DE69026748T2

DE69026748T2 - Verfahren zur Messung der Plattierungsrate und der Zusammensetzung einer Plattierungsschicht eines plattierten Stahlbleches und Vorrichtung für diesen Zweck

Info

Publication number: DE69026748T2
Application number: DE69026748T
Authority: DE
Inventors: Tadaaki Hattori; Kiyotaka Imai; Hiroharu Kato; Katsuyuki Nishifuji
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: CA2009698A1; DE69026748D1; CA2009698C; EP0389774B1; EP0389774A3; EP0389774A2; US5081658A

Description

Verfahren zum Messen einer Plattierungsmenge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung eines plattierten Stahlblechs, das nach einem In-line-Schema zu messen ist, und eine Meßvorrichtung dafür, insbesondere ein Verfahren zum Messen der Plattierungsmenge und der Plattierungsschichtzusammensetzung von plattiertem Stahlblech, wobei das Verfahren wirksam ist, um einen Bereich zu analysieren, an dem eine Plattierungsschicht die gleiche Komponente wie ein darunterliegendes Metall enthält, und eine Meßvorrichtung dafür.
Ein Verfahren, das angewandt wird, um eine Plattierungsmenge oder eine Plattierungsschichtzusammensetzung eines zu messenden plattierten Stahlblechs zu messen, ist das Röntgenfluoreszenz-Analyseverfahren. Bei diesem Verfahren wird, nachdem Röntgenstrahlung auf ein zu messendes Stahlblech ausgestrahlt worden ist, die Röntgenfluoreszenz-Intensität als Funktion der Plattierungsdicke und der Plattierungsschichtzusammensetzung gemessen, und der Meßwert wird mit einer Eichkurve verglichen. Im Fall eines Stahlblechs, das eine Plattierungsschicht hat, die kein darunterliegendes Metall enthält, wie etwa eines Zn-plattierten oder Zn-Ni- plattierten Stahlblechs, kann dessen Plattierungsmenge oder die Plattierungsschichtzusammensetzung mit einem In-line- Schema gemessen werden.
Wenn aber eine Plattierungsschicht eines Stahlblechs ein darunterliegendes Metall enthält, wie beispielsweise im Fall eines mit einer Zn-Fe-Legierung plattierten Stahlblechs, das seit einiger Zeit wegen seiner hohen Korrosionsbeständigkeit und guten Bearbeitbarkeit von Interesse ist, ist die Messung der Plattierungsmenge und der Plattierungsschichtzusammensetzung durch Röntgenfluoreszenz entsprechend einem Analyseverfahren mit den folgenden Nachteilen verbunden: Da es bei Anwendung der Röntgenfluoreszenz-Analysemethode schwierig ist, Röntgenfluoreszenzstrahlung, die Fe entspricht, das in einer Plattierungsschicht enthalten ist, von solcher zu unterscheiden, die Fe als einem draunterliegenden Metall entspricht, ist es schwierig, eine Relation zwischen der Röntgenfluoreszenz-Intensität und der Plattierungsmenge und der Plattierungsschichtzusammensetzung zu erhalten, und die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung können nicht mit einem In-line-Schema gemessen werden.
Infolgedessen sind die beiden nachstehenden Analyseverfahren vorgeschlagen worden mit dem Ziel, die obigen Nachteile zu überwinden.
Das eine vorgeschlagene Verfahren ist ein In-line-Analyseverfahren (JP-A-58-223047), bei dem sogenannte weiße Röntgenstrahlung, die eine Vielzahl von Wellenlängen hat, auf ein mit einer Zn-Fe-Legierung plattiertes Stahlblech gerichtet und die Intensität einer K-Serien-Röntgenfluoreszenzstrahlung von Detektoren gemessen wird, die in einer ersten Meßwinkelposition, von der aus im wesentlichen keine Röntgenfluoreszenzstrahlung in bezug auf die Eindringtiefe der Röntgenstrahlung detektiert werden kann, und in einer zweiten Meßwinkelposition angeordnet sind, von der aus die Röntgenfluoreszenzstrahlung von dem darunterliegenden Metall detektiert werden kann, so daß die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung auf der Basis der beiden Meßwerte erhalten werden können.
Das andere Verfahren ist eines (JP-A-60-169553), bei dem die Plattierungsmenge auf der Basis von Diffraktionsröntgenstrahlung entsprechend α-Fe eines darunterliegenden Metalls gemessen wird unter Nutzung der Absorption durch eine Plattierungsschicht eines mit einer Zn-Fe-Legierung plattierten Stahlblechs und wobei die Plattierungsschichtzusammensetzung auf der Basis der Intensität der Diffraktionsröntgenstrahlung wenigstens einer Phase gemessen wird, die aus einer Zn- Fe-Legierungsphase und einer η-Phase in der Plattierungsschicht ausgewählt ist.
Im Fall der erstgenannten der beiden Röntgenfluoreszenz- Analysemethoden ergeben sich aber die nachstehenden Probleme aufgrund der Anwendung von weißer Röntgenstrahlung als einfallender Röntgenstrahlung
(a) Da energiereiche Röntgenstrahlung in weißer Röntgenstrahlung in einer Plattierungsschicht eines plattierten Stahlblechs nicht stark abgeschwächt wird, kann sie bis zu einer beträchtlichen Tiefe eindringen. Daher muß der erste Meßwinkel mit 5º oder kleiner vorgegeben werden, um sicherzustellen, daß Röntgenfluoreszenzstrahlung von einem darunterliegenden Metall nicht detektiert wird. Infolgedessen ändert sich die Meßdistanz entsprechend einer Änderung der zu der Oberfläche des plattierten Stahlblechs senkrechten Richtung, und die Röntgenfluoreszenzstrahlungs-Intensität ändert sich ebenfalls entsprechend einer Änderung des Meßwinkels, was zu dem Problem geringer Meßgenauigkeit führt.
(b) Die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung können erhalten werden durch Vergleich einer gemessenen Intensität, die durch tatsächliches Ausstrahlen von Röntgenstrahlung auf ein plattiertes Stahlblech erhalten ist, mit einer theoretischen Intensität, die aus einer bekannten theoretischen Intensitätsbeziehung erhalten wird. Da jedoch die Berechnung der theoretischen Intensität durch eine spektrale Änderung in einfallender Röntgenstrahlung, die beispielsweise durch eine Verschlechterung der Röntgenröhre über die Zeit hervorgerufen wird, nachteilig beeinflußt wird, nimmt die Meßgenauigkeit auf unerwünschte Weise ab.
(c) Im Fall der Berechnung eines Analysewerts durch Vergleich der gemessenen Intensität mit der theoretischen Intensität, die aus der bekannten theoretischen Intensitätsbeziehung berechnet wird, ist die Berechnungsdauer länger, da beim Berechnen der theoretischen Intensität eine Wellenlängenintegration durchgeführt werden muß. Infolgedessen wird die Meßdauer länger.
(d) Eine Eichkurve kann genutzt werden, um den im vorstehenden Punkt (c) beschriebenen Nachteil zu überwinden. Bei Anwendung dieser Methode müssen jedoch 20 bis 30 Standardprobenarten präpariert werden, um unter Berücksichtigung eines Matrixeffekts ein Modell zu bilden, was zu einer sehr zeitaufwendigen und umständlichen Analysemethode führt.
Die zweitgenannte Diffraktionsröntgenanalysemethode weist die folgenden Nachteile auf:
(a) Da die Intensität der Diffraktionsröntgenstrahlung entsprechend dem α-Fe eines darunterliegenden Metalls nicht nur von der Plattierungsmenge, sondern beispielsweise auch von der Art oder Dicke des Stahlblechs, der Struktur des Stahlblechs, die sich entsprechend den Herstellungsbedingungen eines plattierten Stahlblechs ändert, und dergleichen sowie der Plattierungsschichtdicke abhängig ist, führt das zu einem Problem in bezug auf die Meßgenauigkeit.
(b) Die Intensität der Diffraktionsröntgenstrahlung einer Legierungsphase ändert sich entsprechend den Plattierungsbedingungen, und die Struktur oder Zusammensetzung einer Legierung ist in Abhängigkeit davon verschieden, ob das verwendete Plattierungsmaterial eine Plattierungsmaterialschmelze oder ein Elektroplattiermaterial ist. Daher kann eine zufriedenstellende Meßgenauigkeit nicht erreicht werden.
Das Dokument EP-A-0 197 157 betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Dicke und der Zusammensetzung einer Legierungsschicht. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Veröffentlichung, das dort auf den Seiten 16 und 17 beschrieben ist, wird eine Röntgenstrahlungsquelle verwendet, die sowohl weiße Röntgenstrahlung als auch charakteristische Röntgenstrahlung hat, wie in Fig. 7 dieses Dokuments gezeigt ist. Zwei Detektoren werden unter zwei verschiedenen Meßwinkeln verwendet, um die Röntgenfluoreszenz-Intensitäten dieser beiden Arten von Röntgenstrahlung zu messen. Das Dokument sagt nichts über das Analyseverfahren aus, mit dem die Dicke und die Zusammensetzung der plattierten Metallschicht bestimmt werden.
Das Dokument JP-A-59-225312 zeigt ein Plattierungsdicke-Meßverfahren, bei dem Standardproben mit bekannten Dicken verwendet werden, um Intensitäten von Röntgenfluoreszenzstrahlen zu messen. Die Intensitäten dieser bekannten Standarddicken werden dann mit Intensitäten einer Probe verglichen, die eine Dicke hat, die als eine unendliche Dicke betrachtet wird. Die Differenz liefert eine Eichkurve, die dann genutzt wird, um die Dicke auf der Basis der gemessenen Fluoreszenz-Intensität einer unbekannten Probe zu berechnen.
Die Veröffentlichung EP-A-0 072 367 betrifft ein Verfahren zum Messen der Plattierungsdicke von beschichteten Drähten oder Röhren. Dieses herkömmliche Verfahren basiert auf Kalibrierungsmessungen von Drähten oder Röhren mit unterschiedlichen, jedoch bekannten Plattierungsdicken. Es wird eine mathematische Beziehung zwischen der gemessenen Fluoreszenzintensität und der Plattierungsdicke hergestellt. Die Berechnungsmethode ist eine iterative Methode, bei der die Kalibrierungsdaten genutzt werden, um eine empirische Beziehung zu bilden. In einer ersten Näherung wird der Außendurchmesser der plattierten Probe für den unbekannten Kerndurchmesser ohne Plattierung eingesetzt. Außerdem wird die tatsächlich gemessene Intensität als Verhältnis zu der theo retischen Intensität der unplattierten Probe eingesetzt. Der iterative Prozeß wird fortgesetzt, bis die Resultate einer Berechnung für die Plattierungsdicke und den Durchmesser der Probe mit dem Resultat des vorhergehenden Berechnungsschritts übereinstimmen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Situation entwickelt und hat als Aufgabe die Bereitstellung eines Verfahrens zum Messen der Plattierungsmenge und der Plattierungsschichtzusammensetzung eines plattierten Stahlblechs, wobei dieses Verfahren imstande ist, eine Plattierungsmenge und eine Plattierungsschichtzusammensetzung in einem In-line-Schema zu messen, während gleichzeitig ein Einfluß einer Änderung an dem Oberflächenprofil eines plattierten Stahlblechs verringert wird, das ferner imstande ist, die Analysegenauigkeit zu verbessern und die Dauer der Analyse zu verkürzen, und das imstande ist, die Plattie rungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung unter Verwendung einer geringen Anzahl von Standardproben zuverlässig zu messen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung bereitzustellen, wobei diese Vorrichtung imstande ist, die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung in einem In-line-Schema mit einer einfachen Anordnung präzise zu messen.
Gemäß der Erfindung weist ein Verfahren zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung eines plattierten Stahlblechs die folgenden Schritte auf:
(a) Bestimmen von theoretischen Beziehungen für Intensitäten oder Intensitätsverhältnisse unter zwei verschiedenen Lichtempfangswinkeln von K-Serien-Röntgenfluoreszenzstrahlung von Analyse-Targetelementen, die von dem plattierten Stahlblech reflektiert wird, wenn monochromatische Röntgenstrahlung oder charakteristische Röntgenstrahlung auf das plattierte Stahlblech unter zwei verschiedenen Einfallswinkeln ausgestrahlt wird;
(b) Messen von Röntgenfluoreszenz-Intensitäten oder -Intensitätsverhältnissen unter Verwendung von Standardproben, die bekannte Plattierungsmengen und bekannte Plattierungsschichtzusammensetzungen haben, unter den gleichen Bedingungen wie zum Erhalt der genannten theoretischen Beziehungen, und Berechnen von Umwandlungskoeffizienten, um die Meßwerte an den Einfalls/Empfangs-Winkelpaaren unter Verwendung der theoretischen Beziehungen in theoretische Werte umzuwandeln;
(c) Messen der Röntgenfluoreszenz-Intensitäten oder -Intensitätsverhältnisse, die von dem zu messenden plattierten Stahlblech erhalten werden, das eine unbekannte Plattierungsmenge und eine unbekannte Plattierungsschichtzusammensetzung hat, unter den gleichen Bedingungen wie zum Erhalt der theoretischen Beziehungen und Umwandeln der gemessenen Intensitäten oder Intensitätsverhältnisse in erste theoretische Werte von Intensitäten oder Intensitätsverhältnissen unter Verwendung der Umwandlungskoeffizienten und
(d) Berechnen von zweiten theoretischen Werten auf der Basis von bestehenden Röntgenfluoreszenz-Intensitätsbez iehungen, die die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung als variable Parameter enthalten;
(e) Minimieren der Differenz zwischen den ersten und den zweiten theoretischen Werten unter Variation dieser Parame ter, um die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung des plattierten Stahlblechs zu erhalten.
Gemäß einer Weiterentwicklung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die monochromatische Röntgenstrahlung, die auf das plattierte Stahlblech auszustrahlen ist, von Monochromatoren erzeugt.
Gemäß einer anderen speziellen Ausbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die auf das plattierte Stahlblech auszustrahlende charakteristische Röntgenstrahlung durch Ausstrahlen von Röntgenstrahlung, die von einem Röntgengenerator erzeugt wird, auf ein Sekundärtarget erhalten.
Gemäß der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung eines plattierten Stahlblechs die folgenden Komponenten auf:
Röntgenstrahlungserzeugungseinrichtungen zum Erzeugen von Röntgenstrahlung und Umwandlungseinrichtungen zum Umwandeln der erzeugten Röntgenstrahlung in monochromatische Röntgenstrahlung oder charakteristische Röntgenstrahlung;
ein Paar Detektoren zum Messen der Intensitäten bei zwei verschiedenen Winkeln der K-Serien-Röntgenfluoreszenzstrahlung von Analyse-Targetelementen, die erzeugt werden, wenn die monochromatische Röntgenstrahlung oder die charakteristische Röntgenstrahlung auf das plattierte Stahlblech ausgestrahlt wird;
ein Teilersystem, um die erzeugte Röntgenstrahlung zu dem Paar von Detektoren über die Umwandlungseinrichtungen und das zu messende plattierte Stahlblech zu leiten;
und ist gekennzeichnet durch
eine Umwandlungseinrichtung für theoretische Werte, um die tatsächlich gemessenen Röntgenfluoreszenz-Intensitäten oder -Intensitätsverhältnise unter Verwendung von Umwandlungskoeffizienten, die von Standardproben bekannt sind, in erste theoretische Werte umzuwandeln;
eine Speichereinrichtung, um vorhandene Röntgenfluoreszenz- Intensitätsbeziehungen unter Verwendung der Plattierungsmenge und der Plattierungsschichtzusammensetzung als Parameter zu speichern;
eine Recheneinrichtung für theoretische Werte, um zweite theoretische Werte der Röntgenfluoreszenz-Intensitäten oder -Intensitätsverhältnisse unter Verwendung der bestehenden theoretischen Beziehungen bei gleichzeitiger Änderung der Parameter zu berechnen; und
eine Parameterbestimmungseinrichtung, um die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung als diejenigen optimalen Parameter zu bestimmen, die die Differenz zwischen den ersten und den zweiten theoretischen Werten im wesentlichen minimieren.
Eine spezielle Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtungen Monochromatoren aufweisen, um die von den Röntgenstrahlungserzeugungseinrichtungen erzeugte Röntgenstrahlung zu monochromatisieren.
Eine andere spezielle Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtungen Reflexions-Sekundärtargets aufweisen, um die von den Röntgenstrahlungserzeugungseinrichtungen erzeugte charakteristische Röntgenstrahlung zu reflektieren.
Noch eine weitere spezielle Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtungen Transmissions-Sekundärtargets aufweisen, um die von den Röntgenstrahlungserzeugungseinrichtungen erzeugte charakteristische Röntgenstrahlung durchzulassen.
Bei einer Weiterentwicklung der Vorrichtung gemäß der Erfindung weist das Teilersystem Kollimatoren, die an einer Einfallseite angeordnet sind, und Flachplattenschlitze auf, die an einer Lichtempfangsseite angeordnet sind und eine veränderliche Breite haben.
Bei einer Weiterentwicklung dieser speziellen Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung sind die Kollimatoren Lochkollimatoren.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung erläutert, sind teilweise aus der Beschreibung ersichtlich oder ergeben sich durch die praktische Anwendung der Erfindung. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können durch die Vorrichtungen und Kombinationen, die speziell in den anhängenden Ansprüchen aufgeführt sind, realisiert und erreicht werden.
Das Verständnis der Erfindung ergibt sich weiter aus der nachstehenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen; die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine Darstellung eines Röntgenbestrahlungszustands gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
Fig. 2A und 2B Flußdiagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung eines plattierten Stahlblechs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung eines plattierten Stahlblechs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
Fig. 4 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Plattierungsmenge, die durch das Meßverfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung erhalten ist, und einer Plattierungsmenge, die durch chemische Analyse erhalten ist, zeigt;
Fig. 5 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Plattierungsschichtzusammensetzung, die durch das Meßverfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erhalten ist, und einer Plattierungsschichtzusammensetzung, die durch chemische Analyse erhalten ist, zeigt;
Fig. 6 eine Ansicht einer Modifikation eines Signalprozessors der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 7 ein Röntgenbestrahlungszustand gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung;
Fig. 8 eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung eines plattierten Stahlblechs gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zeigt;
Fig. 9 eine Ansicht einer Modifikation einer Meßeinrichtung der Vorrichtung gemäß Fig. 8;
Fig. 10 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Plattierungsmenge, die durch ein Meßverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung erhalten ist, und einer durch chemische Analyse erhaltenen Plattierungsmenge zeigt; und
Fig. 11 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Plattierungsschichtzusammensetzung, die durch das Meßverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung erhalten ist, und einer durch chemische Analyse erhaltenen Plattierungsschichtzusammensetzung zeigt.
Nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiele haben ein Meßsystem, das den folgenden Bedingungen genügt, um eine In- line-Messung durchzuführen.
(A) Einfallende Röntgenstrahlen, die eine zufriedenstellende Röntgenfluoreszenz-Intensität haben, können unter Verwendung einer handelsüblichen Röntgenröhre erhalten werden.
(B) Meßwinkel, wie beispielsweise ein Röntgenstrahlungs-Einfallswinkel und ein Röntgenfluoreszenzstrahlungs-Empfangswinkel, können durch ein In-line-Schema, d. h. 5º oder mehr, realisiert werden.
Außerdem wird die Intensität von Röntgenfluoreszenzstrahlung, die von einem plattierten Stahlblech erzeugt wird, durch einen Strahlungsdetektor und bevorzugt einen Halbleiterdetektor gemessen.
Ein Verfahren zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend beschrieben, wobei als Beispiel die Messung einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung (Fe%) eines mit einer Zn Fe-Legierung plattierten Stahlblechs dient.
Fig. 1 zeigt einen Röntgenbestrahlungszustand für ein mit einer Zn-Fe-Legierung plattiertes Stahlblech zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Wie Fig. 1 zeigt, wird monochromatisierte Röntgenstrahlung mit Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; auf ein zu messendes plattiertes Stahlblech 11 unter Einfallswinkeln von und φ&sub1; und φ&sub2; ausgestrahlt, und Intensitäten der K-Serien-Röntgenfluoreszenzstrahlung, die von dem Blech 11 erzeugt wird, d. h. die Intensität von Kα-Strahlung von Fe und die Intensität von Kα-Strahlung von Zn, werden unter Lichtempfangswinkeln von ψ&sub1; und ψ&sub2; gemessen.
Zur Durchführung dieses Verfahrens werden, wie in Fig. 2A gezeigt ist, die folgenden Operationen durchgeführt (SCHRITT 1), wobei angenommen wird, daß eine Fe-Kα-Strahlungsintensität und eine Zn-Kα-Strahlungsintensität, die bei den Meßwinkeln (φ&sub1;, ψ&sub1;) gemessen werden, I¹ Fe bzw. I¹Zn sind und eine Fe-Kα-Strahlungsintensität und eine Zn-Kα-Strahlungsintensität, die bei den Meßwinkeln (φ&sub2;, ψ&sub2;) gemessen werden, I²Fe bzw. I²Zn sind:
X&sub1; = I¹Fe bzw. I¹Zn
X&sub2; = I²Fe bzw. I²Zn.
X&sub1; und X&sub2; werden in theoretische Werte umgewandelt. In diesem Fall werden die theoretischen Werte als X&sub1; und X&sub2; entsprechende Werte auf der Basis von Werten erhalten, die durch Berechnen einer Röntgenfluoreszenz-Intensität, die unter derselben Röntgenstrahlungswellenlänge, Röntgenstrahlungsintensität und denselben geometrischen Bedingungen wie tatsächliche Meßbedingungen gemessen wird, durch eine theoretische Beziehung erhalten werden, die als Parameter eine Plattierungsmenge und eine Plattierungsschichtzusammensetzung eines plattierten Stahlblechs verwendet. Ein tatsächlicher Meßwert ist von dem Wert der theoretischen Intensität in Abhängigkeit von Empfindlichkeits-Charakteristiken eines Detektors, dem Einfluß eines Spaltsystems und dergleichen verschieden.
Die Meßwerte X&sub1; und X&sub2; werden in theoretische Werte Y&sub1; bzw. Y&sub2; entsprechend den nachstehenden Umwandlungsgleichungen umgewandelt (SCHRITT 2):
Y&sub1; = a&sub1;X&sub1; + b&sub1;
Y&sub2; = a&sub2;X&sub2; + b&sub2;.
In den obigen Gleichungen sind a&sub1;, a&sub2;, b&sub1; und b&sub2; Umwandlungskoeffizienten. Diese Umwandlungskoeffiz ienten werden erhalten durch Messung einer Röntgenfluoreszenz-Intensität oder eines -Intensitätsverhältnisses, und zwar unter den gleichen Bedingungen wie zum Erhalt der obigen theoretischen Beziehungen, unter Verwendung einer Standardprobe, die eine bekannte Plattierungsmenge und Plattierungsschichtzusammensetzung hat, und Umwandeln des Meßwerts in eine theoretische Intensität oder ein theoretisches Intensitätsverhältnis durch Anwendung der obigen theoretischen Beziehungen. Dabei werden die Umwandlungskoeffizienten a&sub1;, a&sub2;, b&sub1; und b&sub2; vorher durch Regressionsanalyse od. dgl. berechnet, so daß die Werte Y&sub1; und Y&sub2; die durch die theoretischen Beziehungen unter Verwendung der Plattierungsmenge und der Plattierungsschichtzusammensetzung der Standardprobe berechnet sind, und die Werte X&sub1; und X&sub2;, die aus der gemessenen Röntgenfluoreszenz-Intensität berechnet sind, den obigen Gleichungen genügen.
Da, wie oben beschrieben, die theoretischen Beziehungen verwendet werden, um eine Differenz in bezug auf das tatsächliche Meßsystem unter Verwendung der Standardprobe zu kalibrieren, können Beziehungen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung in bezug auf eine Intensität oder ein Intensitätsverhältnis der Röntgenfluoreszenz unter Verwendung einer geringen Anzahl von Standardproben erhalten werden.
Nachdem in SCHRITT 2 die theoretischen Werte Y&sub1; und Y&sub2; erhalten worden sind, werden Y'&sub1; und Y'&sub2; die Y&sub1; und Y&sub2; entsprechen, aus einer existierenden Röntgenfluoreszenz-Intensitätsbeziehung erhalten unter Verwendung eines Parameters Pk (k = 1), der eine veränderliche Plattierungsmenge und Fe% hat (SCHRITT 3 und SCHRITT 4). Danach wird die folgende Operation ausgeführt (SCHRITT 5):
(Y&sub1; und Y'&sub1;)² + (Y&sub2; - Y'&sub2;)²
Die gleiche Operation wird ausgeführt, während der Parameter Pk geändert wird, und der Parameterwert, der den Operationswert von SCHRITT 5 im wesentlichen minimiert, wird bestimmt. In Fig. 2A wird beurteilt, ob der Operationswert von SCHRITT 5 ein Minimalwert ist (SCHRITT 6). Wenn der Operationswert kein Minimalwert ist, wird die Operation unter Verwendung eines nächsten Parameters ausgeführt (SCHRITT 7, 4 und 5). Wenn der Operationswert ein Minimalwert ist, wird der Operationswert als Parameterwert bestimmt (SCHRITT 8). Das heißt also, die Operation wird ausgeführt, während gleichzeitig der Parameter Pk geändert wird, bis der obige Operationswert der Minimalwert ist. Der Parameterwert wird bestimmt, wenn der Minimalwert erscheint. Dieser Parameterwert entspricht der Plattierungsmenge und dem Fe-Gehalt. Daher können die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung des plattierten Stahlblechs 11 unter Verwendung des Parameterwerts erhalten werden.
Die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung können so gemessen werden, wie es in Fig. 2B gezeigt ist. In Fig. 2B wird die Operation von SCHRITT 5 für die Anzahl von Malen durchgeführt, die der Anzahl von Parametern entspricht, während die Plattierungsmenge und der Wert des Parameters Pk geändert werden (SCHRITT 9, 7, 4 und 4). Der Wert des Parameters, der dem Minimalwert der Operationswerte entspricht, wird gewählt (SCHRITT 10) und als Parameterwert bestimmt (SCHRITT 11). Dieser Parameterwert entspricht der Plattierungsmenge und dem Fe-Gehalt. Die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung des plattierten Stahlblechs 11 können durch Verwendung des Parameterwerts erhalten werden.
Ein Analyseergebnis, das durch Anwendung des obigen Meßverfahrens entsprechend Fig. 2A erhalten wird, ist nachstehend im einzelnen erläutert. Es sei angenommen, daß die Meßbedingungen für X&sub1; beispielsweise eine Einfalls-Röntgenstrahlungswellenlänge λ&sub1; = 1,26 Å und Meßwinkel (φ&sub1;, ψ&sub1;) = (15º, 45º) und diejenigen für X&sub2; beispielsweise eine Einfalls-Röntgenstrahlungswellenlänge λ&sub2; = 0,71 Å und Meßwinkel (φ&sub2;, ψ&sub2;) = (75º, 60º) sind. Es ist zu beachten, daß durch Verwendung von Röntgenröhren, die ein Wolframtarget bzw. ein Molybdäntarget für X&sub1; bzw. X&sub2; haben, die Wellenlänge λ&sub1; bzw. λ&sub2; nahe der W-Iß-Strahlung und Mo-Kα- Strahlung erhalten werden kann, um der obigen Bedingung (A) zu genügen.
Von den beiden Paaren von Meßwinkeln wird die Wellenlänge λ&sub1; = 1,26 Å mit einem großen Dämpfungswert und einer geringen Penetrationstiefe in bezug auf eine Plattierungsschicht für das Paar von kleineren Meßwinkeln (φ&sub1;, ψ&sub1;) genutzt. Daher sind die Meßwinkel des Paars 15º und 45º, d. h. sie genügen der oben beschriebenen Bedingung (B). Infolgedessen kann der Einfluß einer Änderung in der Dickenrichtung eines plattierten Stahlblechs auf eine Meßdistanz und eine Meßwinkeländerung verringert werden.
Mit zunehmender Differenz der Charakteristiken, die der Plattierungsmenge und Fe% entsprechen, zwischen X&sub1; und X&sub2; wird die Meßgenauigkeit verbessert. Daher wird ein Dämpfungswert der Wellenlänge λ&sub2; in bezug auf die Plattierungsschicht kleiner als derjenige der Wellenlänge λ&sub1; vorgegeben, und der Meßwinkel (φ&sub2;, ψ&sub2;) wird größer als der Meßwinkel (φ&sub1;, ψ&sub1;) vorgegeben, so daß die maximale Tiefe, bis zu der Röntgenfluoreszenz detektierbar ist, d. h. eine Analysetiefe, vergrößert wird. Um die Änderung der Meßdistanz zu verringern, wird es bevorzugt, die Strahlgröße von einfallender Röntgenstrahlung zu verringern und das Gesichtsfeld eines Detektors zu erweitern, so daß Röntgenfluoreszenz aus allen Bereichen detektiert wird, auf die die einfallende Röntgenstrahlung ausgestrahlt wird, und zwar unabhängig von der Änderung der Meßdistanz. Zu diesem Zweck wird auf der Einfailseite ein Lochkollimator mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm verwendet, und das Fenster eines Detektors auf der Lichtempfangsseite wird geöffnet.
Wenn eine große Anzahl Standardproben verwendet werden kann, kann die Beziehung der Plattierungsmenge und der Plattie rungsschichtzusammensetzung in bezug auf die Röntgenfluoreszenz-Intensität oder das -Intensitätsverhältnis (d. h. die Eichkurve), die durch die Standardproben erhalten wird, anstelle der obigen theoretischen Beziehungen verwendet werden, um eine Plattierungsmenge und eine Plattierungsschichtzusammensetzung des plattierten Stahlblechs 11 zu erhalten.
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. In Fig. 3 bezeichnet 11 ein zu messendes plattiertes Stahlblech. Das Blech 11 wird von einer Führungswalze 10 geführt. Ein Meßsystem 12 ist über dem Blech 11 angeordnet. Das System 12 weist folgendes auf: zwei Röntgenröhren 21 und 31, um Röntgenstrahlung in vorbestimmten Richtungen zu erzeugen; Monochromatoren 23 und 33, um weiße Röntgenstrahlung, die von den Röhren 21 und 31 durch Kollimatoren 22 und 32 hindurch auftrifft, zu monochromatisieren und die monochromatisierte Strahlung unter vorbestimmten Einfallswinkeln zu dem Blech 11 zu führen; und Detektoren 25 und 35, um Röntgenfluoreszenz-Intensitäten zu messen, die von dem Blech 11 durch Flachplattenschlitze 24 und 34 erhalten werden. 26 und 36 sind Kollimatoren. Es ist zu beachten, daß der Kollimator 26 bevorzugt ein Lochkollimator ist, um den Einfluß von Änderungen der Meßdistanz und des Meßwinkels zu mindern. Die Positionen der Röhren 21 und 31, der Monochromatoren 23 und 33, der Kollimatoren 22, 26, 32 und 36, der Detektoren 25 und 35, der Schlitze 24 und 34 können durch Antriebssteuer Signale von einer Antriebssteuerung 13 justiert werden.
14 ist ein Signalprozessor, der folgendes aufweist: eine Umwandlungseinrichtung für theoretische Werte zum Umwandeln einer Röntgenfluoreszenz-Intensität oder eines -Intensitätsverhältnisses, das von den beiden Detektoren 25 und 35 gemessen wird, in eine theoretische Intensität oder ein theoretisches Intensitätsverhältnis, d. h. in einen theoretischen Wert; einen Speicher 16 für theoretische Beziehungen, um eine vorhandene theoretische Beziehung einer Röntgenfluoreszenz-Intensität unter Verwendung einer Plattierungsmenge und von Fe% als variable Parameter zu speichern; eine Recheneinrichtung 17 für theoretische Werte, um einen theoretischen Wert von Röntgenfluoreszenz durch die theoretische Beziehung unter gleichzeitiger Änderung der Parameter zu berechnen; und eine Parameterwert-Bestimmungsschaltung 18, um eine Differenz zwischen dem theoretischen Wert, der von der Umwandlungseinrichtung 15 für theoretische Werte erhalten wird, und dem theoretischen Wert, der von der Recheneinrichtung 17 für theoretische Werte erhalten wird, zu minimieren. Diese Parameterwerte werden als Plattierungsmenge und Plattierungsschichtzusammensetzung verwendet, um die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung des zu messenden plattierten Stahlblechs zu erhalten. Es ist zu beachten, daß der Signalprozessor 14 anstelle der oben angegebenen Schaltungen ein Computer sein kann, der die gleichen Funktionen hat, wie sie oben beschrieben sind.
Der Betrieb der Vorrichtung, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, wird nachstehend beschrieben. Von den beiden Röntgenröhren 21 und 31 erzeugte weiße Röntgenstrahlung wird durch die Kollimatoren 22 und 32 durchgelassen und von den Monochromatoren 23 und 33 monochromatisiert. Die monochromatisierte Strahlung wird auf das plattierte Stahlblech 11 bei Einfallswinkeln φ&sub1; = 10º bis 30º und φ&sub2; = 45º bis 90º ausgestrahlt. In diesem Fall wird als Röhre 21 ein Wolframtarget verwendet, und Röntgenstrahlung mit einer Wellenlänge nahe der von W-Iß-Strahlung, die einen starken Dämpfungswert in bezug auf eine Plattierungsschicht hat, wird durch den Monochromator 23 aus Röntgenstrahlung, die von dem Wolframtarget abgegeben wird, extrahiert und als einfallende Röntgenstrahlung für das Blech 11 genutzt. Ein Molybdäntarget wird als Röhre 31 verwendet, und Röntgenstrahlung mit einer Wellenlänge nahe der von kα-Strahlung, die einen viel geringeren Dämpfungswert als die W-Iß-Strahlung in bezug auf die Plattierungsschicht hat, wird von dem Monochromator 33 aus der von dem Molybdäntarget abgegebenen Röntgenstrahlung extrahiert und als einfallende Röntgenstrahlung für das Blech 11 genutzt.
Nachdem die monochromatisierte Röntgenstrahlung wie oben beschrieben ausgestrahlt worden ist, werden Kα-Strahlungsintensitten von Zn und Fe, die von dem Blech 11 erzeugt werden, von den Detektoren 25 und 35 bei den Lichtempfangs winkeln ψ&sub1; bzw. ψ&sub2; detektiert. Danach werden X&sub1; und X&sub2; von der Umwandlungseinrichtung 15 für theoretische Werte auf der Basis der Röntgenfluoreszenz-Intensitäten oder des -Intensitätsverhältnisses, das von den Detektoren 25 und 35 erhalten wird, erhalten, in theoretische Werte umgewandelt und der Parameterwert-Bestimmungsschaltung 18 zugeführt. Die Recheneinrichtung 17 für theoretische Werte berechnet theoretische Werte aus der vorhandenen theoretischen Beziehung der Röntgenfluoreszenz-Intensität, die in dem Speicher 16 für theoretische Werte gespeichert ist, während die Plattierungsmenge und Fe sequentiell als variable Parameter verwendet werden, und führt die theoretischen Werte der Parameterwert-Bestimmungsschaltung 18 zu.
Die Schaltung 18 führt eine vorbestimmte Operation aus, indem sie den von der Umwandlungseinrichtung 15 zugeführten theoretischen Wert und den von der Recheneinrichtung 17 erhaltenen theoretischen Wert durch sequentielles Ändern der Parameter verwendet, bestimmt einen Parameterwert, der eine Differenz zwischen den theoretischen Werten minimiert, und erhält die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung des Blechs 11 auf der Basis des Parameterwerts.
Die Fig. 4 und 5 sind Diagramme, die Analyseresultate zeigen, die unter Verwendung der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung erhalten wurden. Diese Resultate wurden erhalten, indem λ&sub1; = 1,26 Å und λ&sub2; = 0,71 Å von den Monochromatoren 23 bzw. 33 eingestellt wurden, und zwar unter den Bedingungen (φ&sub1;, ψ&sub1;) = (15º, 45º) und (φ&sub2;, ψ&sub2;) = (75º, 60º). Fig. 4 zeigt die Plattierungsmenge, und Fig. 5 zeigt die Plattierungsschichtzusammensetzung.
Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, sind die Plattierungsmenge und der Fe-Gehalt, die durch die Röntgenanalyse gemäß der Erfindung erhalten werden, zu der Plattierungsmenge und dem Fe- Gehalt, die durch chemische Analyse erhalten werden, jeweils proportional. Außerdem betrug die für die Messung erforderliche Zeit ca. 10 s. Das heißt also, es wurde bestätigt, daß die Messung innerhalb eines kurzen Zeitraums präzise durchgeführt werden kann, obwohl die Fertigungsstraße eine reale Fertigungsstraße ist, die eine Meßdistanzänderung, eine Meßwinkeländerung, eine Temperatur/Feuchte-Änderung und dergleichen aufweist.
Die Analysewerte werden nicht direkt aus den Röntgenfluoreszenz-Intensitäten von Fe und Zn, sondern aus einem Intensitätsverhältnis der Röntgenfluoreszenz von Fe und Zn erhalten. Da die Werte aus dem Intensitätsverhältnis erhalten werden, können Einfüsse der Temperatur/Feuchte-Änderung und der Verschlechterung der Röntgenröhre über die Zeit verringert werden.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung unter Anwendung einer theoretischen Beziehung. Eine Vorrichtung kann jedoch die Messung auch durch Anwendung einer Eichkurve ausführen. Fig. 6 zeigt einen Signalprozessor einer Meßvorrichtung, die eine Eichkurve verwendet. In Fig. 6 sind eine Meßeinrichtung und eine Antriebssteuerung weggelassen, weil sie denjenigen der Vorrichtung nach Fig. 3 entsprechen. Ein Signalprozessor 44 dieser Vorrichtung weist folgendes auf: einen Eichkurvenspeicher 45, um eine Eichkurve in bezug auf die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung als Parameter für eine theoretische Intensität oder ein theoretisches Intensitätsverhältnis von Röntgenfluoreszenz zu speichern; und eine Parameterbestimmungsschaltung 46, um die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung zu bestimmen, die eine Differenz zwischen einer tatsächlich gemessenen Intensität oder einem Intensitätsverhältnis von Röntgenfluoreszenz und einer durch die Eichkurve erhaltenen Intensität oder einem Intensitätsverhältnis von Röntgenfluoreszenz minimiert. Ein Signal, das die Röntgenfluoreszenz-Intensität oder das -Intensitäts verhältnis bezeichnet, das von Detektoren 25 und 35 detektiert wird, und ein Signal von dem Speicher 45 werden der Schaltung 46 zugeführt, und die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung, die eine Differenz zwischen der tatsächlich gemessenen Röntgenfluoreszenz Intensität oder dem Intensitätsverhältnis und der Röntgenfluoreszenz-Intensität oder dem -Intensitätsverhältnis, das durch die Eichkurve erhalten wird, minimieren, werden bestimmt, so daß die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung eines zu messenden plattierten Stahlblechs erhalten werden.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist die Methode grundsätzlich ähnlich wie bei dem ersten Aspekt mit der Ausnahme, daß anstelle von monochromatisierter Röntgenstrahlung gemäß der ersten Ausführungsform charakteristische Röntgenstrahlung verwendet wird, die von einem Sekundärtarget erzeugt wird. Bei diesem in Fig. 7 gezeigten Meßverfahren wird also charakteristische Röntgenstrahlung I&sub1; und I&sub2;, die von zwei Arten von Sekundärtargets erzeugt wird, auf ein zu messendes plattiertes Stahlblech 11 ausgestrahlt, und zwar unter Einfallswinkeln φ&sub1; und φ&sub2;, und Intensitäten von Fkα- Strahlung von Fe und kα-Strahlung von Zn, die von dem Blech 11 erzeugt werden, werden bei Lichtempfangswinkeln ψ&sub1; und ψ&sub2; gemessen.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird diese zweite Ausführungsform nach dem Flußdiagramm von Fig. 2 unter Nutzung der charakteristischen Röntgenstrahlung ausgeführt. Das Sekundärtarget kann entweder von einem Reflexionstyp oder einem Transmissionstyp sein.
Nachstehend werden Analyseresultate, die mit dem obigen Meßverfahren erhalten wurden, im einzelnen erläutert. Es sei angenommen, daß die Meßbedingungen für X&sub1; die einfallende Röntgenstrahlung Ii und die Meßwinkel (φ&sub1;, ψ&sub1;) sind und diejenigen für X&sub2; die einfallende Röntgenstrahlung 12 und die Meßwinkel (φ&sub2;, ψ&sub2;) sind.
Um der oben beschriebenen Bedingung (A) zu genügen, werden als Röntgenröhre bzw. Sekundärtarget eine Wolframfaden-Röntgenröhre bzw. eine Wolframplatte verwendet. Außerdem werden zum Erhalt der einfallenden Röntgenstrahlung 12 eine Wolframfaden-Röntgenröhre und eine Molybdänplatte verwendet. Durch Verwendung dieser Röntgenröhren und der Sekundärtargets ist es möglich, der obigen Bedingung (B) zu genügen. Infolgedessen können Einflüsse von Änderungen einer Meßdistanz und eines Meßwinkels, die durch eine Meßdistanzänderung aufgrund einer Änderung in der Dickenrichtung eines plattierten Stahlblechs verursacht werden, verringert werden.
Aus dem gleichen Grund wie bei der ersten Ausführungsform hat die einfallende Röntgenstrahlung 12 einen kleineren Dämpfungswert in bezug auf eine Plattierungsschicht als die einfallende Röntgenstrahlung I&sub1;, und die Meßwinkel (φ&sub2;, ψ&sub2;) sind größer als (φ&sub1;, ψ&sub1;) so daß die maximale Tiefe, bis zu der Röntgenfluoreszenz detektiert werden kann, d. h. die Analysetiefe, vergrößert wird. Außerdem wird zur Verbreiterung des Gesichtsfelds eines Detektors wie bei der ersten Ausführungsform ein Lochkollimator mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm auf der Einfailseite verwendet, und das Fenster eines Detektors auf der Lichtempfangsseite wird geöffnet.
Wenn bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt eine große Anzahl Standardproben verwendet werden kann, können die Standardproben anstelle der oben beschriebenen theoretischen Beziehung verwendet werden, um die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung des plattierten Stahlblechs 11 zu erhalten, indem eine Beziehung zwischen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung sowie einer Röntgenfluoreszenz-Intensität oder einem -Intensitätsverhältnis, d. h. eine Eichkurve, genutzt wird.
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. Diese Vorrichtung ist ebenso wie diejenige von Fig. 3 zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet, mit der Ausnahme, daß die bei dem ersten Aspekt verwendeten Monochromatoren 23 und 33 durch Reflexions-Sekundärtargets 43 bzw. 53 ersetzt sind. In Fig. 8 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 bezeichnet und werden nicht im einzelnen erläutert.
Wenn bei dieser Vorrichtung weiße Röntgenstrahlung von den Röntgenröhren 21 und 31 durch Lochkollimatoren 22 und 32 auf die Reflexions-Sekundärtargets 43 und 53 fällt, reflektieren und leiten die Targets 43 und 53 charakteristische Röntgenstrahlung zu dem Blech 11. Bei der Vorrichtung, die die oben beschriebene Anordnung hat, tritt weiße Röntgenstrahlung, die von den beiden Röntgenröhren 21 und 31 ausgestrahlt wird, durch die Kollimatoren 22 und 32 und trifft auf die Targets 43 bzw. 53, so daß charakteristische Röntgenstrahlung erzeugt wird. Die von den Targets 43 und 53 erzeugte charakteristische Röntgenstrahlung wird auf das Blech 11 bei Einfallswinkeln φ&sub1; bzw. φ&sub2; ausgestrahlt. Die von der Röhre 21 abgegebene weiße Röntgenstrahlung wird auf das Target 43 ausgestrahlt, und einfallende Röntgenstrahlung 11, die einen großen Dämpfungswert in bezug auf eine Plattierungsschicht hat, wird von dem Target 43 extrahiert und als einfallende Röntgenstrahlung für das Blech 11 genutzt. Die von der Röhre 31 abgegebene weiße Röntgenstrahlung wird auf das Target 53 ausgestrahlt, und einfallende Röntgenstrahlung 12, die einen viel kleineren Dämpfungswert in bezug auf die Plattierungsschicht als die einfallende Röntgenstrahlung I&sub1; hat, wird von dem Target 53 extrahiert und als einfallende Röntgenstrahlung für das Blech 11 genutzt.
Nachdem die einfallende Röntgenstrahlung I&sub1; und I&sub2; ausgestrahlt worden ist, werden Ka-Strahlungsintensitäten von Zn und Fe, die von dem Blech 11 erzeugt werden, von den Detektoren 25 und 35 bei den Lichtempfangswinkeln ψ&sub1; bzw. ψ&sub2; detektiert. Danach werden Parameterwerte auf die gleiche Weise wie in der Vorrichtung von Fig. 3 bestimmt, so daß die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung des Blechs 11 erhalten werden.
Es ist zu beachten, daß anstelle des Reflexions-Sekundärtargets ein Transmissions-Sekundärtarget verwendet werden kann. Fig. 9 zeigt nur eine Meßeinrichtung einer Vorrichtung, wobei anstelle der in Fig. 8 gezeigten Reflexions- Sekundärtargets 43 und 53 Transmissions-Sekundärtargets 63 und 73 verwendet werden, um charakteristische Röntgenstrahlung nach Ausstrahlen von Röntgenstrahlen durchzulassen. Bei dieser Vorrichtung können eine Plattierungsmenge und eine Plattierungsschichtzusammensetzung im wesentlichen auf die gleiche Weise wie in der Vorrichtung von Fig. 8 gemessen werden.
Die Fig. 10 und 11 sind Diagramme, die Analyseresultate zeigen, die bei Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 8 erhalten wurden.
Wie die Fig. 10 und 11 zeigen, sind die Plattierungsmenge und der Fe-Gehalt, die durch die Röntgenanalyse der Erfindung erhalten werden, zu der Plattierungsmenge und dem Fe- Gehalt, die durch chemische Analyse erhalten werden, proportional. Außerdem war die für die Messung benötigte Zeit ungewähr 10 s. Es wurde also bestätigt, daß die Messung inner halb eines kurzen Zeitraums präzise durchgeführt werden kann, obwohl die Fertigungsstraße eine echte Fertigungsstraße ist, die eine Meßdistanzänderung, eine Meßwinkeländerung, eine Temperatur/Feuchte-Änderung und dergleichen aufweist.
Um Einflüsse einer Temperatur/Feuchte-Änderung und eine Verschlechterung der Röntgenröhre über die Zeit ebenso wie bei der Vorrichtung von Fig. 3 zu verringern, werden die Analysewerte nicht direkt aus den Röntgenfluoreszenz-Intensitäten von Fe und Zn, sondern aus dem Röntgenfluoreszenz-Intensitätsverhältnis von Fe und Zn erhalten.
Ebenso wie bei der Vorrichtung der ersten Ausführungsform kann die Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform eine Eichkurve anstelle einer theoretischen Beziehung nutzen. In diesem Fall kann der gleiche Signalprozessor, der in Fig. 6 gezeigt und gemäß dem ersten Aspekt beschrieben ist, verwendet werden. Dadurch kann die Messung einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung unter Anwendung einer Eichkurve realisiert werden.
Wie oben beschrieben ist, wird gemäß den Verfahren der Erfindung Röntgenstrahlung mit einer Wellenlänge, die einen großen Absorptionswert in bezug auf eine Plattierungsschicht hat, extrahiert und auf ein zu messendes plattiertes Stahlblech ausgestrahlt, und zwar entweder durch eine monochromatisierende Verarbeitung oder ein Sekundärtarget. Daher kann die Röntgenfluoreszenz-Intensität bei einem größeren Meßwinkel als in einer herkömmlichen Vorrichtung gemessen werden. Dadurch können Einflüsse einer Meßdistanzänderung und einer Meßwinkeländerung, die durch eine Änderung in der Dickenrichtung des zu messenden plattierten Stahlblechs hervorgerufen werden, vermindert werden, und der Einfluß einer spektralen Änderung von einfallender Röntgenstrahlung kann verringert werden. Da ferner nur wenige Arten von Standardproben bei der Messung benötigt werden, um Umwandlungsparameter zum Umwandeln eines Meßwerts in einen theoretischen Wert zu erhalten, eignen sich das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung für ein In-line-Schema. Insbesondere bei dem zweiten Aspekt ist keine Wellenlängenintegration erforderlich, weil charakteristische Röntgenstrahlung, die von dem Sekundärtarget erzeugt wird, als einfallende Röntgenstrahlung genutzt wird, so daß die Meßgenauigkeit verbessert und die Meßdauer verkürzt wird.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann mit einer sehr einfachen Anordnung realisiert werden und kann die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung eines zu messenden plattierten Stahlblechs mit einem In-line- Schema präzise messen. Daher trägt diese Vorrichtung viel zur Verbesserung der Güte eines plattierten Erzeugnisses bei.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne vom Umfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wird in den Fig. 3 und 7 ein Zweiröhrensystem verwendet. Da jedoch eine Röntgenröhre allgemein eine Mehrzahl von Röntgenstrahlungs-Extraktionsfenstern hat, kann auch ein Einröhrensystem verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung eines plattierten Stahlblechs (11), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) Bestimmen von theoretischen Beziehungen für Intensitäten oder Intensitätsverhältnisse unter zwei verschiedenen Lichtempfangswinkeln (Ψ&sub1;, Ψ&sub2;) von K-Serien-Röntgenfluoreszenzstrahlung von Analyse-Targetelementen, die von dem plattierten Stahlblech reflektiert wird, wenn monochromatische Röntgenstrahlung oder charakteristische Röntgenstrahlung auf das plattierte Stahlblech (11) unter zwei verschiedenen Einfallswinkeln (φ&sub1;, φ&sub2;) ausgestrahlt wird;

(b) Messen von Röntgenfluoreszenz-Intensitäten oder -Intensitätsverhältnissen unter Verwendung von Standardproben, die bekannte Plattierungsmengen und bekannte Plattierungsschichtzusammensetzungen haben, unter den gleichen Bedingungen wie zum Erhalt der genannten theoretischen Beziehungen und Berechnen von Umwandlungskoeffizienten (a&sub1;, a&sub2;, b&sub1;, b&sub2;), um die Meßwerte an den Einfalls/Empfangs-Winkelpaaren (φ&sub1;, Ψ&sub1;; (φ&sub2;, Ψ&sub2;) unter Verwendung der theoretischen Beziehungen in theoretische Werte umzuwandeln;

(c) Messen der Röntgenfluoreszenz-Intensitäten oder -Intensitätsverhältnisse, die von dem zu messenden plattierten Stahlblech erhalten werden, das eine unbekannte Plattierungsmenge und eine unbekannte Plattierungsschichtzusammensetzung hat, unter den gleichen Bedingungen wie zum Erhalt der theoretischen Beziehungen und Umwandeln der gemessenen Intensitäten oder Intensitätsverhältnisse in erste theoretische Werte (Y&sub1;, Y&sub2;) von Intensitäten oder Intensitätsverhältnissen unter Verwendung der Umwandlungskoeffizienten (a&sub1;, a&sub2;, b&sub1;, b&sub2;) und

(d) Berechnen von zweiten theoretischen Werten (Y&sub1;', Y&sub2;') auf der Basis von bestehenden Röntgenfluoreszenz-Intensitätsbeziehungen, die die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung als variable Parameter enthalten;

(e) Minimieren der Differenz zwischen den ersten (Y&sub1;, Y&sub2;) und den zweiten (Y&sub1;', Y&sub2;') theoretischen Werten unter Variation dieser Parameter, um die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung des plattierten Stahlblechs zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die monochromatische Röntgenstrahlung, die auf das plattierte Stahlblech (11) auszustrahlen ist, von Monochromatoren (23, 33) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das plattierte Stahlblech (11) auszustrahlende charakteristische Röntgenstrahlung erhalten wird durch Ausstrahlen von Röntgenstrahlung, die von einem Röntgengenerator (21, 31) erzeugt wird, auf ein Sekundärtarget (43, 53).

4. Vorrichtung zum Messen einer Plattierungsmenge und einer Plattierungsschichtzusammensetzung eines plattierten Stahlblechs (11), wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

Röntgenstrahlungserzeugungseinrichtungen (21, 31) zum Erzeugen von Röntgenstrahlung und Umwandlungseinrichtungen (23, 33, 43, 53) zum Umwandeln der erzeugten Röntgenstrahlung in monochromatische Röntgenstrahlung oder charakteristische Röntgenstrahlung;

ein Paar Detektoren (25, 35) zum Messen der Intensitä ten bei zwei verschiedenen Winkeln der K-Serien-Röntgenfluoreszenzstrahlung von Analyse-Targetelementen, die erzeugt werden, wenn die monochromatische Röntgenstrahlung oder die charakteristische Röntgenstrahlung auf das plattierte Stahlblech (11) ausgestrahlt wird; ein Teilersystem (24, 34, 26, 36), um die erzeugte Röntgenstrahlung zu dem Paar von Detektoren (25, 325) über die Umwandlungseinrichtungen (23, 33, 43, 53) und das zu messende plattierte Stahlblech (11) zu leiten; gekennzeichnet durch

eine Umwandlungseinrichtung (15) für theoretische Werte, um die tatsächlich gemessenen Röntgenfluoreszenz-Intensitäten oder -Intensitätsverhältnisse unter Verwendung von Umwandlungskoeffizienten, die von Standardproben bekannt sind, in erste theoretische Werte (Y&sub1;, Y&sub2;) umzuwandeln;

eine Speichereinrichtung (16), um vorhandene Röntgenfluoreszenz-Intensitätsbeziehungen unter Verwendung der Plattierungsmenge und der Plattierungsschichtzusammensetzung als Parameter zu speichern;

eine Recheneinrichtung (17) für theoretische Werte, um zweite theoretische Werte (Y&sub1;', Y&sub2;') der Röntgenfluoreszenz-Intensitäten oder -Intensitätsverhältnisse unter Verwendung der bestehenden theoretischen Beziehungen bei gleichzeitiger Änderung der Parameter zu berechnen; und

eine Parameterbestimmungseinrichtung (18), um die Plattierungsmenge und die Plattierungsschichtzusammensetzung als diejenigen optimalen Parameter zu bestimmen, die die Differenz zwischen den ersten (Y&sub1;, Y&sub2;) und den zweiten (Y&sub1;', Y&sub2;') theoretischen Werten im wesentlichen minimieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtungen Monochromatoren (23, 33) aufweisen, um die von den Röntgenstrahlungserzeugungseinrichtungen (21, 31) erzeugte Röntgenstrahlung zu monochromatisieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtungen Reflexions-Sekundärtargets (43, 53) aufweisen, um die von den Röntgenstrahlungserzeugungseinrichtungen (21, 31) erzeugte charakteristische Röntgenstrahlung zu reflektieren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtungen Transmissions-Sekundärtargets (63, 73) aufweisen, um die von den Röntgenstrahlungserzeugungseinrichtungen (21, 31) erzeugte charakteristische Röntgenstrahlung durchzulassen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilersystem Kollimatoren (26, 36), die an einer Einfallseite angeordnet sind, und Flachplattenschlitze (24, 34) aufweist, die an einer Lichtempfangsseite angeordnet sind und eine veränderliche Breite haben.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoren (26, 36) Lochkollimatoren sind.