインに光熱的検査装置を組み込んで塗膜内部の温度が飽和するまでの時間（以下、"飽和時間"という）を計測したところ、計測結果と塗膜厚との関係が経時的に変化していることが判った。経時的な変化は、季節，天候，気温，湿度等の外的要因によるものと考えられ、原板や塗料種，塗装条件に拘わらず発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
経時変化を相殺できれば、飽和時間から塗膜厚を求める非接触熱波計測方式の長所が活用され、連続塗装ラインで塗膜厚のオンライン測定が可能になり、長尺材料の全長にわたる塗膜厚を直接保証した塗装製品が得られる。
本発明は、塗膜の厚みに関わる飽和時間を基準値と随時比較して誤差を算出し、誤差を取り込んだ補正値を検量線に当てはめて塗膜厚に換算することにより、飽和時間と塗膜厚との間にある経時変化の影響を打ち消し、精度良く塗膜厚をオンライン測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、連続塗装ラインを走行している塗装金属板からレーザ照射によって放散される熱線の放射量が飽和するまでの飽和時間を計測し、塗膜の色調ごとに膜厚との関連で予め求められている検量線近似式に従った膜厚を表示するオンライン膜厚測定装置において、オフラインに定置した基準サンプルを定期的に測定し、基準値と今回測定値の誤差を補正値として次回膜厚のオンライン計測に使用する検量線近似式を補正することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
塗装金属板にレーザ光Ｌを照射すると、塗膜Ｐの表面で反射する光もあるが、塗膜Ｐに進入して塗装原板Ｓの表面で反射する光もある（図１）。塗膜Ｐに進入したレーザ光Ｌにより塗膜Ｐ内部に温度波Ｗが生じ、塗装原板Ｓ／塗膜Ｐの界面で反射する反射温度波Ｒもある。温度波Ｗ，反射温度波Ｒによって塗膜Ｐが昇温すると、塗膜Ｐの表面から赤外線（熱波）IRが放出される。
非接触熱波計測方式では、熱波ＩＲを測定することにより塗膜Ｐの膜厚を求めている。熱容量の大きな厚い塗膜はレーザ照射されても昇温しがたいため飽和時間が長く、薄い塗膜では飽和時間が短い（図２）。なお、飽和時間は通常"フェーズ"の単位で表される。
【００１０】
飽和時間と膜厚との関係について予め作成しておいた検量線に測定された飽和時間を当てはめると、非測定対象である塗膜の厚みが判る。しかし、飽和時間と膜厚との関係を表す検量線が外的要因等に応じて変動する傾向にあるので、外的要因による影響を今回測定データから排除した後、検量線を用いて飽和時間から塗膜の厚みを求める。
本発明に従った連続塗装ラインでは、長尺材料に塗布した塗料を焼き付ける加熱炉の出側に非接触熱波計測器１０を配置している（図３）。非接触熱波計測器１０は、塗装原板Ｓに設けた塗膜Ｐにレーザ光Ｌを照射する光源１１，レーザ照射で加熱された塗膜Ｐから放散する熱波IRが入射する検出器１２を備えている。検出器１２で検出された熱波IRは、膜厚を表す検出フェーズｓ1として制御盤２０の膜厚計本体２１に出力される。
【００１１】
膜厚計本体２１には、検出フェーズｓ1を基準値と比較して補正の要否を判定する自動校正測定システムが組み込まれている。自動校正測定システムは、色調ごとに予め測定しておいた基準フェーズ情報が蓄積されており、今回測定され入力された色調ごとのフェーズ情報と比較される。フェーズ情報の基準値から今回測定値の誤差を算出し、誤差データを次回測定情報に対応する色調の補正に使用する。たとえば、"赤"の基準フェーズが"324"で今回測定フェーズが"327"のとき、誤差Δｓ"-3"を次回"赤"の補正値ｓ2として使用する。
【００１２】
検出フェーズｓ1に補正値ｓ2を加算して補正後フェーズｓ3を求め、該補正後フェーズｓ3を検量線近似式に当てはめると膜厚測定値が得られる。得られた膜厚測定値を記録・表示することにより、長尺材料の長手方向全長にわたる塗膜Ｐの膜厚が判る。検出フェーズｓ1に補正値ｓ2を加算して求めた補正後フェーズｓ3を膜厚測定値ｓ4に変換しているので、飽和時間／膜厚の関係を表す検量線に及ぼす外的要因の影響を排除しながら信頼性の高い膜厚情報が得られる。
【００１３】
長尺材料の幅方向に沿って複数の非接触熱波計測器を設けておくと、幅方向に関して複数箇所（たとえば、幅方向両端部，幅方向中央部）から膜厚指標となるデータが得られる。或いは、ローラテーブル３１上をパスラインPLに沿って走行する長尺材料Ｍの幅方向Ｄ-Ｄに移動可能な膜厚計トラバーサ３０を配置し、膜厚計トラバーサ３０を幅方向Ｄ-Ｄに移動させながら熱波IRを計測することによっても幅方向に関する膜厚情報が得られる（図４）。
【００１４】
パスラインPLのオペレーションサイドには手動校正用のサンプル３２が通常配置されるが、ドライブサイドに自動校正用のサンプル３３を配置しておくと、前述の自動校正測定システムを円滑に駆動できる。自動校正用サンプル３３は、たとえばターンテーブル方式のサンプルチェンジャ３４に複数配置されている。サンプルチェンジャ３４を回転させて、膜厚計トラバーサ３０から下方に突出している非接触熱波計測器１０の直下に今回の測定に必要なサンプル３３を移動させ、飽和時間をオフライン計測することにより検出フェーズｓ1が求められる。膜厚と飽和時間との関係が判明しているサンプル３３を使用するとき、塗膜のオンライン測定に必要な基準値が得られる。
【実施例】
【００１５】
膜厚：１５μｍで赤，青，白，黒四色の塗膜を設ける連続塗装ラインで、非接触熱波計測方式による膜厚測定に信頼性を調査した。各色調で基準となる飽和時間を測定したが、一日経過した時点では飽和時間が表１に示すように変化した。そこで、基準値から今回測定値の誤差を算出し、誤差Δｓを補正値ｓ2として今回検出フェーズｓ1に加算し、補正後フェーズｓ3を求めた。
【００１６】
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【００１７】
得られた補正後フェーズｓ3を検量線近似式に代入し塗膜の膜厚を算出したところ、各色塗膜の何れにおいても算出結果が実測した膜厚との差が±１μｍの範囲にあった。
比較のため、補正値ｓ2で今回検出フェーズｓ1を補正することなく、今回検出フェーズｓ1をそのまま検量線近似式に代入して膜厚を算出したところ、実測膜厚との差が±３μｍと大きくなっており、信頼性の低い算出結果であった。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上に説明したように、本発明の測定システムによるとき、連続塗装ラインを走行する塗装金属板の塗膜厚みをオンラインで測定でき、塗装金属板全長にわたる膜厚保証が可能となる。しかも、飽和時間と塗膜厚みとの関係を示す検量線を随時補正して使用するため、非接触熱波計測方式による測定結果に及ぼす外的要因の影響が排除され、信頼性の高い膜厚測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】塗膜厚みを測定する非接触熱波計測方式の説明図
【図２】塗膜厚みで飽和時間が異なることを示すグラフ
【図３】本発明に従った測定システムのフロー図
【図４】膜厚計トラバーサを配置した連続塗装ラインの平面図（a），断面図（b）
【符号の説明】
【００２０】
１０：非接触熱波計測器    １１：光源    １２：検出器
２０：制御盤    ２１：膜厚計本体
３０：膜厚計トラバーサ    ３１：ローラテーブル    ３２：手動校正用サンプル    ３３：自動校正用サンプル    ３４：サンプルチェンジャ
Ｍ：長尺材料    Ｓ：塗装原板    Ｐ：塗膜    PL：パスライン
Ｌ：レーザ光    IR：熱波    Ｗ：温度波    Ｒ：反射温度波
ｓ0：基準フェーズ    ｓ1：検出フェーズ    ｓ2：補正値    ｓ3：補正後フェーズ    ｓ4：膜厚測定値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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