酸化膜厚測定方法及び酸化膜厚測定装置
【課題】鋼鈑の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さを非接触で測定できるようにする。
【解決手段】表層からヘマタイト２ｂ及びマグネタイト２ａが形成されている２層構造のスケール２が表面に形成されている熱延鋼鈑１に対してテラヘルツ波３を照射することにより、ヘマタイト２ｂの厚さを求める。そして、熱延鋼鈑１に対してレーザ光を照射して、ヘマタイト２ｂを除去すると共に、マグネタイト２ａを、そのマグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃに変態させる。このようにしてスケール２をウスタイト２ｃだけにした後、熱延鋼鈑１に対してテラヘルツ波３を照射することにより、ウスタイト２ｃの厚さを求める。そして、算出したヘマタイト２ｂの厚さとウスタイト２ｃの厚さとから、スケール２の全体の厚さを算出する。
【解決手段】表層からヘマタイト２ｂ及びマグネタイト２ａが形成されている２層構造のスケール２が表面に形成されている熱延鋼鈑１に対してテラヘルツ波３を照射することにより、ヘマタイト２ｂの厚さを求める。そして、熱延鋼鈑１に対してレーザ光を照射して、ヘマタイト２ｂを除去すると共に、マグネタイト２ａを、そのマグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃに変態させる。このようにしてスケール２をウスタイト２ｃだけにした後、熱延鋼鈑１に対してテラヘルツ波３を照射することにより、ウスタイト２ｃの厚さを求める。そして、算出したヘマタイト２ｂの厚さとウスタイト２ｃの厚さとから、スケール２の全体の厚さを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化膜厚測定方法及び酸化膜厚測定装置に関し、特に、鋼板の表面に形成されている酸化膜の厚さを測定するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
薄板鋼板を製造する場合、加熱されたスラブを熱間圧延工程に送り熱間圧延する。このようにして熱間圧延された鋼板は酸洗工程へ送られる。この熱間圧延工程から酸洗工程に送れられる間の自然冷却により、鋼板の表面には酸化膜（スケール）が生成される。酸洗工程では、酸洗槽に鋼板を通して酸化膜を除去する。
【０００３】
ここで、酸洗工程において酸化膜を効率よく、且つ確実に除去するために、酸洗工程の前に、鋼板の表面に形成された酸化膜の厚さを把握することが重要になる。
特許文献１には、Ｈｇ−Ｘｅランプからの光をステンレス鋼板に照射し、その反射光を測定することにより、ステンレス鋼板の表面に形成されたスケールの厚さを測定することが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、３［μｍ］の波長（最も短い波長）と１６［μｍ］（最も長い波長）との２波長で、ステンレス鋼板の表面からの放射輝度を測定し、測定した放射輝度と、予め定めた各波長におけるステンレス鋼板の表面の酸化膜厚と放射率との関係とに基づいて、ステンレス鋼板の表面の酸化膜厚を求めることが記載されている。
更に、特許文献３には、金属材料の表面に付着した酸化膜中の音速が超音波の周波数によって変化することを利用して、共鳴次数の異なる２以上の超音波共鳴周波数から酸化膜の厚さを求めることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３３５１７号公報
【特許文献２】特開平１１−３２５８３９号公報
【特許文献３】特開２００２−３７２４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述した酸洗工程前の鋼板の表面に形成される酸化膜は、光学的に黒色に近いマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）を主成分とする。
しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術で対象としているステンレス鋼板の表面には、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｕの酸化物を主成分とする酸化膜が形成される。この酸化膜は光学的に透明に近い。このため、可視光の反射測定（Ｈｇ−Ｘｅランプからの光の反射光の測定）や赤外放射による測定（３［μｍ］、１６［μｍ］の波長の光による放射輝度の測定）で酸化膜を測定することができる。ところが、可視光や赤外光は、マグネタイトを透過しないため、特許文献１及び２に記載の技術では、マグネタイトを主成分とする酸化膜の厚さを測定することができないという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献３に記載の技術では、超音波を用いた測定を行っているため、金属材料にプローブ（探触子）を接触させなければならないという問題点があった。更に、特許文献３に記載の技術は、全体の厚さの変化量を測定するので、金属材料の厚さに比べて酸化膜の厚さが薄い場合には、酸化膜の厚さを正確に測定することができないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さを非接触で測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の酸化膜厚測定方法は、鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さをオンライン且つ非接触で測定する鋼板の酸化膜厚測定方法であって、前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記マグネタイトをウスタイトに変態させるレーザ光照射ステップと、前記レーザ光照射ステップによりレーザ光が照射された後に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射ステップと、前記テラヘルツ波照射ステップにより照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された反射波の信号を用いて、前記酸化膜の厚さを求める酸化膜厚導出ステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の酸化膜厚測定装置は、鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さをオンライン且つ非接触で測定する鋼板の酸化膜厚測定装置であって、前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記マグネタイトをウスタイトに変態させるレーザ光照射手段と、前記レーザ光照射手段によりレーザ光が照射された後に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射手段と、前記テラヘルツ波照射手段により照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記酸化膜の厚さを求める酸化膜厚導出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜にレーザ光を照射して、マグネタイトを、そのマグネタイトと略同じ厚さのウスタイトに変態させる。このようにマグネタイトをウスタイトに変態させてから、酸化膜にテラヘルツ波を照射し、照射したテラヘルツ波の反射波の信号を用いて、酸化膜の厚さを求める。したがって、電気伝導率と透磁率とが高いために従来の方法では非接触で測定することが困難であったマグネタイトの厚さを非接触で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態では、熱間圧延された鋼板の表面に形成されている酸化膜の厚さを、酸洗設備（酸洗槽）に送られる前に測定する場合を例に挙げて説明する。
【００１３】
熱間圧延された直後の鋼板の表面の酸化膜は、表層よりＦｅ2Ｏ3（ヘマタイト）、Ｆｅ3Ｏ4（マグネタイト）、ＦｅＯ（ウスタイト）の３層構造になっているが、熱延後の鋼板温度が５７０［℃］以下になるとウスタイトは不安定となり、４ＦｅＯ→Ｆｅ3Ｏ4＋Ｆｅの共析変態が進み、マグネタイト中に鉄粒子が析出した構造となる。本実施形態では、このような共析変態により、鉄粒子を含むマグネタイトと、ヘマタイトとの２層構造となった酸化膜の厚さを測定するようにする。尚、以下の説明では、熱間圧延された鋼板を、必要に応じて熱延鋼板と称し、酸化膜を、必要に応じてスケールと称する。
【００１４】
図１は、酸化膜厚測定システムの構成の一例を示す図である。また、図２は、熱延鋼板１の表面に形成されているスケールの様子の一例を示す図である。
図１において、熱延鋼板１は、矢印の方向に搬送され、矢印の先には、図示しない酸洗槽が設けられている。
酸化膜厚測定システムは、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００と、レーザ光発生システム３００と、酸化膜厚測定装置４００とを有している。
【００１５】
パルスＴＨｚ波発生システム１００は、図２に示すように、鉄粒子を含むマグネタイト２ａと、ヘマタイト２ｂとの２層構造となったスケール２に対して、テラヘルツ波（電磁波）を照射する。本実施形態では、例えば、０［Ｈｚ］から３［ＴＨｚ］の周波数成分を含む、パルス幅が０．５［ｐｓｅｃ］のパルス波をテラヘルツ波として照射するようにしている。マグネタイト２ａは、このようなテラヘルツ波の大部分を反射する。また、一部が内部に侵入したとしても、吸収されるため、マグネタイト２ａと熱延鋼板１との界面からの反射波は検知可能なオーダーでは発生しない。したがって、図２に示すように、パルスＴＨｚ波発生システム１００から照射されるテラヘルツ波３ａは、ヘマタイト２ｂの表面と、ヘマタイト２ｂ及びマグネタイト２ａの界面で反射する。尚、測定対象の厚みによって、測定に適した帯域（パルス幅）を選定することは容易である。例えば、ヘマタイト厚が１０μｍ以下と薄い場合は、１０［ＴＨｚ］以上まで帯域を広げた短パルスを用いた測定を行う。
そして、パルスＴＨｚ波発生システム１００は、以上のようにして反射されたテラヘルツ波を検出して酸化膜厚測定装置４０に出力する。
【００１６】
レーザ光発生装置３００は、パルスＴＨｚ波発生システム１００により、テラヘルツ波３ａが照射され、そのテラヘルツ波３ａの反射波が検出された後に、マグネタイト２ａと、ヘマタイト２ｂとの２層構造となったスケール２に対して、レーザ光を照射する。
本実施形態では、レーザ光の照射によって、スケール２の表面の最高到達温度が１０００［℃］以上になるようにする。これは、ヘマタイト２ｂを除去すると共に、Ｆｅ3Ｏ4＋Ｆｅ→４ＦｅＯで示される逆変態を起こし、マグネタイト２ａを、そのマグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃにするためである（図２を参照）。従来からこの逆変態反応は、５８０［℃］以上で起こることが知られているが、レーザ照射時のように加熱時間が短い場合にはこの温度よりも高い温度が必要となる。本願発明者らは、スケール２の表面の温度を瞬間的に１０００［℃］以上に加熱すれば、１［ｓｅｃ］未満という非常に短い加熱時間でもウスタイト２ｃへの逆変態が生じることを見出した。
【００１７】
このようなウスタイト２ｃの生成は、加熱量を大きくし、スケール２の表面温度を上げるほど有利である。ここでスケール２を溶融させると更に効果的である。これは、溶融によって、マグネタイト２ａ（Ｆｅ3Ｏ4）と、マグネタイト２ａ中に析出された鉄粒子（Ｆｅ）とが完全に混じりあるため、逆変態によるウスタイト２ｃ（ＦｅＯ）の生成速度が増加するためである。溶融温度はスケール２の組成にも依存するが、１５００［℃］程度である。
【００１８】
しかしながら、加熱量を大きくしすぎると、母材の表層が溶融・再凝固により変形してしまい、酸洗後の外観不良や、後工程において表面疵が発生する原因となる。したがって母材の表層が溶融・再凝固されてしまうことが回避されるように、レーザ光を照射する。母材である熱延鋼板１の融点は１５００［℃］程度であるから、熱延鋼板１とスケール２との界面の温度が１５００［℃］以下となるようにレーザ光の照射条件を定める。
【００１９】
以上の温度条件が満たされる限り、レーザ光発生装置３００から照射されるレーザ光は、パルス波であっても、連続波であってもよい。また、波長、パワー、ビーム形状、ビームの走査速度、ビームの本数等のレーザ照射パラメータの条件も特に限定されるものではない。尚、母材（熱延鋼板１）の表面温度は、スケール２の表面におけるレーザ波長に依存するレーザ光の吸収率、スケール２の組成、及びスケール２の厚さによって異なる。スケール２の凡その厚さと吸収率が判れば、簡単な熱伝導計算プログラムを実行することによって、与えられたレーザ照射パラメータの条件下でのスケール２の表面と、母材（熱延鋼板１）の表面との温度の概算が可能である。
【００２０】
パルスＴＨｚ波発生システム２００は、レーザ光発生装置３００から照射されるレーザ光によって、マグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃのみになったスケール２に対して、テラヘルツ波（電磁波）を照射する。パルスＴＨｚ波発生システム２００は、例えば、前述したパルスＴＨｚ波発生システム１００で発生させるテラヘルツ波と同じテラヘルツ波を発生させる。図２に示すように、パルスＴＨｚ波発生システム２００から照射されるテラヘルツ波３ｂは、ウスタイト２ｃの表面と、ウスタイト２ｃ及び熱延鋼板１の界面で反射する。
パルスＴＨｚ波発生システム２００は、以上のようにして反射されたテラヘルツ波を検出して酸化膜厚測定装置４００に出力する。
【００２１】
前述したように、マグネタイト２ａはテラヘルツ波３を殆ど反射するため、マグネタイト２ａの内部にテラヘルツ波３が進入しない。これに対し、ウスタイト２ｃの内部にはテラヘルツ波３が進入する。そこで本実施形態では、マグネタイト２ａを、マグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃに変態させてからテラヘルツ波３ｂをウスタイト２ｃに照射し、照射したテラヘルツ波３ｂの反射波を用いて後述するようにしてウスタイト２ｃの厚さを求めることにより、マグネタイト２ａの厚さを求めるようにする。
【００２２】
ここで、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００の構成の一例について説明する。尚、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００の構成は同じであるので、ここでは、パルスＴＨｚ波発生システム１０の構成について説明し、パルスＴＨｚ波発生システム２００の構成については詳細な説明を省略する。
図３は、パルスＴＨｚ波発生システム１００の構成の一例を示す図である。
図３において、チタンサファイアレーザ１０１は、短パルスの赤外レーザ光を発生する。この赤外レーザ光は、ビームスプリッタ１０２ａ〜１０２ｄを介してテレスコープ１０３に到達する。また、テレスコープ１０３に到達する過程で、赤外レーザ光は、チョッパ１１０で光学的な変調が行われた後、ロックインアンプ１０４に到達する。
【００２３】
テレスコープ１０３に到達した赤外レーザ光は平行光になり、エミッタ１０５に到達する。エミッタ１０５は、非線形光学効果又は双極子放射を利用してテラヘルツ波を発生させる。エミッタ１０５は、双極子放射の場合、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）の半導体基板と、半導体基板に設けられた電極に直流電圧を印加する直流電圧源とを備える。この直流電圧源により、赤外レーザ光の入光方向に対して垂直方向の電界が半導体基板に発生する。
エミッタ１０５で発生したテラヘルツ波は、ビームスプリッタ１０２ｅを透過した後、放物面鏡１０６ａで反射して、スケール２に向けて照射される。
スケール２に照射されたテラヘルツ波は、スケール２で反射し、放物面鏡１０６ａ、ビームスプリッタ１０２ｆ、放物面鏡１０６ｂを介して、非線形光学素子１０７に到達する。
【００２４】
また、チタンサファイアレーザ１０１から発生した赤外レーザ光は、ビームスプリッタ１０２ａ、１０２ｇを介して、ビームスプリッタ１０２ｈ〜１０２ｋを備える遅延部（Delay）１０８を伝搬する。遅延部１０８は、前述したようにして非線形光学素子１０７に到達するテラヘルツ波に対し、ビームスプリッタ１０２ａ、１０２ｇを介して伝搬する赤外レーザ光を時間遅延させるためのものである。このような時間遅延の度合いを変えることにより、テラヘルツ波の包絡形状を非線形光学素子１０７で検出することができる。
【００２５】
遅延部１０８を伝搬した赤外レーザ光は、ビームスプリッタ１０２ｌ、１０２ｆ、放物面鏡１０６ｂを介して非線形光学素子１０７に到達する。
非線形光学素子１０７は、例えばテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）のような半導体基板であり、特定の方向に電界が印加されると屈折率変化を生じる、いわゆる電気光学効果を有する物質である。この半導体基板にテラヘルツ波が入光すると、直線偏光であった赤外レーザ光が僅かに楕円偏光に変わる。この偏光変化をλ／４プレート１０８で、円偏光に変換し、さらにディテクタ１０９を構成する偏光ビームスプリッタでｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分配し、フォトディテクタによって電気信号として検出する。予め、テラヘルツ波がないときの信号をゼロになるように、非線形光学素子１０７とλ／４プレート１０８を調整しておけば、テラヘルツ波の強度に応じた信号変化が得られる。尚、この信号は微小であるため、ロックインアンプ１０４を用いる。
ロックインアンプ１０４は、チョッパ１１０で変調された赤外レーザ光に同期して発生したテラヘルツ波と、ディテクタ１０９で検出された"テラヘルツ波の電界強度に応じた、赤外レーザ光のｓ偏光成分及びｐ偏光成分の比率の変化"とに基づいて、テラヘルツ波の信号を背景ノイズから抽出することにより、テラヘルツ波を検出し、酸化膜厚測定装置４０（ＰＣ）に出力する。
【００２６】
次に、酸化膜厚測定装置４００について説明する。まず、スケール２の厚さを測定する際の酸化膜厚測定装置４００における動作の概要の一例を説明する。
図４は、酸化膜厚測定装置４００における動作の概要の一例を説明する図である。
前述したように、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００から発生したテラヘルツ波３は、スケール２の表面や、熱延鋼板１とスケール２との界面等で反射してパルスＴＨｚ波発生システム１００、２００で検出される。
【００２７】
酸化膜厚測定装置４００は、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００で検出されたテラヘルツ波３の反射波の信号から、信号強度と時間との関係を示す時間波形４を生成し、この時間波形４に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する。そして、酸化膜厚測定装置４００は、ＦＦＴを実行した結果を用いて、反射率と周波数との関係を示すスペクトル５を生成し、このスペクトル５の周期を用いて測定対象のスケール２の厚さを算出する。
【００２８】
図５は、酸化膜厚測定装置４００の機能構成の一例を示すブロック図である。尚、酸化膜厚測定装置４００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＨＤＤ等を備えるコンピュータを用いることにより実現できる。
制御部４０１は、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００及びレーザ光発生システム３００の動作を制御するためのものである。
制御部４０１は、例えば、酸化膜厚測定装置４００に接続されたＵＩ（ユーザインタフェース）の操作に基づいて、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２に対してパルスＴＨｚ波発生システム１００の動作の開始を指示する。パルスＴＨｚ波発生指示部４０２は、制御部４０１からの指示に基づいて、パルスＴＨｚ波発生システム１００に対して、テラヘルツ波３を一定時間発生させることを指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム１００からテラヘルツ波３が発生し、そのテラヘルツ波３の反射波の信号が、パルスＴＨｚ波取得部４０３で取得される。
【００２９】
テラヘルツ波３の反射波の信号が、パルスＴＨｚ波取得部４０３で取得されると、制御部４０１は、レーザ光発生指示部４０４に対して、レーザ光発生システム３００の動作開始を指示する。レーザ光発生指示部４０４は、この制御部４０１からの指示に基づいて、レーザ光発生システム３００に対して、前述した照射条件のレーザ光を一定時間発生させることを指示する。これにより、レーザ光発生システム３００からレーザ光が発生する。図２に示したように、このレーザ光により、ヘマタイト２ｂは除去され、且つ、マグネタイト２ａは、そのマグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃに変態する。
【００３０】
レーザ光発光指示部４０４に対してレーザ光発生システム３００の動作開始を指示してから一定時間が経過すると、制御部４０１は、パルスＴＨｚ波発生指示部４０５に対してパルスＴＨｚ波発生システム２００の動作開始を指示する。パルスＴＨｚ波発生指示部４０５は、制御部４０１からの指示に基づいて、パルスＴＨｚ波発生システム２００に対して、テラヘルツ波３を一定時間発生させることを指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム２００からテラヘルツ波３が発生し、そのテラヘルツ波３の反射波の信号が、パルスＴＨｚ波取得部４０６で取得される。
【００３１】
以上のようにしてテラヘルツ波３の反射波の信号がパルスＴＨｚ波取得部４０６で取得されると、制御部４０１は、熱延鋼板１上の他の位置で測定を行うように、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２、４０５、レーザ光発生指示部４０４に対して動作の指示を行う。そして、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２、４０５、レーザ光発生指示部４０４は、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００、レーザ光発生システム３００に対して、次の測定位置までの移動を指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００、レーザ光発生システム３００は、次の測定位置まで移動する。
制御部４０１、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２、４０５、及びレーザ光発生指示部４０４は、予め定められた全ての測定位置での測定が行われるまで、以上のような動作を繰り返し行う。
【００３２】
パルスＴＨｚ波取得部４０３は、テラヘルツ波３の反射波の信号を取得すると、そのテラヘルツ波３の反射波の信号から、信号強度と時間との関係を示す時間波形４を生成する。
ＦＦＴ部４０７は、パルスＴＨｚ波取得部４０３で生成された時間波形４に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する。そして、ＦＦＴ部４０７は、ＦＦＴを実行することにより得られたスペクトルを、予め求められている基準スペクトルで割って、規格化された反射率の周波数スペクトル（反射率と周波数との関係を示すスペクトル５）を生成する。ここで、基準スペクトルは、表面にスケール２がない熱延鋼板１にテラヘルツ波３を照射することにより得られた"反射波の信号強度と時間との関係を示す時間波形"に対してＦＦＴを行うことにより得られる。この基準スペクトルは、データ記憶部４０８に予め記憶されている。
【００３３】
厚さ導出部４０９は、ＦＦＴ４０７で生成されたスペクトル５の１周期に対応する周波数ｆ［Ｈｚ］と、光速ｃ［ｍ／ｓ］と、測定対象であるヘマタイト２ｂの屈折率ｎ［−］とを、以下の（１）式に代入して、ヘマタイト２ｂの厚さｄ［μｍ］を算出する。
ｄ＝ｃ／（２πｎｆ） ・・・（１）
（１）式において、光速ｃと、ヘマタイト２ｂの屈折率ｎは、データ記憶部４０８に予め記憶されている。
【００３４】
ここで、ヘマタイト２ｂの屈折率ｎは、例えば次のようにして得られる。
まず、厚さが既知であるヘマタイト２ｂに対してテラヘルツ波３を照射し、そのテラヘルツ波３のヘマタイト２ｂからの透過波を検出する。次に、検出した透過波から透過強度Ｔ（ω）と位相の遅れφ（ω）とを求め、求めた透過強度Ｔ（ω）と位相の遅れφ（ω）とを用いて、逐次計算法により、ヘマタイト２ｂの複素屈折率を算出する。そして、この複素屈折率の実効値をヘマタイト２ｂの屈折率ｎとして、データ記憶部４０８に記憶させる。
尚、データ記憶部４０８に記憶する屈折率ｎを得る方法は、このようなものに限定されない。例えば、前述したようにして算出した複素屈折率のデータに対して、ドルーデモデル等を使ってフィッティングを行い、フィッティングを行った結果から、屈折率ｎを得るようにしてもよい。尚、ドルーデモデルを使ってフィッティングを行う場合には、キャリア密度と緩和時間とをフィッティングパラメータとして用いてフィッティングを行うことができる。
【００３５】
図６は、ＦＦＴ４０７で生成される"反射率と周波数との関係を示すスペクトル５"の一例を示す図である。また、図７は、図６に示したスペクトル５から算出したヘマタイト２ｂ（各サンプル１〜４）の厚さ（測定結果）と、断面検鏡で観測したヘマタイト２ｂ（各サンプル１〜４）の厚さの実測値（断面検鏡）とを表形式で示す図である。
図７から、本実施形態の酸化膜厚測定装置４００で前述したようにして算出した"ヘマタイト２ｂの厚さｄ"は、実測値に近い値を示すことが分かる。
【００３６】
図８は、テラヘルツ波を熱延鋼板１に照射した場合の反射波と、可視光・近赤外光を熱延鋼板１に照射した場合の反射波とを概念的に示す図である。
熱延鋼板１の表面は、１［μｍ］〜１０［μｍ］程度の粗度を有している。このような粗度を有している熱延鋼板１の表面に可視光・近赤外光６を照射すると、図８（ｂ）に示すように、その反射波は大きく散乱する。一方、このような粗度を有している熱延鋼板１は、テラヘルツ波には鏡面として作用するため、熱延鋼板１の表面にテラヘルツ波を照射すると、図８（ａ）に示すように、その反射波は殆ど散乱しない。したがって、本実施形態のようにテラヘルツ波３を用いてスケール２の厚さを測定することにより、スケール２の厚さを精度よく測定することができる。
【００３７】
図５の説明に戻り、ＦＦＴ部４１０は、パルスＴＨｚ波取得部４０６で生成された時間波形４に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する。そして、ＦＦＴ部４１０は、ＦＦＴを実行することにより得られたスペクトルを、予め求められている基準スペクトルで割って、規格化された反射率の周波数スペクトル（反射率と周波数との関係を示すスペクトル５）を生成する。基準スペクトルは、例えば、ＦＦＴ４０７で使用されるものと同じものであり、データ記憶部４１１に予め記憶されている。
図９は、ＦＦＴ４１０で生成される"反射率と周波数との関係を示すスペクトル５"の一例を示す図である。本実施形態では、０．２［ＴＨｚ］から２．０［ＴＨｚ］（好ましくは０．２［ＴＨｚ］から１．５［ＴＨｚ］、より好ましくは０．５［ＴＨｚ］から１．５［ＴＨｚ］）の低周波数領域で、ウスタイト２ｃの厚みを求めるための測定を行うようにしている。高次の干渉パターンがスペクトル５に含まれているため、２［ＴＨｚ］よりも高周波数の領域を使用すると、得られるスペクトル５に様々な周期のパターンが重畳される虞があり、ウスタイト２ｃの厚さを正確に求めることが困難になるからである。但し、測定対象のウスタイト厚によって、異なる周波数領域で測定することもある。
【００３８】
厚さ導出部４１２は、ＦＦＴ４１０で生成されたスペクトル５の１周期に対応する周波数ｆ［Ｈｚ］と、光速ｃ［ｍ／ｓ］と、測定対象であるウスタイト２ｃの屈折率ｎ［−］とを、前記（１）式に代入して、ウスタイト２ｃの厚さｄ［μｍ］を算出する。ただし、ここでは、ｎは、ウスタイト２ｃの屈折率ｎとなる。尚、光速ｃと、ウスタイト２ｃの屈折率ｎは、データ記憶部４０８に予め記憶されている。また、ウスタイト２ｃの屈折率ｎは、ヘマタイト２ｂの屈折率ｎと同様にして得ることができるので、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
厚さ表示部４１３は、厚さ導出部４０９で算出されたヘマタイト２ｂの厚さと、厚さ導出部４１２で算出されたウスタイト２ｃの厚さとを加算して、スケール２の全体の厚さを算出する。そして、厚さ表示部４１３は、熱延鋼板１上の所定の領域についてスケール２の全体の厚さを算出すると、算出したスケール２の全体の厚さを、液晶ディスプレイ等を備えた表示装置５００に表示するための画像データを生成し、生成した画像データを表示装置５００に出力する。これにより、スケール２の全体の厚さに関する情報が表示装置５００に表示される。オペレータは、表示装置５００に表示された情報に基づいて、後工程である酸洗設備における酸洗速度を決定する。
【００４０】
尚、ここでは、スケール２の全体の厚さに関する情報を表示する場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、スケール２の全体の厚さに関する情報を、酸洗設備の制御装置に送信するようにしてもよい。このようにした場合、酸洗設備の制御装置は、スケール２の全体の厚さに関する情報に基づいて、酸洗速度を決定し、決定した酸洗速度となるように酸洗設備を自動的に制御することができる。
【００４１】
次に、図１０のフローチャートを参照しながら、酸化膜厚測定装置４００における処理の流れの一例を説明する。
まず、ステップＳ１において、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２は、制御部４０１からの指示に基づいて、パルスＴＨｚ波発生システム１００に対して、テラヘルツ波３を一定時間発生させることを指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム１００から熱延鋼板１の表面のスケール２に向けてテラヘルツ波３が照射される。このように本実施形態では、ステップＳ１の処理を行うことにより、第２のテラヘルツ波照射手段が実現される。
【００４２】
次に、ステップＳ２において、パルスＴＨｚ波取得部４０３は、ステップＳ１で発生したテラヘルツ波３の反射波の信号を受信するまで待機する。テラヘルツ波３の反射波の信号を受信すると、その反射波の信号強度と時間との関係を示す時間波形４を生成して、ステップＳ３に進む。このように本実施形態では、ステップＳ２の処理を行うことにより、第２の検出手段が実現される。
ステップＳ３に進むと、ＦＦＴ部４０７は、信号強度と時間との関係を示す時間波形４に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する。そして、ＦＦＴ部４０７は、ＦＦＴを実行することにより得られたスペクトルを、予め求められている基準スペクトルで割って、反射率と周波数との関係を示すスペクトル５を生成する。
【００４３】
次に、ステップＳ４において、厚さ導出部４０９は、ステップＳ３で生成されたスペクトル５の１周期に対応する周波数ｆと、光速ｃと、測定対象であるヘマタイト２ｂの屈折率ｎとを、前記（１）式に代入して、ヘマタイト２ｂの厚さｄを算出して記憶媒体に記憶する。
以上のように本実施形態では、ステップＳ３、Ｓ４の処理を行うことにより、酸化膜厚導出手段が実現される。
次に、ステップＳ５において、レーザ光発生指示部４０４は、制御部４０１からの指示に基づいて、レーザ光発生システム３００に対して、レーザ光を一定時間発生させることを指示する。これにより、レーザ光発生システム３００から前述した照射条件のレーザ光が発生する。このレーザ光によって、ヘマタイト２ｂは除去され、且つ、マグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃが生成される。このように本実施形態では、ステップＳ５の処理を行うことにより、レーザ光照射手段が実現される。
【００４４】
次に、ステップＳ６において、制御部４０１は、レーザ光発光指示部４０４に対してレーザ光発生システムの動作開始を指示してから一定時間が経過するまで待機する。一定時間が経過すると、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７に進むと、パルスＴＨｚ波発生指示部４０５は、制御部４０１からの指示に基づいて、パルスＴＨｚ波発生システム２００に対して、テラヘルツ波３を一定時間発生させることを指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム２００から熱延鋼板１の表面のスケール２（ウスタイト２ｃ）に向けてテラヘルツ波３が発生する。このように本実施形態では、ステップＳ７の処理を行うことにより、テラヘルツ波照射手段が実現される。
【００４５】
次に、ステップＳ８において、パルスＴＨｚ波取得部４０６は、ステップＳ７で発生したテラヘルツ波３の反射波の信号を受信するまで待機する。テラヘルツ波３の反射波の信号を受信すると、その反射波の信号強度と時間との関係を示す時間波形４を生成して、ステップＳ９に進む。このように本実施形態では、ステップＳ８の処理を行うことにより、検出手段が実現される。
ステップＳ９に進むと、ＦＦＴ部４１０は、信号強度と時間との関係を示す時間波形４に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する。そして、ＦＦＴ部４１０は、ＦＦＴを実行することにより得られたスペクトルを、予め求められている基準スペクトルで割って、反射率と周波数との関係を示すスペクトル５を生成する。
【００４６】
次に、ステップＳ１０において、厚さ導出部４０９は、ステップＳ９で生成されたスペクトル５の１周期に対応する周波数ｆと、光速ｃと、測定対象であるウスタイト２ｃの屈折率ｎとを、前記（１）式に代入して、ウスタイト２ｃの厚さｄを算出して記憶媒体に記憶する。
次に、ステップＳ１１において、厚さ表示部４１３は、ステップＳ４で算出されたヘマタイト２ｂの厚さと、ステップＳ１０で算出されたウスタイト２ｃの厚さとを加算して、スケール２の全体の厚さを算出して記憶媒体に記憶する。
以上のように本実施形態では、ステップＳ９〜Ｓ１１の処理を行うことにより、酸化膜導出手段が実現される。
【００４７】
次に、ステップＳ１２において、制御部１０は、熱延鋼板１上の"予め定められた全ての測定位置"での測定が行われたか否かを判定する。この判定の結果、予め定められた全ての測定位置での測定が行われていない場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３に進むと、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２、４０５、レーザ光発生指示部４０４は、制御部４０１からの指示に基づいて、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００、レーザ光発生システム３００に対して、次の測定位置までの移動を指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００、レーザ光発生システム３００は、次の測定位置まで移動する。そして、次の測定位置でステップＳ１〜Ｓ１２の処理を行う。
【００４８】
一方、予め定められた全ての測定位置での測定が行われた場合には、測定が終了したと判定し、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４に進むと、厚さ表示部４１３は、ステップＳ１１で算出したスケール２の全体の厚さを、液晶ディスプレイ等を備えた表示装置５００に表示するための画像データを生成し、生成した画像データを表示装置５００に出力する。これにより、スケール２の全体の厚さに関する情報が表示装置５００に表示される。
【００４９】
以上のように本実施形態では、表層からヘマタイト２ｂ及びマグネタイト２ａが形成されている２層構造のスケール２が表面に形成されている熱延鋼板１に対してテラヘルツ波３を照射することにより、ヘマタイト２ｂの厚さを求める。そして、熱延鋼板１に対してレーザ光を照射して、ヘマタイト２ｂを除去すると共に、マグネタイト２ａを、そのマグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃに変態させる。このようにしてスケール２をウスタイト２ｃだけにした後、熱延鋼板１に対してテラヘルツ波３を照射することにより、ウスタイト２ｃの厚さを求める。そして、求めたヘマタイト２ｂの厚さとウスタイト２ｃの厚さとから、スケール２の全体の厚さを算出する。
【００５０】
したがって、本実施形態では、以下のような効果を奏する。
まず、１［μｍ］〜１０［μｍ］程度の粗度を有している熱延鋼板１は、テラヘルツ波３には鏡面として作用するため、熱延鋼板１の表面にテラヘルツ波３を照射するとその反射波は殆ど散乱しない。したがって、テラヘルツ波３を用いてスケール２の厚さを測定することにより、スケール２の厚さを精度よく測定することができる。
また、マグネタイト２ａは、テラヘルツ波３を殆ど反射し、マグネタイト２ａの内部にテラヘルツ波３は進入しないが、ウスタイト２ｃの内部にはテラヘルツ波３が進入する。よって、マグネタイト２ａを、マグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃに変態させてからテラヘルツ波３をウスタイト２ｃに照射し、照射したテラヘルツ波３の反射波を用いてウスタイト２ｃの厚さを求め、求めたウスタイト２ｃの厚さをマグネタイト２ａの厚さとすることにより、非接触での厚さの測定が困難であったマグネタイト２ａの厚さを精度よく非接触で測定することができる。また、ウスタイト２ｃは、マグネタイト２ａよりも速く酸洗を行うことができるので、マグネタイト２ａがスケール２に含まれているレーザを照射しない部位と比べて、後工程である酸洗設備における酸洗残りなどを誘発するものではない。
以上のように、本実施形態では、熱延鋼板１の表面に形成されている、マグネタイト２ａを主成分とするスケール２の厚さを、オンライン且つ非接触で正確に測定することができるようになる。
【００５１】
また、本実施形態では、例えば、ウスタイト２ｃの厚さが２〜１０μｍであることから、０．２［ＴＨｚ］から２．０［ＴＨｚ］の低周波数領域で厚さ測定を行うようにした。したがって、得られるスペクトル５に様々な周期のパターンが重畳されることを防止することができ、ウスタイト２ｃの厚さをより正確に求めることができるようになる。
【００５２】
尚、本実施形態では、熱間圧延された鋼板の表面に形成されている酸化膜（スケール２）の厚さを、酸洗設備（酸洗槽）に送られる前に測定する場合を例に挙げて説明したが、スケールをオンライン且つ非接触で測定していれば、酸化膜厚測定装置４００の測定対象となるスケールは、このようなものに限定されるものではない。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。前述した第１の実施形態では、テラヘルツ波３としてパルス波を照射する場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、パルスＴＨｚ波発生システム２００の代わりに、単一周波数の連続波をテラヘルツ波として照射する連続ＴＨｚ波発生システムを用いる場合を例に挙げて説明する。このように本実施形態と前述した第１の実施形態とは、パルス波の代わりに連続波を用いる点と、それに付随する処理の方法が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において前述した第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図１０に付した符号と同一の符号を付すこと等により、詳細な説明を省略する。
【００５４】
図１１は、連続ＴＨｚ波発生システム６００の構成の一例を示す図である。
図１１において、分布帰還型レーザ１１０１、１１０２は、夫々、中心波長が異なるレーザ光を発生させる。例えば、分布帰還型レーザ１１０１は、パワーが１５０［ｍＷ］、中心波長が８５３［ｎｍ］のレーザ光を発生し、分布帰還型レーザ１１０２は、パワーが１５０［ｍＷ］、中心波長が８５５［ｎｍ］のレーザ光を発生する。これら分布帰還型レーザ１１０１、１１０２によって、０〜２．２［ＴＨｚ］の範囲で、分布帰還型レーザ１１０１、１１０２から発生するレーザ光の差周波を調整することができる。
【００５５】
分布帰還型レーザ１１０１から発生したレーザ光は、ビームスプリッタ１１０３ａで反射する。ビームスプリッタ１１０３ａで反射したレーザ光と、分布帰還型レーザ１１０１から発生したレーザ光は、ビームコンバイナ（Beam Combiner）１１０４で合成され、合成されたレーザ光の半分がエミッタ１１０５へ、もう半分がビームスプリッタ１１０３ｂへ伝搬する。
エミッタ１１０５は、非線形光学効果又は双極子放射を利用してテラヘルツ波を発生させる。例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）の半導体基板と、半導体基板に設けられた電極に直流電圧を印加する直流電圧源とを備える。この直流電圧源により、赤外レーザ光の入光方向に対して垂直方向の電界が半導体基板に発生する。赤外レーザ光が半導体基板に照射されると、半導体基板中のキャリアが励起され、分布帰還型レーザ１１０１、１１０２から発生するレーザ光の差周波に応じて電流が生じる。その結果、電流変化に比例したテラヘルツ波が発生する。
【００５６】
発生したテラヘルツ波は、レンズ１１０６ａ、放物面鏡１１０７ａ、ビームスプリッタ１１０３ｃ、及び放物面鏡１１０７ｂを介してスケール２に向けて照射される。
スケール２に照射されたテラヘルツ波は、放物面鏡１１０７ｂ、ビームスプリッタ１１０３ｃ、放物面鏡１１０７ｃ、及びレンズ１１０６ｂを介して、非線形光学素子１１０８に到達する。
また、ビームコンバイナ１１０４からビームスプリッタ１１０３ｂに伝搬したレーザ光も、ビームスプリッタ１１０３ｂで反射し、エミッタ１１０５と同様の電極を設けた半導体基板１１０８に到達する。
半導体基板１１０８は、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）の半導体基板と、その半導体基板に設けられた電極からの電流を増幅する電流増幅器とを備えて構成される。半導体基板にテラヘルツ波が入光すると、電極間に電界が印加され、半導体基板に設けられた電極からテラヘルツ波に応じた電流が出力される。この電流が電流増幅器で増幅されて電流検出器１１０９に出力される。そして、電流検出器１１０９は、入力された電流に基づいて、テラヘルツ波の反射波の信号を生成して、酸化膜厚測定装置７００（ＰＣ）に出力する。
【００５７】
図１２は、酸化膜厚測定装置７００の機能構成の一例を示すブロック図である。尚、酸化膜厚測定装置７００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＨＤＤ等を備えるコンピュータを用いることにより実現できる。
第１の実施形態で説明したように、制御部４０１、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２、パルスＴＨｚ波取得部４０３、ＦＦＴ部４０７、データ記憶部４０８、及び厚さ導出部４０９を用いることにより、予め定められた全ての測定位置におけるヘマタイト２ｂの厚さを求める。また、レーザ発生指示部４０４を用いることによりヘマタイト２ｂを除去すると共に、マグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃを形成する。
【００５８】
制御部４０１は、レーザ光発光指示部４０４に対してレーザ光発生システムの動作開始を指示してから一定時間が経過すると、連続ＴＨｚ波発生指示部７０１に対して連続ＴＨｚ波発生システム６００の動作開始を指示する。連続ＴＨｚ波発生指示部７０１は、制御部４０１からの指示に基づいて、連続ＴＨｚ波発生システム６００に対して、テラヘルツ波（連続波）を一定時間発生させることを指示する。これにより、連続ＴＨｚ波発生システム６００からテラヘルツ波が照射され、そのテラヘルツ波の反射波の信号が、連続ＴＨｚ波取得部７０２で取得される。
【００５９】
連続ＴＨｚ波取得部７０２は、テラヘルツ波の反射波の信号を取得すると、そのテラヘルツ波の反射波の信号から、ウスタイト２ｃの反射率を求める。
厚さ導出部７０３は、連続ＴＨｚ波取得部７０２で求められたウスタイト２ｃの反射率ｒ［−］と、連続ＴＨｚ波発生システム６００から発生するテラヘルツ波の周波数ｆ［Ｈｚ］とに対応付けられて記憶されている厚さｄを、データ記憶部７０４に記憶されているテーブルから抽出し、抽出した厚さｄをウスタイト２ｃの厚さｄとする。
【００６０】
以上のようにデータ記憶部７０４に記憶されているテーブルには、反射率ｒと周波数ｆと厚さｄとが相互に対応付けられて記憶されている。ここで、テーブルに記憶されるデータを作成するために、まず、厚さｄが既知であるウスタイト２ｃに対して、周波数ｆの連続波であるテラヘルツ波を照射し、そのテラヘルツ波の反射率ｒを測定する。そして、これら反射率ｒと周波数ｆと厚さｄとを対応付けてテーブルに記憶する。
以上のようなウスタイト２ｃの厚さｄの導出を、予め定められた全ての測定位置において行う。
【００６１】
尚、連続ＴＨｚ波取得部７０２で求められたウスタイト２ｃの反射率ｒ［−］と、連続ＴＨｚ波発生システム６００から発生するテラヘルツ波の周波数ｆ［Ｈｚ］とに対応付けられて記憶されている厚さｄがデータ記憶部７０４に記憶されているテーブルにない場合、厚さ導出部７０３は、補間処理を行って厚さｄを求めるようにすることができる。
また、ここでは、テーブルを用いるようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、反射率ｒと周波数ｆと厚さｄとの関係を示す式をデータ記憶部７０４に記憶しておき、この式を用いて、ウスタイト２ｃの厚さｄを求めるようにしてもよい。
【００６２】
厚さ表示部４１３は、厚さ導出部４０９で算出されたヘマタイト２ｂの厚さと、厚さ導出部７０３で算出されたウスタイト２ｃの厚さとを加算して、スケール２の全体の厚さを算出する。そして、厚さ表示部４１３は、熱延鋼板１上の所定の領域についてスケール２の全体の厚さを算出すると、算出したスケール２の全体の厚さを表示装置５００に表示させる。
【００６３】
以上のように本実施形態では、パルスＴＨｚ波発生システム２００に代えて、単一周波数の連続波をテラヘルツ波として照射する連続ＴＨｚ波発生システム６００を用いるようにした。したがって、第１の実施形態で説明した効果に加えて、スケール２の厚さを求める際の処理の負担を軽くすることができるので、スケール２の厚さの導出時間を短くすることができるという効果を奏する。
【００６４】
尚、本実施形態では、パルスＴＨｚ波発生システム２００に代えて連続ＴＨｚ波発生システム６００を用いる場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、パルスＴＨｚ波発生システム２００ではなく、パルスＴＨｚ波発生システム１００に代えて連続ＴＨｚ波発生システム６００を用いてもよい。また、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００の双方に代えて連続ＴＨｚ波発生システム６００を用いてもよい。
また、本実施形態では、単一周波数の連続波をテラヘルツ波として照射する場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、周波数を掃引し、各周波数の連続波をテラヘルツ波として照射し、照射したテラヘルツ波の反射波を用いてスケール２の厚さを求めるようにしてもよい。
【００６５】
以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等のプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。上記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、酸化膜厚測定システムの構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、熱延鋼板１の表面に形成されているスケールの様子の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示し、パルスＴＨｚ波発生システムの構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を示し、酸化膜厚測定装置における動作の概要の一例を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を示し、酸化膜厚測定装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態を示し、反射率と周波数との関係を示すスペクトルの一例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態を示し、図６に示したスペクトルから算出したヘマタイト（各サンプル１〜４）の厚さ（測定結果）と、断面検鏡で観測したヘマタイト（各サンプル１〜４）の厚さの実測値（断面検鏡）とを表形式で示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態を示し、テラヘルツ波を熱延鋼板に照射した場合の反射波と、可視光・近赤外光を熱延鋼板に照射した場合の反射波とを概念的に示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態を示し、反射率と周波数との関係を示すスペクトルの一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態を示し、酸化膜厚測定装置における処理の流れの一例を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示し、連続ＴＨｚ波発生システムの構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態を示し、酸化膜厚測定装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 熱延鋼板
２ スケール
２ａ マグネタイト
２ｂ ヘマタイト
２ｃ ウスタイト
３ テラヘルツ波
１００、２００ パルスＴＨｚ波発生システム
３００ レーザ光発生システム
４００、７００ 酸化膜厚測定装置
４０１ 制御部
４０２、４０５ パルスＴＨｚ波発生指示部
４０３、４０６ パルスＴＨｚ波取得部
４０４ レーザ光発生指示部
４０７、４１０ ＦＦＴ部
４０８、４１１、７０４ データ記憶部
４０９、４１２、７０３ 厚さ導出部
７０１ 連続ＴＨｚ波発生指示部
７０２ 連続ＴＨｚ波取得部
６００ 連続ＴＨｚ波発生システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化膜厚測定方法及び酸化膜厚測定装置に関し、特に、鋼板の表面に形成されている酸化膜の厚さを測定するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
薄板鋼板を製造する場合、加熱されたスラブを熱間圧延工程に送り熱間圧延する。このようにして熱間圧延された鋼板は酸洗工程へ送られる。この熱間圧延工程から酸洗工程に送れられる間の自然冷却により、鋼板の表面には酸化膜（スケール）が生成される。酸洗工程では、酸洗槽に鋼板を通して酸化膜を除去する。
【０００３】
ここで、酸洗工程において酸化膜を効率よく、且つ確実に除去するために、酸洗工程の前に、鋼板の表面に形成された酸化膜の厚さを把握することが重要になる。
特許文献１には、Ｈｇ−Ｘｅランプからの光をステンレス鋼板に照射し、その反射光を測定することにより、ステンレス鋼板の表面に形成されたスケールの厚さを測定することが記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、３［μｍ］の波長（最も短い波長）と１６［μｍ］（最も長い波長）との２波長で、ステンレス鋼板の表面からの放射輝度を測定し、測定した放射輝度と、予め定めた各波長におけるステンレス鋼板の表面の酸化膜厚と放射率との関係とに基づいて、ステンレス鋼板の表面の酸化膜厚を求めることが記載されている。
更に、特許文献３には、金属材料の表面に付着した酸化膜中の音速が超音波の周波数によって変化することを利用して、共鳴次数の異なる２以上の超音波共鳴周波数から酸化膜の厚さを求めることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３３５１７号公報
【特許文献２】特開平１１−３２５８３９号公報
【特許文献３】特開２００２−３７２４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述した酸洗工程前の鋼板の表面に形成される酸化膜は、光学的に黒色に近いマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）を主成分とする。
しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術で対象としているステンレス鋼板の表面には、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｕの酸化物を主成分とする酸化膜が形成される。この酸化膜は光学的に透明に近い。このため、可視光の反射測定（Ｈｇ−Ｘｅランプからの光の反射光の測定）や赤外放射による測定（３［μｍ］、１６［μｍ］の波長の光による放射輝度の測定）で酸化膜を測定することができる。ところが、可視光や赤外光は、マグネタイトを透過しないため、特許文献１及び２に記載の技術では、マグネタイトを主成分とする酸化膜の厚さを測定することができないという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献３に記載の技術では、超音波を用いた測定を行っているため、金属材料にプローブ（探触子）を接触させなければならないという問題点があった。更に、特許文献３に記載の技術は、全体の厚さの変化量を測定するので、金属材料の厚さに比べて酸化膜の厚さが薄い場合には、酸化膜の厚さを正確に測定することができないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さを非接触で測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の酸化膜厚測定方法は、鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さをオンライン且つ非接触で測定する鋼板の酸化膜厚測定方法であって、前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記マグネタイトをウスタイトに変態させるレーザ光照射ステップと、前記レーザ光照射ステップによりレーザ光が照射された後に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射ステップと、前記テラヘルツ波照射ステップにより照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された反射波の信号を用いて、前記酸化膜の厚さを求める酸化膜厚導出ステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の酸化膜厚測定装置は、鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さをオンライン且つ非接触で測定する鋼板の酸化膜厚測定装置であって、前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記マグネタイトをウスタイトに変態させるレーザ光照射手段と、前記レーザ光照射手段によりレーザ光が照射された後に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射手段と、前記テラヘルツ波照射手段により照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記酸化膜の厚さを求める酸化膜厚導出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜にレーザ光を照射して、マグネタイトを、そのマグネタイトと略同じ厚さのウスタイトに変態させる。このようにマグネタイトをウスタイトに変態させてから、酸化膜にテラヘルツ波を照射し、照射したテラヘルツ波の反射波の信号を用いて、酸化膜の厚さを求める。したがって、電気伝導率と透磁率とが高いために従来の方法では非接触で測定することが困難であったマグネタイトの厚さを非接触で測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態を説明する。本実施形態では、熱間圧延された鋼板の表面に形成されている酸化膜の厚さを、酸洗設備（酸洗槽）に送られる前に測定する場合を例に挙げて説明する。
【００１３】
熱間圧延された直後の鋼板の表面の酸化膜は、表層よりＦｅ2Ｏ3（ヘマタイト）、Ｆｅ3Ｏ4（マグネタイト）、ＦｅＯ（ウスタイト）の３層構造になっているが、熱延後の鋼板温度が５７０［℃］以下になるとウスタイトは不安定となり、４ＦｅＯ→Ｆｅ3Ｏ4＋Ｆｅの共析変態が進み、マグネタイト中に鉄粒子が析出した構造となる。本実施形態では、このような共析変態により、鉄粒子を含むマグネタイトと、ヘマタイトとの２層構造となった酸化膜の厚さを測定するようにする。尚、以下の説明では、熱間圧延された鋼板を、必要に応じて熱延鋼板と称し、酸化膜を、必要に応じてスケールと称する。
【００１４】
図１は、酸化膜厚測定システムの構成の一例を示す図である。また、図２は、熱延鋼板１の表面に形成されているスケールの様子の一例を示す図である。
図１において、熱延鋼板１は、矢印の方向に搬送され、矢印の先には、図示しない酸洗槽が設けられている。
酸化膜厚測定システムは、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００と、レーザ光発生システム３００と、酸化膜厚測定装置４００とを有している。
【００１５】
パルスＴＨｚ波発生システム１００は、図２に示すように、鉄粒子を含むマグネタイト２ａと、ヘマタイト２ｂとの２層構造となったスケール２に対して、テラヘルツ波（電磁波）を照射する。本実施形態では、例えば、０［Ｈｚ］から３［ＴＨｚ］の周波数成分を含む、パルス幅が０．５［ｐｓｅｃ］のパルス波をテラヘルツ波として照射するようにしている。マグネタイト２ａは、このようなテラヘルツ波の大部分を反射する。また、一部が内部に侵入したとしても、吸収されるため、マグネタイト２ａと熱延鋼板１との界面からの反射波は検知可能なオーダーでは発生しない。したがって、図２に示すように、パルスＴＨｚ波発生システム１００から照射されるテラヘルツ波３ａは、ヘマタイト２ｂの表面と、ヘマタイト２ｂ及びマグネタイト２ａの界面で反射する。尚、測定対象の厚みによって、測定に適した帯域（パルス幅）を選定することは容易である。例えば、ヘマタイト厚が１０μｍ以下と薄い場合は、１０［ＴＨｚ］以上まで帯域を広げた短パルスを用いた測定を行う。
そして、パルスＴＨｚ波発生システム１００は、以上のようにして反射されたテラヘルツ波を検出して酸化膜厚測定装置４０に出力する。
【００１６】
レーザ光発生装置３００は、パルスＴＨｚ波発生システム１００により、テラヘルツ波３ａが照射され、そのテラヘルツ波３ａの反射波が検出された後に、マグネタイト２ａと、ヘマタイト２ｂとの２層構造となったスケール２に対して、レーザ光を照射する。
本実施形態では、レーザ光の照射によって、スケール２の表面の最高到達温度が１０００［℃］以上になるようにする。これは、ヘマタイト２ｂを除去すると共に、Ｆｅ3Ｏ4＋Ｆｅ→４ＦｅＯで示される逆変態を起こし、マグネタイト２ａを、そのマグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃにするためである（図２を参照）。従来からこの逆変態反応は、５８０［℃］以上で起こることが知られているが、レーザ照射時のように加熱時間が短い場合にはこの温度よりも高い温度が必要となる。本願発明者らは、スケール２の表面の温度を瞬間的に１０００［℃］以上に加熱すれば、１［ｓｅｃ］未満という非常に短い加熱時間でもウスタイト２ｃへの逆変態が生じることを見出した。
【００１７】
このようなウスタイト２ｃの生成は、加熱量を大きくし、スケール２の表面温度を上げるほど有利である。ここでスケール２を溶融させると更に効果的である。これは、溶融によって、マグネタイト２ａ（Ｆｅ3Ｏ4）と、マグネタイト２ａ中に析出された鉄粒子（Ｆｅ）とが完全に混じりあるため、逆変態によるウスタイト２ｃ（ＦｅＯ）の生成速度が増加するためである。溶融温度はスケール２の組成にも依存するが、１５００［℃］程度である。
【００１８】
しかしながら、加熱量を大きくしすぎると、母材の表層が溶融・再凝固により変形してしまい、酸洗後の外観不良や、後工程において表面疵が発生する原因となる。したがって母材の表層が溶融・再凝固されてしまうことが回避されるように、レーザ光を照射する。母材である熱延鋼板１の融点は１５００［℃］程度であるから、熱延鋼板１とスケール２との界面の温度が１５００［℃］以下となるようにレーザ光の照射条件を定める。
【００１９】
以上の温度条件が満たされる限り、レーザ光発生装置３００から照射されるレーザ光は、パルス波であっても、連続波であってもよい。また、波長、パワー、ビーム形状、ビームの走査速度、ビームの本数等のレーザ照射パラメータの条件も特に限定されるものではない。尚、母材（熱延鋼板１）の表面温度は、スケール２の表面におけるレーザ波長に依存するレーザ光の吸収率、スケール２の組成、及びスケール２の厚さによって異なる。スケール２の凡その厚さと吸収率が判れば、簡単な熱伝導計算プログラムを実行することによって、与えられたレーザ照射パラメータの条件下でのスケール２の表面と、母材（熱延鋼板１）の表面との温度の概算が可能である。
【００２０】
パルスＴＨｚ波発生システム２００は、レーザ光発生装置３００から照射されるレーザ光によって、マグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃのみになったスケール２に対して、テラヘルツ波（電磁波）を照射する。パルスＴＨｚ波発生システム２００は、例えば、前述したパルスＴＨｚ波発生システム１００で発生させるテラヘルツ波と同じテラヘルツ波を発生させる。図２に示すように、パルスＴＨｚ波発生システム２００から照射されるテラヘルツ波３ｂは、ウスタイト２ｃの表面と、ウスタイト２ｃ及び熱延鋼板１の界面で反射する。
パルスＴＨｚ波発生システム２００は、以上のようにして反射されたテラヘルツ波を検出して酸化膜厚測定装置４００に出力する。
【００２１】
前述したように、マグネタイト２ａはテラヘルツ波３を殆ど反射するため、マグネタイト２ａの内部にテラヘルツ波３が進入しない。これに対し、ウスタイト２ｃの内部にはテラヘルツ波３が進入する。そこで本実施形態では、マグネタイト２ａを、マグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃに変態させてからテラヘルツ波３ｂをウスタイト２ｃに照射し、照射したテラヘルツ波３ｂの反射波を用いて後述するようにしてウスタイト２ｃの厚さを求めることにより、マグネタイト２ａの厚さを求めるようにする。
【００２２】
ここで、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００の構成の一例について説明する。尚、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００の構成は同じであるので、ここでは、パルスＴＨｚ波発生システム１０の構成について説明し、パルスＴＨｚ波発生システム２００の構成については詳細な説明を省略する。
図３は、パルスＴＨｚ波発生システム１００の構成の一例を示す図である。
図３において、チタンサファイアレーザ１０１は、短パルスの赤外レーザ光を発生する。この赤外レーザ光は、ビームスプリッタ１０２ａ〜１０２ｄを介してテレスコープ１０３に到達する。また、テレスコープ１０３に到達する過程で、赤外レーザ光は、チョッパ１１０で光学的な変調が行われた後、ロックインアンプ１０４に到達する。
【００２３】
テレスコープ１０３に到達した赤外レーザ光は平行光になり、エミッタ１０５に到達する。エミッタ１０５は、非線形光学効果又は双極子放射を利用してテラヘルツ波を発生させる。エミッタ１０５は、双極子放射の場合、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）の半導体基板と、半導体基板に設けられた電極に直流電圧を印加する直流電圧源とを備える。この直流電圧源により、赤外レーザ光の入光方向に対して垂直方向の電界が半導体基板に発生する。
エミッタ１０５で発生したテラヘルツ波は、ビームスプリッタ１０２ｅを透過した後、放物面鏡１０６ａで反射して、スケール２に向けて照射される。
スケール２に照射されたテラヘルツ波は、スケール２で反射し、放物面鏡１０６ａ、ビームスプリッタ１０２ｆ、放物面鏡１０６ｂを介して、非線形光学素子１０７に到達する。
【００２４】
また、チタンサファイアレーザ１０１から発生した赤外レーザ光は、ビームスプリッタ１０２ａ、１０２ｇを介して、ビームスプリッタ１０２ｈ〜１０２ｋを備える遅延部（Delay）１０８を伝搬する。遅延部１０８は、前述したようにして非線形光学素子１０７に到達するテラヘルツ波に対し、ビームスプリッタ１０２ａ、１０２ｇを介して伝搬する赤外レーザ光を時間遅延させるためのものである。このような時間遅延の度合いを変えることにより、テラヘルツ波の包絡形状を非線形光学素子１０７で検出することができる。
【００２５】
遅延部１０８を伝搬した赤外レーザ光は、ビームスプリッタ１０２ｌ、１０２ｆ、放物面鏡１０６ｂを介して非線形光学素子１０７に到達する。
非線形光学素子１０７は、例えばテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）のような半導体基板であり、特定の方向に電界が印加されると屈折率変化を生じる、いわゆる電気光学効果を有する物質である。この半導体基板にテラヘルツ波が入光すると、直線偏光であった赤外レーザ光が僅かに楕円偏光に変わる。この偏光変化をλ／４プレート１０８で、円偏光に変換し、さらにディテクタ１０９を構成する偏光ビームスプリッタでｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分配し、フォトディテクタによって電気信号として検出する。予め、テラヘルツ波がないときの信号をゼロになるように、非線形光学素子１０７とλ／４プレート１０８を調整しておけば、テラヘルツ波の強度に応じた信号変化が得られる。尚、この信号は微小であるため、ロックインアンプ１０４を用いる。
ロックインアンプ１０４は、チョッパ１１０で変調された赤外レーザ光に同期して発生したテラヘルツ波と、ディテクタ１０９で検出された"テラヘルツ波の電界強度に応じた、赤外レーザ光のｓ偏光成分及びｐ偏光成分の比率の変化"とに基づいて、テラヘルツ波の信号を背景ノイズから抽出することにより、テラヘルツ波を検出し、酸化膜厚測定装置４０（ＰＣ）に出力する。
【００２６】
次に、酸化膜厚測定装置４００について説明する。まず、スケール２の厚さを測定する際の酸化膜厚測定装置４００における動作の概要の一例を説明する。
図４は、酸化膜厚測定装置４００における動作の概要の一例を説明する図である。
前述したように、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００から発生したテラヘルツ波３は、スケール２の表面や、熱延鋼板１とスケール２との界面等で反射してパルスＴＨｚ波発生システム１００、２００で検出される。
【００２７】
酸化膜厚測定装置４００は、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００で検出されたテラヘルツ波３の反射波の信号から、信号強度と時間との関係を示す時間波形４を生成し、この時間波形４に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する。そして、酸化膜厚測定装置４００は、ＦＦＴを実行した結果を用いて、反射率と周波数との関係を示すスペクトル５を生成し、このスペクトル５の周期を用いて測定対象のスケール２の厚さを算出する。
【００２８】
図５は、酸化膜厚測定装置４００の機能構成の一例を示すブロック図である。尚、酸化膜厚測定装置４００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＨＤＤ等を備えるコンピュータを用いることにより実現できる。
制御部４０１は、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００及びレーザ光発生システム３００の動作を制御するためのものである。
制御部４０１は、例えば、酸化膜厚測定装置４００に接続されたＵＩ（ユーザインタフェース）の操作に基づいて、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２に対してパルスＴＨｚ波発生システム１００の動作の開始を指示する。パルスＴＨｚ波発生指示部４０２は、制御部４０１からの指示に基づいて、パルスＴＨｚ波発生システム１００に対して、テラヘルツ波３を一定時間発生させることを指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム１００からテラヘルツ波３が発生し、そのテラヘルツ波３の反射波の信号が、パルスＴＨｚ波取得部４０３で取得される。
【００２９】
テラヘルツ波３の反射波の信号が、パルスＴＨｚ波取得部４０３で取得されると、制御部４０１は、レーザ光発生指示部４０４に対して、レーザ光発生システム３００の動作開始を指示する。レーザ光発生指示部４０４は、この制御部４０１からの指示に基づいて、レーザ光発生システム３００に対して、前述した照射条件のレーザ光を一定時間発生させることを指示する。これにより、レーザ光発生システム３００からレーザ光が発生する。図２に示したように、このレーザ光により、ヘマタイト２ｂは除去され、且つ、マグネタイト２ａは、そのマグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃに変態する。
【００３０】
レーザ光発光指示部４０４に対してレーザ光発生システム３００の動作開始を指示してから一定時間が経過すると、制御部４０１は、パルスＴＨｚ波発生指示部４０５に対してパルスＴＨｚ波発生システム２００の動作開始を指示する。パルスＴＨｚ波発生指示部４０５は、制御部４０１からの指示に基づいて、パルスＴＨｚ波発生システム２００に対して、テラヘルツ波３を一定時間発生させることを指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム２００からテラヘルツ波３が発生し、そのテラヘルツ波３の反射波の信号が、パルスＴＨｚ波取得部４０６で取得される。
【００３１】
以上のようにしてテラヘルツ波３の反射波の信号がパルスＴＨｚ波取得部４０６で取得されると、制御部４０１は、熱延鋼板１上の他の位置で測定を行うように、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２、４０５、レーザ光発生指示部４０４に対して動作の指示を行う。そして、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２、４０５、レーザ光発生指示部４０４は、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００、レーザ光発生システム３００に対して、次の測定位置までの移動を指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００、レーザ光発生システム３００は、次の測定位置まで移動する。
制御部４０１、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２、４０５、及びレーザ光発生指示部４０４は、予め定められた全ての測定位置での測定が行われるまで、以上のような動作を繰り返し行う。
【００３２】
パルスＴＨｚ波取得部４０３は、テラヘルツ波３の反射波の信号を取得すると、そのテラヘルツ波３の反射波の信号から、信号強度と時間との関係を示す時間波形４を生成する。
ＦＦＴ部４０７は、パルスＴＨｚ波取得部４０３で生成された時間波形４に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する。そして、ＦＦＴ部４０７は、ＦＦＴを実行することにより得られたスペクトルを、予め求められている基準スペクトルで割って、規格化された反射率の周波数スペクトル（反射率と周波数との関係を示すスペクトル５）を生成する。ここで、基準スペクトルは、表面にスケール２がない熱延鋼板１にテラヘルツ波３を照射することにより得られた"反射波の信号強度と時間との関係を示す時間波形"に対してＦＦＴを行うことにより得られる。この基準スペクトルは、データ記憶部４０８に予め記憶されている。
【００３３】
厚さ導出部４０９は、ＦＦＴ４０７で生成されたスペクトル５の１周期に対応する周波数ｆ［Ｈｚ］と、光速ｃ［ｍ／ｓ］と、測定対象であるヘマタイト２ｂの屈折率ｎ［−］とを、以下の（１）式に代入して、ヘマタイト２ｂの厚さｄ［μｍ］を算出する。
ｄ＝ｃ／（２πｎｆ） ・・・（１）
（１）式において、光速ｃと、ヘマタイト２ｂの屈折率ｎは、データ記憶部４０８に予め記憶されている。
【００３４】
ここで、ヘマタイト２ｂの屈折率ｎは、例えば次のようにして得られる。
まず、厚さが既知であるヘマタイト２ｂに対してテラヘルツ波３を照射し、そのテラヘルツ波３のヘマタイト２ｂからの透過波を検出する。次に、検出した透過波から透過強度Ｔ（ω）と位相の遅れφ（ω）とを求め、求めた透過強度Ｔ（ω）と位相の遅れφ（ω）とを用いて、逐次計算法により、ヘマタイト２ｂの複素屈折率を算出する。そして、この複素屈折率の実効値をヘマタイト２ｂの屈折率ｎとして、データ記憶部４０８に記憶させる。
尚、データ記憶部４０８に記憶する屈折率ｎを得る方法は、このようなものに限定されない。例えば、前述したようにして算出した複素屈折率のデータに対して、ドルーデモデル等を使ってフィッティングを行い、フィッティングを行った結果から、屈折率ｎを得るようにしてもよい。尚、ドルーデモデルを使ってフィッティングを行う場合には、キャリア密度と緩和時間とをフィッティングパラメータとして用いてフィッティングを行うことができる。
【００３５】
図６は、ＦＦＴ４０７で生成される"反射率と周波数との関係を示すスペクトル５"の一例を示す図である。また、図７は、図６に示したスペクトル５から算出したヘマタイト２ｂ（各サンプル１〜４）の厚さ（測定結果）と、断面検鏡で観測したヘマタイト２ｂ（各サンプル１〜４）の厚さの実測値（断面検鏡）とを表形式で示す図である。
図７から、本実施形態の酸化膜厚測定装置４００で前述したようにして算出した"ヘマタイト２ｂの厚さｄ"は、実測値に近い値を示すことが分かる。
【００３６】
図８は、テラヘルツ波を熱延鋼板１に照射した場合の反射波と、可視光・近赤外光を熱延鋼板１に照射した場合の反射波とを概念的に示す図である。
熱延鋼板１の表面は、１［μｍ］〜１０［μｍ］程度の粗度を有している。このような粗度を有している熱延鋼板１の表面に可視光・近赤外光６を照射すると、図８（ｂ）に示すように、その反射波は大きく散乱する。一方、このような粗度を有している熱延鋼板１は、テラヘルツ波には鏡面として作用するため、熱延鋼板１の表面にテラヘルツ波を照射すると、図８（ａ）に示すように、その反射波は殆ど散乱しない。したがって、本実施形態のようにテラヘルツ波３を用いてスケール２の厚さを測定することにより、スケール２の厚さを精度よく測定することができる。
【００３７】
図５の説明に戻り、ＦＦＴ部４１０は、パルスＴＨｚ波取得部４０６で生成された時間波形４に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する。そして、ＦＦＴ部４１０は、ＦＦＴを実行することにより得られたスペクトルを、予め求められている基準スペクトルで割って、規格化された反射率の周波数スペクトル（反射率と周波数との関係を示すスペクトル５）を生成する。基準スペクトルは、例えば、ＦＦＴ４０７で使用されるものと同じものであり、データ記憶部４１１に予め記憶されている。
図９は、ＦＦＴ４１０で生成される"反射率と周波数との関係を示すスペクトル５"の一例を示す図である。本実施形態では、０．２［ＴＨｚ］から２．０［ＴＨｚ］（好ましくは０．２［ＴＨｚ］から１．５［ＴＨｚ］、より好ましくは０．５［ＴＨｚ］から１．５［ＴＨｚ］）の低周波数領域で、ウスタイト２ｃの厚みを求めるための測定を行うようにしている。高次の干渉パターンがスペクトル５に含まれているため、２［ＴＨｚ］よりも高周波数の領域を使用すると、得られるスペクトル５に様々な周期のパターンが重畳される虞があり、ウスタイト２ｃの厚さを正確に求めることが困難になるからである。但し、測定対象のウスタイト厚によって、異なる周波数領域で測定することもある。
【００３８】
厚さ導出部４１２は、ＦＦＴ４１０で生成されたスペクトル５の１周期に対応する周波数ｆ［Ｈｚ］と、光速ｃ［ｍ／ｓ］と、測定対象であるウスタイト２ｃの屈折率ｎ［−］とを、前記（１）式に代入して、ウスタイト２ｃの厚さｄ［μｍ］を算出する。ただし、ここでは、ｎは、ウスタイト２ｃの屈折率ｎとなる。尚、光速ｃと、ウスタイト２ｃの屈折率ｎは、データ記憶部４０８に予め記憶されている。また、ウスタイト２ｃの屈折率ｎは、ヘマタイト２ｂの屈折率ｎと同様にして得ることができるので、その詳細な説明を省略する。
【００３９】
厚さ表示部４１３は、厚さ導出部４０９で算出されたヘマタイト２ｂの厚さと、厚さ導出部４１２で算出されたウスタイト２ｃの厚さとを加算して、スケール２の全体の厚さを算出する。そして、厚さ表示部４１３は、熱延鋼板１上の所定の領域についてスケール２の全体の厚さを算出すると、算出したスケール２の全体の厚さを、液晶ディスプレイ等を備えた表示装置５００に表示するための画像データを生成し、生成した画像データを表示装置５００に出力する。これにより、スケール２の全体の厚さに関する情報が表示装置５００に表示される。オペレータは、表示装置５００に表示された情報に基づいて、後工程である酸洗設備における酸洗速度を決定する。
【００４０】
尚、ここでは、スケール２の全体の厚さに関する情報を表示する場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、スケール２の全体の厚さに関する情報を、酸洗設備の制御装置に送信するようにしてもよい。このようにした場合、酸洗設備の制御装置は、スケール２の全体の厚さに関する情報に基づいて、酸洗速度を決定し、決定した酸洗速度となるように酸洗設備を自動的に制御することができる。
【００４１】
次に、図１０のフローチャートを参照しながら、酸化膜厚測定装置４００における処理の流れの一例を説明する。
まず、ステップＳ１において、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２は、制御部４０１からの指示に基づいて、パルスＴＨｚ波発生システム１００に対して、テラヘルツ波３を一定時間発生させることを指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム１００から熱延鋼板１の表面のスケール２に向けてテラヘルツ波３が照射される。このように本実施形態では、ステップＳ１の処理を行うことにより、第２のテラヘルツ波照射手段が実現される。
【００４２】
次に、ステップＳ２において、パルスＴＨｚ波取得部４０３は、ステップＳ１で発生したテラヘルツ波３の反射波の信号を受信するまで待機する。テラヘルツ波３の反射波の信号を受信すると、その反射波の信号強度と時間との関係を示す時間波形４を生成して、ステップＳ３に進む。このように本実施形態では、ステップＳ２の処理を行うことにより、第２の検出手段が実現される。
ステップＳ３に進むと、ＦＦＴ部４０７は、信号強度と時間との関係を示す時間波形４に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する。そして、ＦＦＴ部４０７は、ＦＦＴを実行することにより得られたスペクトルを、予め求められている基準スペクトルで割って、反射率と周波数との関係を示すスペクトル５を生成する。
【００４３】
次に、ステップＳ４において、厚さ導出部４０９は、ステップＳ３で生成されたスペクトル５の１周期に対応する周波数ｆと、光速ｃと、測定対象であるヘマタイト２ｂの屈折率ｎとを、前記（１）式に代入して、ヘマタイト２ｂの厚さｄを算出して記憶媒体に記憶する。
以上のように本実施形態では、ステップＳ３、Ｓ４の処理を行うことにより、酸化膜厚導出手段が実現される。
次に、ステップＳ５において、レーザ光発生指示部４０４は、制御部４０１からの指示に基づいて、レーザ光発生システム３００に対して、レーザ光を一定時間発生させることを指示する。これにより、レーザ光発生システム３００から前述した照射条件のレーザ光が発生する。このレーザ光によって、ヘマタイト２ｂは除去され、且つ、マグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃが生成される。このように本実施形態では、ステップＳ５の処理を行うことにより、レーザ光照射手段が実現される。
【００４４】
次に、ステップＳ６において、制御部４０１は、レーザ光発光指示部４０４に対してレーザ光発生システムの動作開始を指示してから一定時間が経過するまで待機する。一定時間が経過すると、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７に進むと、パルスＴＨｚ波発生指示部４０５は、制御部４０１からの指示に基づいて、パルスＴＨｚ波発生システム２００に対して、テラヘルツ波３を一定時間発生させることを指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム２００から熱延鋼板１の表面のスケール２（ウスタイト２ｃ）に向けてテラヘルツ波３が発生する。このように本実施形態では、ステップＳ７の処理を行うことにより、テラヘルツ波照射手段が実現される。
【００４５】
次に、ステップＳ８において、パルスＴＨｚ波取得部４０６は、ステップＳ７で発生したテラヘルツ波３の反射波の信号を受信するまで待機する。テラヘルツ波３の反射波の信号を受信すると、その反射波の信号強度と時間との関係を示す時間波形４を生成して、ステップＳ９に進む。このように本実施形態では、ステップＳ８の処理を行うことにより、検出手段が実現される。
ステップＳ９に進むと、ＦＦＴ部４１０は、信号強度と時間との関係を示す時間波形４に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を実行する。そして、ＦＦＴ部４１０は、ＦＦＴを実行することにより得られたスペクトルを、予め求められている基準スペクトルで割って、反射率と周波数との関係を示すスペクトル５を生成する。
【００４６】
次に、ステップＳ１０において、厚さ導出部４０９は、ステップＳ９で生成されたスペクトル５の１周期に対応する周波数ｆと、光速ｃと、測定対象であるウスタイト２ｃの屈折率ｎとを、前記（１）式に代入して、ウスタイト２ｃの厚さｄを算出して記憶媒体に記憶する。
次に、ステップＳ１１において、厚さ表示部４１３は、ステップＳ４で算出されたヘマタイト２ｂの厚さと、ステップＳ１０で算出されたウスタイト２ｃの厚さとを加算して、スケール２の全体の厚さを算出して記憶媒体に記憶する。
以上のように本実施形態では、ステップＳ９〜Ｓ１１の処理を行うことにより、酸化膜導出手段が実現される。
【００４７】
次に、ステップＳ１２において、制御部１０は、熱延鋼板１上の"予め定められた全ての測定位置"での測定が行われたか否かを判定する。この判定の結果、予め定められた全ての測定位置での測定が行われていない場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３に進むと、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２、４０５、レーザ光発生指示部４０４は、制御部４０１からの指示に基づいて、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００、レーザ光発生システム３００に対して、次の測定位置までの移動を指示する。これにより、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００、レーザ光発生システム３００は、次の測定位置まで移動する。そして、次の測定位置でステップＳ１〜Ｓ１２の処理を行う。
【００４８】
一方、予め定められた全ての測定位置での測定が行われた場合には、測定が終了したと判定し、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４に進むと、厚さ表示部４１３は、ステップＳ１１で算出したスケール２の全体の厚さを、液晶ディスプレイ等を備えた表示装置５００に表示するための画像データを生成し、生成した画像データを表示装置５００に出力する。これにより、スケール２の全体の厚さに関する情報が表示装置５００に表示される。
【００４９】
以上のように本実施形態では、表層からヘマタイト２ｂ及びマグネタイト２ａが形成されている２層構造のスケール２が表面に形成されている熱延鋼板１に対してテラヘルツ波３を照射することにより、ヘマタイト２ｂの厚さを求める。そして、熱延鋼板１に対してレーザ光を照射して、ヘマタイト２ｂを除去すると共に、マグネタイト２ａを、そのマグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃに変態させる。このようにしてスケール２をウスタイト２ｃだけにした後、熱延鋼板１に対してテラヘルツ波３を照射することにより、ウスタイト２ｃの厚さを求める。そして、求めたヘマタイト２ｂの厚さとウスタイト２ｃの厚さとから、スケール２の全体の厚さを算出する。
【００５０】
したがって、本実施形態では、以下のような効果を奏する。
まず、１［μｍ］〜１０［μｍ］程度の粗度を有している熱延鋼板１は、テラヘルツ波３には鏡面として作用するため、熱延鋼板１の表面にテラヘルツ波３を照射するとその反射波は殆ど散乱しない。したがって、テラヘルツ波３を用いてスケール２の厚さを測定することにより、スケール２の厚さを精度よく測定することができる。
また、マグネタイト２ａは、テラヘルツ波３を殆ど反射し、マグネタイト２ａの内部にテラヘルツ波３は進入しないが、ウスタイト２ｃの内部にはテラヘルツ波３が進入する。よって、マグネタイト２ａを、マグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃに変態させてからテラヘルツ波３をウスタイト２ｃに照射し、照射したテラヘルツ波３の反射波を用いてウスタイト２ｃの厚さを求め、求めたウスタイト２ｃの厚さをマグネタイト２ａの厚さとすることにより、非接触での厚さの測定が困難であったマグネタイト２ａの厚さを精度よく非接触で測定することができる。また、ウスタイト２ｃは、マグネタイト２ａよりも速く酸洗を行うことができるので、マグネタイト２ａがスケール２に含まれているレーザを照射しない部位と比べて、後工程である酸洗設備における酸洗残りなどを誘発するものではない。
以上のように、本実施形態では、熱延鋼板１の表面に形成されている、マグネタイト２ａを主成分とするスケール２の厚さを、オンライン且つ非接触で正確に測定することができるようになる。
【００５１】
また、本実施形態では、例えば、ウスタイト２ｃの厚さが２〜１０μｍであることから、０．２［ＴＨｚ］から２．０［ＴＨｚ］の低周波数領域で厚さ測定を行うようにした。したがって、得られるスペクトル５に様々な周期のパターンが重畳されることを防止することができ、ウスタイト２ｃの厚さをより正確に求めることができるようになる。
【００５２】
尚、本実施形態では、熱間圧延された鋼板の表面に形成されている酸化膜（スケール２）の厚さを、酸洗設備（酸洗槽）に送られる前に測定する場合を例に挙げて説明したが、スケールをオンライン且つ非接触で測定していれば、酸化膜厚測定装置４００の測定対象となるスケールは、このようなものに限定されるものではない。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。前述した第１の実施形態では、テラヘルツ波３としてパルス波を照射する場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、パルスＴＨｚ波発生システム２００の代わりに、単一周波数の連続波をテラヘルツ波として照射する連続ＴＨｚ波発生システムを用いる場合を例に挙げて説明する。このように本実施形態と前述した第１の実施形態とは、パルス波の代わりに連続波を用いる点と、それに付随する処理の方法が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において前述した第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図１０に付した符号と同一の符号を付すこと等により、詳細な説明を省略する。
【００５４】
図１１は、連続ＴＨｚ波発生システム６００の構成の一例を示す図である。
図１１において、分布帰還型レーザ１１０１、１１０２は、夫々、中心波長が異なるレーザ光を発生させる。例えば、分布帰還型レーザ１１０１は、パワーが１５０［ｍＷ］、中心波長が８５３［ｎｍ］のレーザ光を発生し、分布帰還型レーザ１１０２は、パワーが１５０［ｍＷ］、中心波長が８５５［ｎｍ］のレーザ光を発生する。これら分布帰還型レーザ１１０１、１１０２によって、０〜２．２［ＴＨｚ］の範囲で、分布帰還型レーザ１１０１、１１０２から発生するレーザ光の差周波を調整することができる。
【００５５】
分布帰還型レーザ１１０１から発生したレーザ光は、ビームスプリッタ１１０３ａで反射する。ビームスプリッタ１１０３ａで反射したレーザ光と、分布帰還型レーザ１１０１から発生したレーザ光は、ビームコンバイナ（Beam Combiner）１１０４で合成され、合成されたレーザ光の半分がエミッタ１１０５へ、もう半分がビームスプリッタ１１０３ｂへ伝搬する。
エミッタ１１０５は、非線形光学効果又は双極子放射を利用してテラヘルツ波を発生させる。例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）の半導体基板と、半導体基板に設けられた電極に直流電圧を印加する直流電圧源とを備える。この直流電圧源により、赤外レーザ光の入光方向に対して垂直方向の電界が半導体基板に発生する。赤外レーザ光が半導体基板に照射されると、半導体基板中のキャリアが励起され、分布帰還型レーザ１１０１、１１０２から発生するレーザ光の差周波に応じて電流が生じる。その結果、電流変化に比例したテラヘルツ波が発生する。
【００５６】
発生したテラヘルツ波は、レンズ１１０６ａ、放物面鏡１１０７ａ、ビームスプリッタ１１０３ｃ、及び放物面鏡１１０７ｂを介してスケール２に向けて照射される。
スケール２に照射されたテラヘルツ波は、放物面鏡１１０７ｂ、ビームスプリッタ１１０３ｃ、放物面鏡１１０７ｃ、及びレンズ１１０６ｂを介して、非線形光学素子１１０８に到達する。
また、ビームコンバイナ１１０４からビームスプリッタ１１０３ｂに伝搬したレーザ光も、ビームスプリッタ１１０３ｂで反射し、エミッタ１１０５と同様の電極を設けた半導体基板１１０８に到達する。
半導体基板１１０８は、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）の半導体基板と、その半導体基板に設けられた電極からの電流を増幅する電流増幅器とを備えて構成される。半導体基板にテラヘルツ波が入光すると、電極間に電界が印加され、半導体基板に設けられた電極からテラヘルツ波に応じた電流が出力される。この電流が電流増幅器で増幅されて電流検出器１１０９に出力される。そして、電流検出器１１０９は、入力された電流に基づいて、テラヘルツ波の反射波の信号を生成して、酸化膜厚測定装置７００（ＰＣ）に出力する。
【００５７】
図１２は、酸化膜厚測定装置７００の機能構成の一例を示すブロック図である。尚、酸化膜厚測定装置７００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＨＤＤ等を備えるコンピュータを用いることにより実現できる。
第１の実施形態で説明したように、制御部４０１、パルスＴＨｚ波発生指示部４０２、パルスＴＨｚ波取得部４０３、ＦＦＴ部４０７、データ記憶部４０８、及び厚さ導出部４０９を用いることにより、予め定められた全ての測定位置におけるヘマタイト２ｂの厚さを求める。また、レーザ発生指示部４０４を用いることによりヘマタイト２ｂを除去すると共に、マグネタイト２ａと略同じ厚さのウスタイト２ｃを形成する。
【００５８】
制御部４０１は、レーザ光発光指示部４０４に対してレーザ光発生システムの動作開始を指示してから一定時間が経過すると、連続ＴＨｚ波発生指示部７０１に対して連続ＴＨｚ波発生システム６００の動作開始を指示する。連続ＴＨｚ波発生指示部７０１は、制御部４０１からの指示に基づいて、連続ＴＨｚ波発生システム６００に対して、テラヘルツ波（連続波）を一定時間発生させることを指示する。これにより、連続ＴＨｚ波発生システム６００からテラヘルツ波が照射され、そのテラヘルツ波の反射波の信号が、連続ＴＨｚ波取得部７０２で取得される。
【００５９】
連続ＴＨｚ波取得部７０２は、テラヘルツ波の反射波の信号を取得すると、そのテラヘルツ波の反射波の信号から、ウスタイト２ｃの反射率を求める。
厚さ導出部７０３は、連続ＴＨｚ波取得部７０２で求められたウスタイト２ｃの反射率ｒ［−］と、連続ＴＨｚ波発生システム６００から発生するテラヘルツ波の周波数ｆ［Ｈｚ］とに対応付けられて記憶されている厚さｄを、データ記憶部７０４に記憶されているテーブルから抽出し、抽出した厚さｄをウスタイト２ｃの厚さｄとする。
【００６０】
以上のようにデータ記憶部７０４に記憶されているテーブルには、反射率ｒと周波数ｆと厚さｄとが相互に対応付けられて記憶されている。ここで、テーブルに記憶されるデータを作成するために、まず、厚さｄが既知であるウスタイト２ｃに対して、周波数ｆの連続波であるテラヘルツ波を照射し、そのテラヘルツ波の反射率ｒを測定する。そして、これら反射率ｒと周波数ｆと厚さｄとを対応付けてテーブルに記憶する。
以上のようなウスタイト２ｃの厚さｄの導出を、予め定められた全ての測定位置において行う。
【００６１】
尚、連続ＴＨｚ波取得部７０２で求められたウスタイト２ｃの反射率ｒ［−］と、連続ＴＨｚ波発生システム６００から発生するテラヘルツ波の周波数ｆ［Ｈｚ］とに対応付けられて記憶されている厚さｄがデータ記憶部７０４に記憶されているテーブルにない場合、厚さ導出部７０３は、補間処理を行って厚さｄを求めるようにすることができる。
また、ここでは、テーブルを用いるようにしたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、反射率ｒと周波数ｆと厚さｄとの関係を示す式をデータ記憶部７０４に記憶しておき、この式を用いて、ウスタイト２ｃの厚さｄを求めるようにしてもよい。
【００６２】
厚さ表示部４１３は、厚さ導出部４０９で算出されたヘマタイト２ｂの厚さと、厚さ導出部７０３で算出されたウスタイト２ｃの厚さとを加算して、スケール２の全体の厚さを算出する。そして、厚さ表示部４１３は、熱延鋼板１上の所定の領域についてスケール２の全体の厚さを算出すると、算出したスケール２の全体の厚さを表示装置５００に表示させる。
【００６３】
以上のように本実施形態では、パルスＴＨｚ波発生システム２００に代えて、単一周波数の連続波をテラヘルツ波として照射する連続ＴＨｚ波発生システム６００を用いるようにした。したがって、第１の実施形態で説明した効果に加えて、スケール２の厚さを求める際の処理の負担を軽くすることができるので、スケール２の厚さの導出時間を短くすることができるという効果を奏する。
【００６４】
尚、本実施形態では、パルスＴＨｚ波発生システム２００に代えて連続ＴＨｚ波発生システム６００を用いる場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、パルスＴＨｚ波発生システム２００ではなく、パルスＴＨｚ波発生システム１００に代えて連続ＴＨｚ波発生システム６００を用いてもよい。また、パルスＴＨｚ波発生システム１００、２００の双方に代えて連続ＴＨｚ波発生システム６００を用いてもよい。
また、本実施形態では、単一周波数の連続波をテラヘルツ波として照射する場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、周波数を掃引し、各周波数の連続波をテラヘルツ波として照射し、照射したテラヘルツ波の反射波を用いてスケール２の厚さを求めるようにしてもよい。
【００６５】
以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等のプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。上記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
また、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、酸化膜厚測定システムの構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、熱延鋼板１の表面に形成されているスケールの様子の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示し、パルスＴＨｚ波発生システムの構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を示し、酸化膜厚測定装置における動作の概要の一例を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を示し、酸化膜厚測定装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態を示し、反射率と周波数との関係を示すスペクトルの一例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態を示し、図６に示したスペクトルから算出したヘマタイト（各サンプル１〜４）の厚さ（測定結果）と、断面検鏡で観測したヘマタイト（各サンプル１〜４）の厚さの実測値（断面検鏡）とを表形式で示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態を示し、テラヘルツ波を熱延鋼板に照射した場合の反射波と、可視光・近赤外光を熱延鋼板に照射した場合の反射波とを概念的に示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態を示し、反射率と周波数との関係を示すスペクトルの一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態を示し、酸化膜厚測定装置における処理の流れの一例を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示し、連続ＴＨｚ波発生システムの構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態を示し、酸化膜厚測定装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 熱延鋼板
２ スケール
２ａ マグネタイト
２ｂ ヘマタイト
２ｃ ウスタイト
３ テラヘルツ波
１００、２００ パルスＴＨｚ波発生システム
３００ レーザ光発生システム
４００、７００ 酸化膜厚測定装置
４０１ 制御部
４０２、４０５ パルスＴＨｚ波発生指示部
４０３、４０６ パルスＴＨｚ波取得部
４０４ レーザ光発生指示部
４０７、４１０ ＦＦＴ部
４０８、４１１、７０４ データ記憶部
４０９、４１２、７０３ 厚さ導出部
７０１ 連続ＴＨｚ波発生指示部
７０２ 連続ＴＨｚ波取得部
６００ 連続ＴＨｚ波発生システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さをオンライン且つ非接触で測定する鋼板の酸化膜厚測定方法であって、
前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記マグネタイトをウスタイトに変態させるレーザ光照射ステップと、
前記レーザ光照射ステップによりレーザ光が照射された後に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射ステップと、
前記テラヘルツ波照射ステップにより照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにより検出された反射波の信号を用いて、前記酸化膜の厚さを求める酸化膜厚導出ステップとを有することを特徴とする鋼板の酸化膜厚測定方法。
【請求項２】
前記レーザ光照射ステップによりレーザ光が照射される前に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射する第２のテラヘルツ波照射ステップと、
前記第２のテラヘルツ波照射ステップにより照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する第２の検出ステップとを有し、
前記レーザ光照射ステップは、前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記酸化膜の表面に形成されたヘマタイトを除去すると共に前記マグネタイトをウスタイトに変態させ、
前記酸化膜厚導出ステップは、前記第２の検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記ヘマタイトの厚さを求め、前記検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記ウスタイトの厚さを求めることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の酸化膜厚測定方法。
【請求項３】
前記テラヘルツ波は、パルス波、又は連続波であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼板の酸化膜厚測定方法。
【請求項４】
鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さをオンライン且つ非接触で測定する鋼板の酸化膜厚測定装置であって、
前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記マグネタイトをウスタイトに変態させるレーザ光照射手段と、
前記レーザ光照射手段によりレーザ光が照射された後に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射手段と、
前記テラヘルツ波照射手段により照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記酸化膜の厚さを求める酸化膜厚導出手段とを有することを特徴とする鋼板の酸化膜厚測定装置。
【請求項５】
前記レーザ光照射手段によりレーザ光が照射される前に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射する第２のテラヘルツ波照射手段と、
前記第２のテラヘルツ波照射手段により照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する第２の検出手段とを有し、
前記レーザ光照射手段は、前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記酸化膜の表面に形成されたヘマタイトを除去すると共に前記マグネタイトをウスタイトに変態させ、
前記酸化膜厚導出手段は、前記第２の検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記ヘマタイトの厚さを求め、前記検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記ウスタイトの厚さを求めることを特徴とする請求項４に記載の鋼板の酸化膜厚測定装置。
【請求項６】
前記テラヘルツ波は、パルス波、又は連続波であることを特徴とする請求項４又は５に記載の鋼板の酸化膜厚測定装置。
【請求項１】
鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さをオンライン且つ非接触で測定する鋼板の酸化膜厚測定方法であって、
前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記マグネタイトをウスタイトに変態させるレーザ光照射ステップと、
前記レーザ光照射ステップによりレーザ光が照射された後に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射ステップと、
前記テラヘルツ波照射ステップにより照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにより検出された反射波の信号を用いて、前記酸化膜の厚さを求める酸化膜厚導出ステップとを有することを特徴とする鋼板の酸化膜厚測定方法。
【請求項２】
前記レーザ光照射ステップによりレーザ光が照射される前に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射する第２のテラヘルツ波照射ステップと、
前記第２のテラヘルツ波照射ステップにより照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する第２の検出ステップとを有し、
前記レーザ光照射ステップは、前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記酸化膜の表面に形成されたヘマタイトを除去すると共に前記マグネタイトをウスタイトに変態させ、
前記酸化膜厚導出ステップは、前記第２の検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記ヘマタイトの厚さを求め、前記検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記ウスタイトの厚さを求めることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の酸化膜厚測定方法。
【請求項３】
前記テラヘルツ波は、パルス波、又は連続波であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼板の酸化膜厚測定方法。
【請求項４】
鋼板の表面に形成されている、マグネタイトを含む酸化膜の厚さをオンライン且つ非接触で測定する鋼板の酸化膜厚測定装置であって、
前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記マグネタイトをウスタイトに変態させるレーザ光照射手段と、
前記レーザ光照射手段によりレーザ光が照射された後に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射するテラヘルツ波照射手段と、
前記テラヘルツ波照射手段により照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記酸化膜の厚さを求める酸化膜厚導出手段とを有することを特徴とする鋼板の酸化膜厚測定装置。
【請求項５】
前記レーザ光照射手段によりレーザ光が照射される前に、前記酸化膜にテラヘルツ波を照射する第２のテラヘルツ波照射手段と、
前記第２のテラヘルツ波照射手段により照射されたテラヘルツ波の、前記酸化膜からの反射波を検出する第２の検出手段とを有し、
前記レーザ光照射手段は、前記酸化膜にレーザ光を照射して、前記酸化膜の表面に形成されたヘマタイトを除去すると共に前記マグネタイトをウスタイトに変態させ、
前記酸化膜厚導出手段は、前記第２の検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記ヘマタイトの厚さを求め、前記検出手段により検出された反射波の信号を用いて、前記ウスタイトの厚さを求めることを特徴とする請求項４に記載の鋼板の酸化膜厚測定装置。
【請求項６】
前記テラヘルツ波は、パルス波、又は連続波であることを特徴とする請求項４又は５に記載の鋼板の酸化膜厚測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１８６３３３（Ｐ２００９−１８６３３３Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６８５４（Ｐ２００８−２６８５４）
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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