厚さプロファイル測定装置
【課題】 高速度で移動する板状の被測定物の中心部の厚さと幅方向の厚さ分布とを測定する検出部の被測定物の移動方向寸法を最小に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３に連続して放射線を照射する放射線源容器１１乃至１３と、これらの放射線源容器と被測定物を挟んで対向配置され、放射線源容器から照射された放射Ｘ線束が被測定物を透過した透過放射線を検出する多チャンネル検出器２１乃至２３と、多チャンネル検出器２３の後部に設けられ、被測定物及び多チャンネル検出器２３または被測定物を透過した透過放射線を検出する単チャンネル検出器２４と、多チャンネル検出器２１乃至２３で検出した透過放射線の強度から被測定物の厚さプロファイルを求め、単チャンネル検出器で検出した透過放射線の強度から被測定物の中心部の厚さを求める。
【解決手段】 被測定物３に連続して放射線を照射する放射線源容器１１乃至１３と、これらの放射線源容器と被測定物を挟んで対向配置され、放射線源容器から照射された放射Ｘ線束が被測定物を透過した透過放射線を検出する多チャンネル検出器２１乃至２３と、多チャンネル検出器２３の後部に設けられ、被測定物及び多チャンネル検出器２３または被測定物を透過した透過放射線を検出する単チャンネル検出器２４と、多チャンネル検出器２１乃至２３で検出した透過放射線の強度から被測定物の厚さプロファイルを求め、単チャンネル検出器で検出した透過放射線の強度から被測定物の中心部の厚さを求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速で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中心部の厚さと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金属板（以下、被測定物と称する）の厚さの制御（以下、ＡＧＣ制御と称する。）と圧延方向と直交する板幅方向の断面形状の制御（以下、プロファイル制御と称する。）は、被測定物の厚さ品質を保証する上で重要な制御である。
【０００３】
このＡＧＣ制御とプロファイル制御とを行うためには、圧延される被測定物の中心部の厚さ及び被測定物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、金属の場合、圧延機で圧延された被測定物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被測定物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】
実際には、圧延された被測定物のプロファイルの変化量は軽量であることから、中央部の最も厚い部分の厚さを高速で連続測定し、幅方向には厚さの薄くなる端部の厚さを幅方向に細かく、被測定物の移動方向には低速度で測定することで対応するようにしている。
【０００７】
近年、その保証精度は板材の用途からさらに厳格な保証が求められるようになり、従来の厚さプロファイル測定装置には、さらに高精度、高分解能が要求されるようになっている。
【０００８】
従来、このようなＡＧＣ制御及びプロファイル制御のための厚さプロファイル測定装置として、図５に示すような構成の厚さプロファイル測定装置が開示されている（例えば、特許文献1参照。）。
【０００９】
図５（ａ）は全体の構成図で、図５（ｂ）はその平面図、また、図５（ｃ）は後述する放射線源容器から被測定物３に照射された放射Ｘ線束（以下、所定の形状にコリメートされたものを、束と称する。）の形状を図示したものである。
【００１０】
この厚さプロファイル測定装置の構成は、検出部１１と、検出部１１からの検出信号をデジタル化するＡＤＣ１５１と、デジタル化された信号から、被測定物３の中央部の厚さ及び厚さプロファイルを求める厚さ演算部１５２と、検出部１１の後述する放射線源容器から照射される放射Ｘ線束を予め設定制御するＸ線制御部１５３とから構成される。
【００１１】
そして、厚さ演算部１５２で求めた厚さデータと厚さプロファルデータは、被測定物３の厚さを制御するＡＧＣ制御手段に送信され、図示しない厚さ制御機構部で制御される。
【００１２】
このとき、放射線源容器１１１乃至放射線源容器１１３を板幅方向に、夫々の放射Ｘ線束がラップして幅方向にもれなく照射されるようにＣ型フレーム１３１の上部腕部に、また、被測定物３を透過した夫々の透過放射線を、板幅方向に直線状に対向して並べた多チャンネル検出器１２１乃至多チャンネル検出１２３を、被測定物３を挟むように対向してＣ型フレーム１３１の下部腕部に設定配置している。
【００１３】
また、被測定物３の幅方向の中央部には、単チャンネル検出器１２４が、放射線源容器１１３からの透過Ｘ線を多チャンネル検出器１２３の上流近傍で検出するように設定配置されている。
【００１４】
ところで、この多チャンネル検出器１１１乃至１１３としては、医療用に開発されたＣＴスキャナーに使用される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た。
【００１５】
このような多チャンネル検出器は、小型であるので幅方向の空間分解能は確保できるものの、小型であるため高速で移動する金属の厚さ測定用としては、いずれも検出感度が不十分で必要な測定精度が得られないため種々の改良がなされてきた。
【００１６】
例えば、このような目的ための多チャンネル検出器として、一つの測定チャンネルの電離箱の感度と分解能とを最適化するため、円筒状の電離箱が開発され、この円筒形状の電離箱を、円筒軸方向を被測定物３の移動方向に対して所定の角度を回転し、幅方向に複数並べた多チャンネル検出器が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１７】
一方、単チャンネル検出器としては、応答速度が早く、かつ、温度変化にも安定した感度を確保できる、比較的大型の形状の円筒形状の電離箱が要求を満足するものとして使用されている。
【００１８】
しかしながら、特許文献1に開示された厚さプロファイルメータは、中央部の多チャンネル検出器１２３と単チャンネル検出器１２４とを被測定物３の移動方向に並置し、同じ放射線源容器１１３からの放射Ｘ線束を使用して測定する構造であるため、検出部１１の移動方向の寸法Ｗを小さくできない問題がある。
【００１９】
また、放射Ｘ線束の光軸から離れた位置におかれるため、単チャンネル検出器の放射Ｘ線束の強度が弱くなり単チャンネル検出器１２４からの検出信号のＳ／Ｎが低下する欠点もある。
【００２０】
また、検出部１１の被測定物３の移動方向の寸法Ｗが大きくなると、この厚さプロファイル測定装置を設置する場合の搬送ロール４の間の空間距離を大きくする必要がある。
【００２１】
この空間距離が大きくなると、被測定物３の圧延作業時のミスでこの空間に被測定物３が突入する可能性が高くなるため、被測定物３やこの周囲の圧延設備、また、この厚さプロファイル装置自信を破損させたりする可能性がある。
【００２２】
次に、図６を参照して被測定物３の移動方向の寸法Ｗの詳細について説明する。図６（ａ）は、検出部１１を被測定物３の移動方向正面、図５（ｂ）に示すｘ−ｘ方向から見た部分断面図で、図６（ｂ）は被測定物３の移動方向側面、図５（ｂ）に示すｙ−ｙ方向から見た断面図である。
【００２３】
この検出部１１の寸法Ｗは、図６(ｂ)に示すように、被測定物３の移動方向の多チャンネル検出器１２１の寸法をｈ１、被測定物３の移動方向の単チャンネル検出器１２４の寸法をＤ１、また、これらの収納するための必要な構造物を固定するために必要な余裕寸法をα１とすると、
Ｗ≧ｈ1×２＋Ｄ１＋α１
となる。
【００２４】
ここで、多チャンネル検出器１２１乃至多チャンネル検出器１２２及び単チャンネル検出器１２４個々の検出器の移動方向の寸法ｈ１と寸法Ｄ１とを、移動方向で重なるように配置し、検出部寸１１の移動方向寸法Ｗを短縮することが考えられる。
【００２５】
しかしながら、夫々の多チャンネル検出器１２１乃至多チャンネル検出器１２２及び単チャンネル検出器１２４には、図示しない厚さ校正のための基準厚さサンプル移動機構を透過Ｘ線が入射する受光窓前面に備えることが必要で、これらの付随する構造物相互の機械的干渉を避ける構造とするために、夫々の寸法ｈ１と寸法Ｄ１とが移動方向で重なるように配置することが困難である。
【００２６】
このような検出部１１の移動方向の寸法Ｗを短縮できない問題点を解決するために、単チャンネル検出器１２４に替えて、多チャンネル検出器１２３の中心部の複数の個々のチャンネル検出器１２３ａを用いる方法が考えられる。
【００２７】
図６（ｄ）はその構成を示すもので、多チャンネル検出器１２３ａからの複数の検出信号を加算器１２５で加算し、被測定物３の移動方向の寸法Ｗを大きくしないで、感度、応答速度を改善しようとするものである。
【００２８】
しかしながら、この方法では、以下に述べる理由から、単チャンネル検出器１２４に要求される性能を得ることができない。
【００２９】
一般に、電離箱の検出性能の向上手段としては、電離箱では受光窓から入手した透過Ｘ線から、電離箱内に封入されたガスの体積に比例した電離電流が得られることから電離箱の体積を大きくして検出電流を増やし、この検出電流とＸ線光子からの相対統計ノイズとの比、すなわちＳ／Ｎ比を向上させる方法が用いられる。
【００３０】
この電離箱で検出される相対統計ノイズｖｎと検出電流ｉとの関係は、電離箱からの増幅回路の時定数をτと、
ｖｎ∝（ｉ×τ）−１／２
の関係があり、例えば、同じ相対統計ノイズｖｎで、時定数τを１／１０とするためには、検出電流ｉを１０倍に増やす必要がある。すなわち、同じＸ線を受光して、検出電流を１０倍にするためには、電離箱の体積を１０倍にする必要がある。
【００３１】
例えば、従来、図７(ｃ)に示す単チャンネル検出器の電離箱としては、τ＝１０ｍｓｅｃ、相対統計ノイズ０．１％とした場合の形状としては、Ｄ１＝１００ｍｍΦ、Ｈ１＝１５０ｍｍ、封入ガス圧は１０気圧、程度の大きさの検出器が使用されている。
【００３２】
そこで、例えば、多チャンネル検出器１２３の一つのチャンネルの形状は、要求される空間分解能とその光学的条件からｄ１＝１０ｍｍΦ、ｈ１＝１００ｍｍ、そして封入ガス圧は１５気圧が可能であるため、この多チャンネル検出器１２４で単チャンネル検出器１２３と同じ封入ガス体積を確保するには、１００チャンネル分が必要となる。
【００３３】
このような多チャンネル検出器１２３の複数のチャンネルから単チャンネル検出器１２４並みの性能を確保することは、形状が更に大きくなり、実質的に不可能である。
【特許文献１】米国特許第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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
上述したように特許文献１に開示され厚さプロファイル測定装置は、一体成型された多チャンネル検出器１２３と単チャンネル検出器１２４とを被測定物３の移動方向に並置し、同じ放射線源容器１１３からの放射Ｘ線束を使用して測定する構造であるため、検出部１１の移動方向の寸法Ｗを小さくできない。
【００３５】
また、特許文献２に開示された多点厚み計は、多チャンネル検出器の個々の検出器とその間の検出感度ムラを軽減することはできるものの、中心部の厚さ、と同時に幅方向の厚さプロファイルを測定するための技術は開示されていない。
【００３６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、高速度で移動する板状の被測定物の板幅中心部の厚さと板幅全体の厚さプロファイルを同時に測定する厚さプロファイル測定装置において、厚さプロファイル測定装置の検出部の被測定物の移動方向寸法を最小にし、且つ、中心部の厚さと厚さプロファイルの測定精度と分解能を確保できるように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。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１による厚さプロファイル測定装置は、高速で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板幅中心部の厚さと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、前記被測定物に連続して放射線束を照射する放射線源容器と、前記放射線源容器と、前記被測定物を挟んで対向配置され、前記放射線源容器から照射された放射線束が前記被測定物を透過した透過放射線を検出する多チャンネル検出器と、前記透過放射線の透過方向の前記多チャンネル検出器の後方に設けられ、前記被測定物または、前記被測定物と前記多チャンネル検出器を透過した透過放射線を検出する単チャンネル検出器と、前記多チャンネル検出器で検出した透過放射線の強度から前記被測定物の厚さプロファイルを求め、前記単チャンネル検出器で検出した透過放射線の強度から前記被測定物の中心部の厚さを求める厚さ演算装置とを備えたことを特徴とする。
【００３８】
このように構成されたものにおいては、同じ放射線束から被測定物を透過した透過放射線を単チャンネル検出器と多チャンネル検出器で、同時に同じ位置で検出出来るので、被測定物が移動する方向の寸法を最小にした厚さプロファイル測定装置を提供することが出来る。
【００３９】
さらに、放射線束の照射エリアを小さくすることから、放射線管理区域のエリアも最小にすることが出来る効果がある。
【００４０】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項２による厚さプロファイル測定装置は、前記請求項１において、前記放射線束は、前記被測定物の移動方向に対し直角方向で、前記被測定物の板幅全体を照射できるように設定配置し、前記多チャンネル検出器は、前記多チャンネル検出器個々の検出器の板幅方向の間隔を、中央部に比較して両端部で小さく、且つ、板幅方向に直線状に設定配置し、前記単チャンネル検出器の透過放射線の受光面積は、前記多チャンネル検出器の検出器の受光面積よりも大きくしたことを特徴とする。
【００４１】
このように構成されたものにおいては、多チャンネル検出器の個々の検出器を異なる間隔で任意に設定することが可能となるので、板幅方向での測定分解能の要求に応じて、中央部に比較して両端部を細かく設定することができる。
【００４２】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項３による厚さプロファイル測定装置は、請求項１において、前記放射線源容器は前記被測定物の板幅中央部及び両端部の３台で構成され、前記両端部の放射線源容器は前記被測定物の板幅の両端部で、夫々の放射線束が直線状に照射されるように設定配置し、前記多チャンネル検出器は、前記被測定物を挟んで前記両端部の放射線源容器及び前記中央部の放射線源容器から照射された夫々の放射線束が、前記被測定物を透過した透過放射線を夫々独立に受光するように、前記被測定物を挟んで対向する位置で３台を設定配置し、前記単チャンネル検出器は、前記中央部の放射線源容器から照射された放射線束が前記被測定物を透過した透過放射線、または前記被測定物及び前記中央部の放射線源容器を透過した透過放射線を受光するように、前記中央部の多チャンネル検出器の個々の検出器板幅方向の間間隔を前記両端部の多チャンネル検出器に比較して大きく空けて、前記透過放射線の透過方向の前記多チャンネル検出器の後方に設定配置したことを特徴とする。
【００４３】
このように構成されたものにおいては、放射線源容器と多チャンネル検出器とを複数対組み合わせて板幅方向に配置したので、被測定物の板幅が広くなっても、板幅全体をカバーするような、製造上困難な長い多チャンネル検出器が不要で、幅方向の測定分解能の要求に応じて任意に設定することが可能になる。
【００４４】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項４による厚さプロファイル測定装置は、請求項１乃至請求項３において、前記多チャンネル検出器は、円筒形状の電離箱を複数並べて配置し、この電離箱の円筒の軸を前記被測定物の移動方向に対し傾斜した角度で設け、前記単チャンネル検出器の受光窓面積は、前記多チャンネル検出器の一つの検出器の受光窓面積よりも大きな形状の円筒形状の電離箱で構成したことを特徴とする。
【００４５】
このように構成されたものにおいては、電離箱の制作が容易で、板幅中央部の厚さ、及び板幅方向の厚さプロファイルの測定精度を同時に満足する厚さプロファイル測定装置を提供することが出来る。
【００４６】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項５による厚さプロファイル測定装置は、請求項１乃至請求項３において、前記多チャンネル検出器は、直方体形状の電離箱を複数並べて配置し、この電離箱の長軸を前記被測定物の移動方向に対し平行、または傾斜した角度で設け、前記単チャンネル検出器の受光窓面積は、前記多チャンネル検出器の一つの検出器の受光窓面積よりも大きな形状の直方体形状の電離箱で構成したことを特徴とする。
【００４７】
このように構成したものにおいては、電離箱を一体成形したり、幅方向に任意の検出感度と測定分解能を設定したりすることが可能な厚さプロファイル測定装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００４８】
以上述べた様に、本発明によれば、多チャンネル検出器の後方に個々のチャンネル検出器よりも受光面積を大きくした単チャンネル検出器を配置するように構成したので、多チャンネル検出器と単チャンネル検出器と並置する場合に比べて、検出部の被測定物が移動する方向の寸法を最小とする構成が可能となり、且つ、単チャンネル検出器の感度と応答速度とを低下させることのない、厚さプロファイル測定装置を提供することが出来る。
【００４９】
また、厚さプロファイル測定装置の設置寸法を最小とすることが可能となることで、被測定物の突入する恐れの少ない、より安全な厚さプロファイル測定装置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】
【００５０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１（ａ）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。同図（ｂ）は、検出部１の平面図、そして、同図（ｃ）は、被測定物３上に照射された３つの放射Ｘ線束の形状１１Ｂ、形状１２Ｂ、形状１３Ｂを示す。
【００５１】
図１（ａ）において、この厚さプロファイル測定装置の構成は、検出部１と、検出部１からの検出信号をデジタル化するＡＤＣ５１と、デジタル化された信号から、被測定物３の中央部の厚さ及び厚さプロファイルを求める厚さ演算部５２と、検出部１の詳細を後述する放射線源容器１１乃至放射線源容器１３から照射される放射Ｘ線束を予め設定制御するＸ線制御部５３とから構成される。
【００５２】
そして、厚さ演算部５２で求めた厚さデータと厚さプロファルデータは、被測定物３の厚さを制御する厚さプロファイル制御手段に送信され、図示しない厚さ制御機構部及び厚さプロファイル制御装置で制御される。
【００５３】
詳細には、検出部１１は、被測定物３の幅方向全域のプロファイルを測定するための放射線源容器１１及び放射線源容器１２からの照射された放射Ｘ線束が、被測定物３の上部から、被測定物３の両端部を被測定物３と直角方向（被測定物３の板幅方向）に直線状に照射されるように、さらに、放射線源容器１３からの放射Ｘ線束が被測定物３の中央部を、被測定物３の移動方向下流において放射線源容器１１及び放射線源容器１２からのＸ線放射束の照射位置と平行に所定の距離を置いて照射されるように設定配置される。
【００５４】
このとき、放射線源容器１１乃至放射線源容器１３を板幅方向に、夫々の放射Ｘ線束がラップして幅方向にもれなく照射されるようにＣ型フレーム３１の上部腕部に、また、被測定物３を透過した夫々の透過放射線を、板幅方向に直線状に対向して並べた多チャンネル検出器２１乃至多チャンネル検出２３を、被測定物３を挟むように対向してＣ型フレーム３１の下部腕部に設定配置している。
【００５５】
また、被測定物３の板幅方向の中央部には、単チャンネル検出器２４が、放射線源容器１３からの透過Ｘ線を多チャンネル検出器１２３の透過Ｘ線の透過方向後部で検出するように設定配置されている。
【００５６】
夫々の放射線源容器１１乃至放射線源容器１３からの放射Ｘ線束の被測定物３上での形状１１Ｂ乃至１３Ｂは、予め図示しない夫々の放射線源容器１１乃至放射線源容器１３内に設けられるコリメータで機械的に、また、この時の放射Ｘ線束の強度は、被測定物３の公称厚さから、予め、最適な値が厚さ演算部５２から指定され、Ｘ線制御部５３を介して夫々の放射線源容器１１乃至放射線源容器１３に設定される。
【００５７】
このように構成された厚さプロファイル測定装置の検出部１の分解斜視図を図２に示す。図２に示すように、単チャンネル検出器２４の検出信号からは板幅中央部での厚さが高精度、かつ、移動方向の分解能が細かく速い応答速度で測定できるように受光面積の大きい円筒形状のものが、また、多チャンネル検出器１１乃至多チャンネル検出器１３からの検出信号からは幅方向に細かな分解能のプロファイルが測定できるように、円筒形状のチャンネル検出器２３ａの円筒軸方向を被測定物３の移動方向と角度θ回転させて、多数を並べて構成されている。
【００５８】
この時、単チャンネル検出器２４の上部にある検出器２３ａは隣り合う検出器２３ａと間を空けて間隔ｄｃで配置し、それ以外の周辺部は密に隣り合うように間隔ｄｅで配置しておく。
【００５９】
次に、この単チャンネル検出器２４と多チャンネル検出器２３の詳細設定について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、被測定物３の移動方向正面図１（ｂ）に示すｘ-ｘ方向から見た部分断面図で、図３図（ｂ）は移動方向側面図１（ｂ）に示すｙ-ｙ方向から見た断面図である。
【００６０】
また、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ部の拡大図で、同じく同図（ｄ）は、検出器２３ａの斜視図である。
【００６１】
例えば、被測定物３は、厚さ１乃至１０ｍｍの鉄板であるとする。そしてその移動速度が６００ｍ／分であるとする。この時、Ｘ線管球を使用しＸ線を照射するとし、そのＸ線の強度を管球の管電圧１００ｋｅＶ、管電流５ｍＡ程度に設定する。
【００６２】
すると、この時、被測定物を透過するＸ線から要求される応答速度＝１０ｍｓｅｃで所定の検出電流を得るための単チャンネル検出器２４の形状は、受光面となる方の径Ｄ＝１００ｍｍ、その円筒長さＨ＝１５０ｍｍ、Ｘｅガスの封入圧を１０気圧程度の電離箱が必要であることが実証されている。
【００６３】
また、この時多チャンネル検出器２３の一つの検出器２３ａの形状は、板幅方向の分解能と、検出器２３ａの感度、応答速度から、円筒の径ｄ＝１０ｍｍ、円筒の長さｈ＝１００ｍｍ、Ｘｅガスの封入圧１５気圧程度の電離箱が必要となる。
【００６４】
この検出器２３ａの受光面積はｄ×ｈとなるが、板幅方向の要求分解能２乃至５ｍｍは、この検出器２３ａの検出信号を内挿法で直線補間する等の方法によって得られる。
【００６５】
また、検出電流は、単チャンネル検出器２４に比べて１／１００に低下するが、この検出器２３ａの移動方向の応答速度を単チャンネル検出２４の応答時間τ＝１０ｍｓｅｃの１００倍、すなわち１秒程度にすることが可能なので、検出器２３ａとして必要な感度を得ることが可能である。
【００６６】
このような検出器２３ａと単チャンネル検出器２４を使用して、板幅中央部での設定を説明する。図３（ｃ）に示すように、この部分では隣り合う検出器２３ａの空間ｇを設ける。
【００６７】
例えば、この空間ｇを１０ｍｍとすると、検出器２３ａの後部に受光面（面積はπＤ２／４）を持つ単チャンネル検出器２４で吸受光される透過Ｘ線は、重なる検出器２３ａの受光面積部分で１００％吸収されるとしても、空間ｇを透過した透過Ｘ線が受光できるので、重なる部分がない場合の５０％の透過Ｘ線は受光できる。
【００６８】
通常、検出部１１の垂直方向の寸法は圧延設備の変更を与えることなく大きくできるので、この条件で透過Ｘ線の受光量が不足する場合には単チャンネル検出器２４の垂直方向の円筒長さＨを長くし、電離箱の空間体積を大きくすることによって、移動方向寸法Ｗを大きくすることなく、所定の検出電流が得られるように調整できる。
【００６９】
また、一般の圧延機で圧延された板材の中央部の厚さ分布は比較的安定した形状であることが多く、この部分の厚さプロファイルが荒いピッチで測定することが許される場合には、多チャンネル検出器２３の中央部には検出器２３ａを置かないように構成することも出来る。
【００７０】
この場合、検出器２３ａ、即ち、電離箱の形状を長方体形状とすると、図４（ａ）に示すように単チャンネル検出器２４と多チャンネル検出器２３を一体で成型する製造方法も可能となる。
【００７１】
また、同図(ｂ)に示すように、夫々の検出器を独立した直方体形状とすることで、中央部の多チャンネル検出器２３の検出器２３ａを異なる間隔で並べたり、中央部の単チャンネル検出器２４の空間分解能を独自に設定することも可能である。
【００７２】
このように構成された厚さプロファイル測定の移動方向の寸法Ｗは、多チャンネル検出器２３及び単チャンネル検出器２４を固定収納するための必要空間をαとすると、Ｄ＞ｈの場合は、Ｗ＝Ｄ＋ｈ＋αとなり、Ｄ＜ｈの場合は、
Ｗ＝２ｈ+αとなる。
【００７３】
これは、従来の幅方向の寸法Ｗ＝ｈ１×２＋Ｄ１＋α１と比べると、
ｈ１＝ｈ、Ｄ１＝Ｄ、α１＞αとした場合でも、被測定物３の移動方向の検出部１の寸法Ｗを、少なくともｈ１＋α１-α、またはＤ１＋α１-α分短縮することが可能である。
【００７４】
このように構成された被測定物３の移動方向の寸法Ｗの短縮は、この厚さプロファイル測定装置を設置する場において、被測定物３の搬送ロール４の撤去を最小の１本のみに押さえたり、搬送ロール間の空間を最小寸法にしたりすることが可能となるだけでなく、圧延設備の改造費用も最小に抑える効果がある。
【００７５】
また、放射Ｘ線の照射範囲を最小にすることから、放射線の管理区域を最小する効果もある。
【００７６】
また、このように設定された多チャンネル検出器２１乃至２３、単チャンネル検出器２４からの検出信号は、中央部の厚さ測定に要求さえる応答速度と検出感度、また板幅方向の厚さプロファイルに要求される板幅方向分解能を満足し、被測定物３が高速で移動しても検出性能を満足することが可能である。
【００７７】
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、使用する放射線としては、Ｘ線以外には放射性同位元素を使用したγ線でも良く、また、単チャン検出器、多チャネル検出器の形状は製造しやすい任意の形状としても良く、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】
【００７８】
【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検出部の分解斜視図。
【図３】本発明による検出部の詳細構造図。
【図４】本発明による単チャンネル検出器と多チャンネル検出器の電離箱の形状を直方体とした場合の構造例。
【図５】従来の厚さプロファイル測定装置の構成図。
【図６】従来の検出部の詳細構造図。
【符号の説明】
【００７９】
１、１１ 検出部
３ 被測定物
１１、１２、１３、１１１、１１２、１１３ 放射線源容器
２１、２２、２３、１２１、１２２、１２３ 多チャンネル検出器
２４、１２４ 単チャンネ検出器
２３ａ 検出器
３１、１３１ Ｃフレーム
５１、１５１ ＡＤＣ
５２、１５２ 厚さ演算部
５３、１５３ Ｘ線制御部
５４ 厚さプロファイル制御部
１５４ ＡＧＣ制御部
１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、 放射Ｘ線束の被測定物上での形状（軌跡）
１１１Ｂ、１１２Ｂ、１２３Ｂ 放射Ｘ線束の被測定物上での形状（軌跡）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速で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中心部の厚さと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金属板（以下、被測定物と称する）の厚さの制御（以下、ＡＧＣ制御と称する。）と圧延方向と直交する板幅方向の断面形状の制御（以下、プロファイル制御と称する。）は、被測定物の厚さ品質を保証する上で重要な制御である。
【０００３】
このＡＧＣ制御とプロファイル制御とを行うためには、圧延される被測定物の中心部の厚さ及び被測定物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、金属の場合、圧延機で圧延された被測定物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被測定物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】
実際には、圧延された被測定物のプロファイルの変化量は軽量であることから、中央部の最も厚い部分の厚さを高速で連続測定し、幅方向には厚さの薄くなる端部の厚さを幅方向に細かく、被測定物の移動方向には低速度で測定することで対応するようにしている。
【０００７】
近年、その保証精度は板材の用途からさらに厳格な保証が求められるようになり、従来の厚さプロファイル測定装置には、さらに高精度、高分解能が要求されるようになっている。
【０００８】
従来、このようなＡＧＣ制御及びプロファイル制御のための厚さプロファイル測定装置として、図５に示すような構成の厚さプロファイル測定装置が開示されている（例えば、特許文献1参照。）。
【０００９】
図５（ａ）は全体の構成図で、図５（ｂ）はその平面図、また、図５（ｃ）は後述する放射線源容器から被測定物３に照射された放射Ｘ線束（以下、所定の形状にコリメートされたものを、束と称する。）の形状を図示したものである。
【００１０】
この厚さプロファイル測定装置の構成は、検出部１１と、検出部１１からの検出信号をデジタル化するＡＤＣ１５１と、デジタル化された信号から、被測定物３の中央部の厚さ及び厚さプロファイルを求める厚さ演算部１５２と、検出部１１の後述する放射線源容器から照射される放射Ｘ線束を予め設定制御するＸ線制御部１５３とから構成される。
【００１１】
そして、厚さ演算部１５２で求めた厚さデータと厚さプロファルデータは、被測定物３の厚さを制御するＡＧＣ制御手段に送信され、図示しない厚さ制御機構部で制御される。
【００１２】
このとき、放射線源容器１１１乃至放射線源容器１１３を板幅方向に、夫々の放射Ｘ線束がラップして幅方向にもれなく照射されるようにＣ型フレーム１３１の上部腕部に、また、被測定物３を透過した夫々の透過放射線を、板幅方向に直線状に対向して並べた多チャンネル検出器１２１乃至多チャンネル検出１２３を、被測定物３を挟むように対向してＣ型フレーム１３１の下部腕部に設定配置している。
【００１３】
また、被測定物３の幅方向の中央部には、単チャンネル検出器１２４が、放射線源容器１１３からの透過Ｘ線を多チャンネル検出器１２３の上流近傍で検出するように設定配置されている。
【００１４】
ところで、この多チャンネル検出器１１１乃至１１３としては、医療用に開発されたＣＴスキャナーに使用される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た。
【００１５】
このような多チャンネル検出器は、小型であるので幅方向の空間分解能は確保できるものの、小型であるため高速で移動する金属の厚さ測定用としては、いずれも検出感度が不十分で必要な測定精度が得られないため種々の改良がなされてきた。
【００１６】
例えば、このような目的ための多チャンネル検出器として、一つの測定チャンネルの電離箱の感度と分解能とを最適化するため、円筒状の電離箱が開発され、この円筒形状の電離箱を、円筒軸方向を被測定物３の移動方向に対して所定の角度を回転し、幅方向に複数並べた多チャンネル検出器が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１７】
一方、単チャンネル検出器としては、応答速度が早く、かつ、温度変化にも安定した感度を確保できる、比較的大型の形状の円筒形状の電離箱が要求を満足するものとして使用されている。
【００１８】
しかしながら、特許文献1に開示された厚さプロファイルメータは、中央部の多チャンネル検出器１２３と単チャンネル検出器１２４とを被測定物３の移動方向に並置し、同じ放射線源容器１１３からの放射Ｘ線束を使用して測定する構造であるため、検出部１１の移動方向の寸法Ｗを小さくできない問題がある。
【００１９】
また、放射Ｘ線束の光軸から離れた位置におかれるため、単チャンネル検出器の放射Ｘ線束の強度が弱くなり単チャンネル検出器１２４からの検出信号のＳ／Ｎが低下する欠点もある。
【００２０】
また、検出部１１の被測定物３の移動方向の寸法Ｗが大きくなると、この厚さプロファイル測定装置を設置する場合の搬送ロール４の間の空間距離を大きくする必要がある。
【００２１】
この空間距離が大きくなると、被測定物３の圧延作業時のミスでこの空間に被測定物３が突入する可能性が高くなるため、被測定物３やこの周囲の圧延設備、また、この厚さプロファイル装置自信を破損させたりする可能性がある。
【００２２】
次に、図６を参照して被測定物３の移動方向の寸法Ｗの詳細について説明する。図６（ａ）は、検出部１１を被測定物３の移動方向正面、図５（ｂ）に示すｘ−ｘ方向から見た部分断面図で、図６（ｂ）は被測定物３の移動方向側面、図５（ｂ）に示すｙ−ｙ方向から見た断面図である。
【００２３】
この検出部１１の寸法Ｗは、図６(ｂ)に示すように、被測定物３の移動方向の多チャンネル検出器１２１の寸法をｈ１、被測定物３の移動方向の単チャンネル検出器１２４の寸法をＤ１、また、これらの収納するための必要な構造物を固定するために必要な余裕寸法をα１とすると、
Ｗ≧ｈ1×２＋Ｄ１＋α１
となる。
【００２４】
ここで、多チャンネル検出器１２１乃至多チャンネル検出器１２２及び単チャンネル検出器１２４個々の検出器の移動方向の寸法ｈ１と寸法Ｄ１とを、移動方向で重なるように配置し、検出部寸１１の移動方向寸法Ｗを短縮することが考えられる。
【００２５】
しかしながら、夫々の多チャンネル検出器１２１乃至多チャンネル検出器１２２及び単チャンネル検出器１２４には、図示しない厚さ校正のための基準厚さサンプル移動機構を透過Ｘ線が入射する受光窓前面に備えることが必要で、これらの付随する構造物相互の機械的干渉を避ける構造とするために、夫々の寸法ｈ１と寸法Ｄ１とが移動方向で重なるように配置することが困難である。
【００２６】
このような検出部１１の移動方向の寸法Ｗを短縮できない問題点を解決するために、単チャンネル検出器１２４に替えて、多チャンネル検出器１２３の中心部の複数の個々のチャンネル検出器１２３ａを用いる方法が考えられる。
【００２７】
図６（ｄ）はその構成を示すもので、多チャンネル検出器１２３ａからの複数の検出信号を加算器１２５で加算し、被測定物３の移動方向の寸法Ｗを大きくしないで、感度、応答速度を改善しようとするものである。
【００２８】
しかしながら、この方法では、以下に述べる理由から、単チャンネル検出器１２４に要求される性能を得ることができない。
【００２９】
一般に、電離箱の検出性能の向上手段としては、電離箱では受光窓から入手した透過Ｘ線から、電離箱内に封入されたガスの体積に比例した電離電流が得られることから電離箱の体積を大きくして検出電流を増やし、この検出電流とＸ線光子からの相対統計ノイズとの比、すなわちＳ／Ｎ比を向上させる方法が用いられる。
【００３０】
この電離箱で検出される相対統計ノイズｖｎと検出電流ｉとの関係は、電離箱からの増幅回路の時定数をτと、
ｖｎ∝（ｉ×τ）−１／２
の関係があり、例えば、同じ相対統計ノイズｖｎで、時定数τを１／１０とするためには、検出電流ｉを１０倍に増やす必要がある。すなわち、同じＸ線を受光して、検出電流を１０倍にするためには、電離箱の体積を１０倍にする必要がある。
【００３１】
例えば、従来、図７(ｃ)に示す単チャンネル検出器の電離箱としては、τ＝１０ｍｓｅｃ、相対統計ノイズ０．１％とした場合の形状としては、Ｄ１＝１００ｍｍΦ、Ｈ１＝１５０ｍｍ、封入ガス圧は１０気圧、程度の大きさの検出器が使用されている。
【００３２】
そこで、例えば、多チャンネル検出器１２３の一つのチャンネルの形状は、要求される空間分解能とその光学的条件からｄ１＝１０ｍｍΦ、ｈ１＝１００ｍｍ、そして封入ガス圧は１５気圧が可能であるため、この多チャンネル検出器１２４で単チャンネル検出器１２３と同じ封入ガス体積を確保するには、１００チャンネル分が必要となる。
【００３３】
このような多チャンネル検出器１２３の複数のチャンネルから単チャンネル検出器１２４並みの性能を確保することは、形状が更に大きくなり、実質的に不可能である。
【特許文献１】米国特許第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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
上述したように特許文献１に開示され厚さプロファイル測定装置は、一体成型された多チャンネル検出器１２３と単チャンネル検出器１２４とを被測定物３の移動方向に並置し、同じ放射線源容器１１３からの放射Ｘ線束を使用して測定する構造であるため、検出部１１の移動方向の寸法Ｗを小さくできない。
【００３５】
また、特許文献２に開示された多点厚み計は、多チャンネル検出器の個々の検出器とその間の検出感度ムラを軽減することはできるものの、中心部の厚さ、と同時に幅方向の厚さプロファイルを測定するための技術は開示されていない。
【００３６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、高速度で移動する板状の被測定物の板幅中心部の厚さと板幅全体の厚さプロファイルを同時に測定する厚さプロファイル測定装置において、厚さプロファイル測定装置の検出部の被測定物の移動方向寸法を最小にし、且つ、中心部の厚さと厚さプロファイルの測定精度と分解能を確保できるように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。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１による厚さプロファイル測定装置は、高速で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板幅中心部の厚さと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、前記被測定物に連続して放射線束を照射する放射線源容器と、前記放射線源容器と、前記被測定物を挟んで対向配置され、前記放射線源容器から照射された放射線束が前記被測定物を透過した透過放射線を検出する多チャンネル検出器と、前記透過放射線の透過方向の前記多チャンネル検出器の後方に設けられ、前記被測定物または、前記被測定物と前記多チャンネル検出器を透過した透過放射線を検出する単チャンネル検出器と、前記多チャンネル検出器で検出した透過放射線の強度から前記被測定物の厚さプロファイルを求め、前記単チャンネル検出器で検出した透過放射線の強度から前記被測定物の中心部の厚さを求める厚さ演算装置とを備えたことを特徴とする。
【００３８】
このように構成されたものにおいては、同じ放射線束から被測定物を透過した透過放射線を単チャンネル検出器と多チャンネル検出器で、同時に同じ位置で検出出来るので、被測定物が移動する方向の寸法を最小にした厚さプロファイル測定装置を提供することが出来る。
【００３９】
さらに、放射線束の照射エリアを小さくすることから、放射線管理区域のエリアも最小にすることが出来る効果がある。
【００４０】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項２による厚さプロファイル測定装置は、前記請求項１において、前記放射線束は、前記被測定物の移動方向に対し直角方向で、前記被測定物の板幅全体を照射できるように設定配置し、前記多チャンネル検出器は、前記多チャンネル検出器個々の検出器の板幅方向の間隔を、中央部に比較して両端部で小さく、且つ、板幅方向に直線状に設定配置し、前記単チャンネル検出器の透過放射線の受光面積は、前記多チャンネル検出器の検出器の受光面積よりも大きくしたことを特徴とする。
【００４１】
このように構成されたものにおいては、多チャンネル検出器の個々の検出器を異なる間隔で任意に設定することが可能となるので、板幅方向での測定分解能の要求に応じて、中央部に比較して両端部を細かく設定することができる。
【００４２】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項３による厚さプロファイル測定装置は、請求項１において、前記放射線源容器は前記被測定物の板幅中央部及び両端部の３台で構成され、前記両端部の放射線源容器は前記被測定物の板幅の両端部で、夫々の放射線束が直線状に照射されるように設定配置し、前記多チャンネル検出器は、前記被測定物を挟んで前記両端部の放射線源容器及び前記中央部の放射線源容器から照射された夫々の放射線束が、前記被測定物を透過した透過放射線を夫々独立に受光するように、前記被測定物を挟んで対向する位置で３台を設定配置し、前記単チャンネル検出器は、前記中央部の放射線源容器から照射された放射線束が前記被測定物を透過した透過放射線、または前記被測定物及び前記中央部の放射線源容器を透過した透過放射線を受光するように、前記中央部の多チャンネル検出器の個々の検出器板幅方向の間間隔を前記両端部の多チャンネル検出器に比較して大きく空けて、前記透過放射線の透過方向の前記多チャンネル検出器の後方に設定配置したことを特徴とする。
【００４３】
このように構成されたものにおいては、放射線源容器と多チャンネル検出器とを複数対組み合わせて板幅方向に配置したので、被測定物の板幅が広くなっても、板幅全体をカバーするような、製造上困難な長い多チャンネル検出器が不要で、幅方向の測定分解能の要求に応じて任意に設定することが可能になる。
【００４４】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項４による厚さプロファイル測定装置は、請求項１乃至請求項３において、前記多チャンネル検出器は、円筒形状の電離箱を複数並べて配置し、この電離箱の円筒の軸を前記被測定物の移動方向に対し傾斜した角度で設け、前記単チャンネル検出器の受光窓面積は、前記多チャンネル検出器の一つの検出器の受光窓面積よりも大きな形状の円筒形状の電離箱で構成したことを特徴とする。
【００４５】
このように構成されたものにおいては、電離箱の制作が容易で、板幅中央部の厚さ、及び板幅方向の厚さプロファイルの測定精度を同時に満足する厚さプロファイル測定装置を提供することが出来る。
【００４６】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項５による厚さプロファイル測定装置は、請求項１乃至請求項３において、前記多チャンネル検出器は、直方体形状の電離箱を複数並べて配置し、この電離箱の長軸を前記被測定物の移動方向に対し平行、または傾斜した角度で設け、前記単チャンネル検出器の受光窓面積は、前記多チャンネル検出器の一つの検出器の受光窓面積よりも大きな形状の直方体形状の電離箱で構成したことを特徴とする。
【００４７】
このように構成したものにおいては、電離箱を一体成形したり、幅方向に任意の検出感度と測定分解能を設定したりすることが可能な厚さプロファイル測定装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００４８】
以上述べた様に、本発明によれば、多チャンネル検出器の後方に個々のチャンネル検出器よりも受光面積を大きくした単チャンネル検出器を配置するように構成したので、多チャンネル検出器と単チャンネル検出器と並置する場合に比べて、検出部の被測定物が移動する方向の寸法を最小とする構成が可能となり、且つ、単チャンネル検出器の感度と応答速度とを低下させることのない、厚さプロファイル測定装置を提供することが出来る。
【００４９】
また、厚さプロファイル測定装置の設置寸法を最小とすることが可能となることで、被測定物の突入する恐れの少ない、より安全な厚さプロファイル測定装置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】
【００５０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１（ａ）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。同図（ｂ）は、検出部１の平面図、そして、同図（ｃ）は、被測定物３上に照射された３つの放射Ｘ線束の形状１１Ｂ、形状１２Ｂ、形状１３Ｂを示す。
【００５１】
図１（ａ）において、この厚さプロファイル測定装置の構成は、検出部１と、検出部１からの検出信号をデジタル化するＡＤＣ５１と、デジタル化された信号から、被測定物３の中央部の厚さ及び厚さプロファイルを求める厚さ演算部５２と、検出部１の詳細を後述する放射線源容器１１乃至放射線源容器１３から照射される放射Ｘ線束を予め設定制御するＸ線制御部５３とから構成される。
【００５２】
そして、厚さ演算部５２で求めた厚さデータと厚さプロファルデータは、被測定物３の厚さを制御する厚さプロファイル制御手段に送信され、図示しない厚さ制御機構部及び厚さプロファイル制御装置で制御される。
【００５３】
詳細には、検出部１１は、被測定物３の幅方向全域のプロファイルを測定するための放射線源容器１１及び放射線源容器１２からの照射された放射Ｘ線束が、被測定物３の上部から、被測定物３の両端部を被測定物３と直角方向（被測定物３の板幅方向）に直線状に照射されるように、さらに、放射線源容器１３からの放射Ｘ線束が被測定物３の中央部を、被測定物３の移動方向下流において放射線源容器１１及び放射線源容器１２からのＸ線放射束の照射位置と平行に所定の距離を置いて照射されるように設定配置される。
【００５４】
このとき、放射線源容器１１乃至放射線源容器１３を板幅方向に、夫々の放射Ｘ線束がラップして幅方向にもれなく照射されるようにＣ型フレーム３１の上部腕部に、また、被測定物３を透過した夫々の透過放射線を、板幅方向に直線状に対向して並べた多チャンネル検出器２１乃至多チャンネル検出２３を、被測定物３を挟むように対向してＣ型フレーム３１の下部腕部に設定配置している。
【００５５】
また、被測定物３の板幅方向の中央部には、単チャンネル検出器２４が、放射線源容器１３からの透過Ｘ線を多チャンネル検出器１２３の透過Ｘ線の透過方向後部で検出するように設定配置されている。
【００５６】
夫々の放射線源容器１１乃至放射線源容器１３からの放射Ｘ線束の被測定物３上での形状１１Ｂ乃至１３Ｂは、予め図示しない夫々の放射線源容器１１乃至放射線源容器１３内に設けられるコリメータで機械的に、また、この時の放射Ｘ線束の強度は、被測定物３の公称厚さから、予め、最適な値が厚さ演算部５２から指定され、Ｘ線制御部５３を介して夫々の放射線源容器１１乃至放射線源容器１３に設定される。
【００５７】
このように構成された厚さプロファイル測定装置の検出部１の分解斜視図を図２に示す。図２に示すように、単チャンネル検出器２４の検出信号からは板幅中央部での厚さが高精度、かつ、移動方向の分解能が細かく速い応答速度で測定できるように受光面積の大きい円筒形状のものが、また、多チャンネル検出器１１乃至多チャンネル検出器１３からの検出信号からは幅方向に細かな分解能のプロファイルが測定できるように、円筒形状のチャンネル検出器２３ａの円筒軸方向を被測定物３の移動方向と角度θ回転させて、多数を並べて構成されている。
【００５８】
この時、単チャンネル検出器２４の上部にある検出器２３ａは隣り合う検出器２３ａと間を空けて間隔ｄｃで配置し、それ以外の周辺部は密に隣り合うように間隔ｄｅで配置しておく。
【００５９】
次に、この単チャンネル検出器２４と多チャンネル検出器２３の詳細設定について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、被測定物３の移動方向正面図１（ｂ）に示すｘ-ｘ方向から見た部分断面図で、図３図（ｂ）は移動方向側面図１（ｂ）に示すｙ-ｙ方向から見た断面図である。
【００６０】
また、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ部の拡大図で、同じく同図（ｄ）は、検出器２３ａの斜視図である。
【００６１】
例えば、被測定物３は、厚さ１乃至１０ｍｍの鉄板であるとする。そしてその移動速度が６００ｍ／分であるとする。この時、Ｘ線管球を使用しＸ線を照射するとし、そのＸ線の強度を管球の管電圧１００ｋｅＶ、管電流５ｍＡ程度に設定する。
【００６２】
すると、この時、被測定物を透過するＸ線から要求される応答速度＝１０ｍｓｅｃで所定の検出電流を得るための単チャンネル検出器２４の形状は、受光面となる方の径Ｄ＝１００ｍｍ、その円筒長さＨ＝１５０ｍｍ、Ｘｅガスの封入圧を１０気圧程度の電離箱が必要であることが実証されている。
【００６３】
また、この時多チャンネル検出器２３の一つの検出器２３ａの形状は、板幅方向の分解能と、検出器２３ａの感度、応答速度から、円筒の径ｄ＝１０ｍｍ、円筒の長さｈ＝１００ｍｍ、Ｘｅガスの封入圧１５気圧程度の電離箱が必要となる。
【００６４】
この検出器２３ａの受光面積はｄ×ｈとなるが、板幅方向の要求分解能２乃至５ｍｍは、この検出器２３ａの検出信号を内挿法で直線補間する等の方法によって得られる。
【００６５】
また、検出電流は、単チャンネル検出器２４に比べて１／１００に低下するが、この検出器２３ａの移動方向の応答速度を単チャンネル検出２４の応答時間τ＝１０ｍｓｅｃの１００倍、すなわち１秒程度にすることが可能なので、検出器２３ａとして必要な感度を得ることが可能である。
【００６６】
このような検出器２３ａと単チャンネル検出器２４を使用して、板幅中央部での設定を説明する。図３（ｃ）に示すように、この部分では隣り合う検出器２３ａの空間ｇを設ける。
【００６７】
例えば、この空間ｇを１０ｍｍとすると、検出器２３ａの後部に受光面（面積はπＤ２／４）を持つ単チャンネル検出器２４で吸受光される透過Ｘ線は、重なる検出器２３ａの受光面積部分で１００％吸収されるとしても、空間ｇを透過した透過Ｘ線が受光できるので、重なる部分がない場合の５０％の透過Ｘ線は受光できる。
【００６８】
通常、検出部１１の垂直方向の寸法は圧延設備の変更を与えることなく大きくできるので、この条件で透過Ｘ線の受光量が不足する場合には単チャンネル検出器２４の垂直方向の円筒長さＨを長くし、電離箱の空間体積を大きくすることによって、移動方向寸法Ｗを大きくすることなく、所定の検出電流が得られるように調整できる。
【００６９】
また、一般の圧延機で圧延された板材の中央部の厚さ分布は比較的安定した形状であることが多く、この部分の厚さプロファイルが荒いピッチで測定することが許される場合には、多チャンネル検出器２３の中央部には検出器２３ａを置かないように構成することも出来る。
【００７０】
この場合、検出器２３ａ、即ち、電離箱の形状を長方体形状とすると、図４（ａ）に示すように単チャンネル検出器２４と多チャンネル検出器２３を一体で成型する製造方法も可能となる。
【００７１】
また、同図(ｂ)に示すように、夫々の検出器を独立した直方体形状とすることで、中央部の多チャンネル検出器２３の検出器２３ａを異なる間隔で並べたり、中央部の単チャンネル検出器２４の空間分解能を独自に設定することも可能である。
【００７２】
このように構成された厚さプロファイル測定の移動方向の寸法Ｗは、多チャンネル検出器２３及び単チャンネル検出器２４を固定収納するための必要空間をαとすると、Ｄ＞ｈの場合は、Ｗ＝Ｄ＋ｈ＋αとなり、Ｄ＜ｈの場合は、
Ｗ＝２ｈ+αとなる。
【００７３】
これは、従来の幅方向の寸法Ｗ＝ｈ１×２＋Ｄ１＋α１と比べると、
ｈ１＝ｈ、Ｄ１＝Ｄ、α１＞αとした場合でも、被測定物３の移動方向の検出部１の寸法Ｗを、少なくともｈ１＋α１-α、またはＤ１＋α１-α分短縮することが可能である。
【００７４】
このように構成された被測定物３の移動方向の寸法Ｗの短縮は、この厚さプロファイル測定装置を設置する場において、被測定物３の搬送ロール４の撤去を最小の１本のみに押さえたり、搬送ロール間の空間を最小寸法にしたりすることが可能となるだけでなく、圧延設備の改造費用も最小に抑える効果がある。
【００７５】
また、放射Ｘ線の照射範囲を最小にすることから、放射線の管理区域を最小する効果もある。
【００７６】
また、このように設定された多チャンネル検出器２１乃至２３、単チャンネル検出器２４からの検出信号は、中央部の厚さ測定に要求さえる応答速度と検出感度、また板幅方向の厚さプロファイルに要求される板幅方向分解能を満足し、被測定物３が高速で移動しても検出性能を満足することが可能である。
【００７７】
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、使用する放射線としては、Ｘ線以外には放射性同位元素を使用したγ線でも良く、また、単チャン検出器、多チャネル検出器の形状は製造しやすい任意の形状としても良く、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】
【００７８】
【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検出部の分解斜視図。
【図３】本発明による検出部の詳細構造図。
【図４】本発明による単チャンネル検出器と多チャンネル検出器の電離箱の形状を直方体とした場合の構造例。
【図５】従来の厚さプロファイル測定装置の構成図。
【図６】従来の検出部の詳細構造図。
【符号の説明】
【００７９】
１、１１ 検出部
３ 被測定物
１１、１２、１３、１１１、１１２、１１３ 放射線源容器
２１、２２、２３、１２１、１２２、１２３ 多チャンネル検出器
２４、１２４ 単チャンネ検出器
２３ａ 検出器
３１、１３１ Ｃフレーム
５１、１５１ ＡＤＣ
５２、１５２ 厚さ演算部
５３、１５３ Ｘ線制御部
５４ 厚さプロファイル制御部
１５４ ＡＧＣ制御部
１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、 放射Ｘ線束の被測定物上での形状（軌跡）
１１１Ｂ、１１２Ｂ、１２３Ｂ 放射Ｘ線束の被測定物上での形状（軌跡）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速で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板幅中心部の厚さと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、
前記被測定物に放射線束を照射する放射線源容器と、
前記放射線源容器と、前記被測定物を挟んで対向配置され、前記放射線源容器から照射された放射線束が前記被測定物を透過した透過放射線を検出する多チャンネル検出器と、
前記透過放射線の透過方向の前記多チャンネル検出器の後方に設けられ、前記被測定物または、前記被測定物と前記多チャンネル検出器を透過した透過放射線を検出する単チャンネル検出器と、
前記多チャンネル検出器で検出した透過放射線の強度から前記被測定物の厚さプロファイルを求め、前記単チャンネル検出器で検出した透過放射線の強度から前記被測定物の中心部の厚さを求める厚さ演算装置とを
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】
前記放射線束は、前記被測定物の移動方向に対し直角方向で、前記被測定物の板幅全体を照射できるように設定配置し、
前記多チャンネル検出器は、前記多チャンネル検出器個々の検出器の板幅方向の間隔を、中央部に比較して両端部で小さく、且つ、板幅方向に設定配置し、
前記単チャンネル検出器の透過放射線の受光面積は、前記多チャンネル検出器の検出器の受光面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の厚さプロファイル測定装置。
【請求項３】
前記放射線源容器は、前記被測定物の板幅中央部及び両端部の３台で構成され、前記両端部の放射線源容器は前記被測定物の板幅の両端部で、夫々の放射線束が直線状に照射されるように設定配置し、前記中央部の放射線源容器は、前記被測定物の中央部に設定配置され、且つ、前記被測定物の移動方向において前記両端部の放射線源容器と異なる位置に配置し、
前記多チャンネル検出器は、前記被測定物を挟んで前記両端部の放射線源容器及び前記中央部の放射線源容器から照射された夫々の放射線束が、前記被測定物を透過した透過放射線を夫々独立に受光するように、前記被測定物を挟んで対向する位置で３台を設定配置し、
前記単チャンネル検出器は、前記中央部の放射線源容器から照射された放射線束が前記被測定物を透過した透過放射線、または前記被測定物及び前記中央部の放射線源容器を透過した透過放射線を受光するように、前記中央部の多チャンネル検出器の個々の検出器の板幅方向の間隔を前記両端部の多チャンネル検出器に比較して大きく空けて、前記透過放射線の透過方向の前記多チャンネル検出器の後方に設定配置したことを特徴とする請求項1に記載の厚さプロファイル測定装置。
【請求項４】
前記多チャンネル検出器は、円筒形状の電離箱を複数並べて配置し、この電離箱の円筒の軸を前記被測定物の移動方向に対し傾斜した角度で設け、
前記単チャンネル検出器の受光窓面積は、前記多チャンネル検出器の一つの検出器の受光窓面積よりも大きな形状の円筒形状の電離箱で構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項３に記載の厚さプロファイル測定装置。
【請求項５】
前記多チャンネル検出器は、直方体形状の電離箱を複数並べて配置し、この電離箱の長軸を前記被測定物の移動方向に対し平行、または傾斜した角度で設け、
前記単チャンネル検出器の受光窓面積は、前記多チャンネル検出器の一つの検出器の受光窓面積よりも大きな形状の直方体形状の電離箱で構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項３に記載の厚さプロファイル測定装置。
【請求項１】
高速で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板幅中心部の厚さと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、
前記被測定物に放射線束を照射する放射線源容器と、
前記放射線源容器と、前記被測定物を挟んで対向配置され、前記放射線源容器から照射された放射線束が前記被測定物を透過した透過放射線を検出する多チャンネル検出器と、
前記透過放射線の透過方向の前記多チャンネル検出器の後方に設けられ、前記被測定物または、前記被測定物と前記多チャンネル検出器を透過した透過放射線を検出する単チャンネル検出器と、
前記多チャンネル検出器で検出した透過放射線の強度から前記被測定物の厚さプロファイルを求め、前記単チャンネル検出器で検出した透過放射線の強度から前記被測定物の中心部の厚さを求める厚さ演算装置とを
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】
前記放射線束は、前記被測定物の移動方向に対し直角方向で、前記被測定物の板幅全体を照射できるように設定配置し、
前記多チャンネル検出器は、前記多チャンネル検出器個々の検出器の板幅方向の間隔を、中央部に比較して両端部で小さく、且つ、板幅方向に設定配置し、
前記単チャンネル検出器の透過放射線の受光面積は、前記多チャンネル検出器の検出器の受光面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の厚さプロファイル測定装置。
【請求項３】
前記放射線源容器は、前記被測定物の板幅中央部及び両端部の３台で構成され、前記両端部の放射線源容器は前記被測定物の板幅の両端部で、夫々の放射線束が直線状に照射されるように設定配置し、前記中央部の放射線源容器は、前記被測定物の中央部に設定配置され、且つ、前記被測定物の移動方向において前記両端部の放射線源容器と異なる位置に配置し、
前記多チャンネル検出器は、前記被測定物を挟んで前記両端部の放射線源容器及び前記中央部の放射線源容器から照射された夫々の放射線束が、前記被測定物を透過した透過放射線を夫々独立に受光するように、前記被測定物を挟んで対向する位置で３台を設定配置し、
前記単チャンネル検出器は、前記中央部の放射線源容器から照射された放射線束が前記被測定物を透過した透過放射線、または前記被測定物及び前記中央部の放射線源容器を透過した透過放射線を受光するように、前記中央部の多チャンネル検出器の個々の検出器の板幅方向の間隔を前記両端部の多チャンネル検出器に比較して大きく空けて、前記透過放射線の透過方向の前記多チャンネル検出器の後方に設定配置したことを特徴とする請求項1に記載の厚さプロファイル測定装置。
【請求項４】
前記多チャンネル検出器は、円筒形状の電離箱を複数並べて配置し、この電離箱の円筒の軸を前記被測定物の移動方向に対し傾斜した角度で設け、
前記単チャンネル検出器の受光窓面積は、前記多チャンネル検出器の一つの検出器の受光窓面積よりも大きな形状の円筒形状の電離箱で構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項３に記載の厚さプロファイル測定装置。
【請求項５】
前記多チャンネル検出器は、直方体形状の電離箱を複数並べて配置し、この電離箱の長軸を前記被測定物の移動方向に対し平行、または傾斜した角度で設け、
前記単チャンネル検出器の受光窓面積は、前記多チャンネル検出器の一つの検出器の受光窓面積よりも大きな形状の直方体形状の電離箱で構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項３に記載の厚さプロファイル測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１７０８８３（Ｐ２００６−１７０８８３Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６５７８６（Ｐ２００４−３６５７８６）
【出願日】平成１６年１２月１７日（２００４．１２．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１７日（２００４．１２．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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