(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
剪断設備ラインに配置され、ライン走行中の鋼材の送り速度を検出するレーザ・ドップラ速度計と、鋼材の先端及び後端の測定位置への到達を検出する鋼材検知器とで、該鋼材の長さを測定する装置であって、
上記レーザ・ドップラ速度計には、鋼材の急激なバタツキ変動を押える押えロールと、該押えロールを保持すると共に、該速度計を鋼材の被測定面に垂直で且つ一定距離に保持する速度計保持手段と、速度計への鋼材振動の伝搬を防止する緩衝手段とを備えてなることを特徴とする鋼材長さの測定装置。
【請求項２】
上記速度計保持手段を、鋼材を挟み鋼材搬送用ローラ・テーブルと相反する側に配置したことを特徴とする請求項１記載の鋼材長さの測定装置。
【請求項３】
上記速度計保持手段を、平行四辺形のリンク構造としたことを特徴とする請求項１又は２記載の鋼材長さの測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材長さの測定装置に関し、特に、剪断設備で所定の製品寸法に剪断する場合の鋼材長さを、高精度で計測する技術に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
圧延、熱処理された鋼材を、所定寸法に剪断し、製品に仕上げるラインでは、製品の歩留向上及び品質保証の観点から、鋼材の剪断時及び検査時に、矩形寸法の高精度測定を行っている。この高精度測定の対象には、長さの測定もあり、それは、一般に、タッチ・ロール１７とパルス・エンコーダ１８とを組み合わせた所謂メジャーリング・ロール方式で行われている（図３参照）。つまり、走行中の鋼材２に接触させて回転しているタッチ・ロール１７で、パルス・エンコーダ１８を回し、鋼材２の送り長さに比例して発生したパルスを検出し、測長する方式である。
【０００３】
しかしながら、上記メジャーリング・ロール方式の装置は、構造がシンプルで扱い易いが、タッチ・ロール１７を鋼材２と接触させるため、下記のような測長誤差を含み、従来より不満足な状態で使用されてきた。
（１）摩擦抵抗の利用から、タッチ・ロールと鋼材は常に滑っているので、この滑りに起因した測長誤差
（２）鋼材の変形等による急激な位置変化で、タッチ・ロールが鋼材から一時的に離れ、鋼材走行速度とパルス・エンコーダの回転速度が無関係になることに起因した測長誤差
（３）タッチ・ロール表面の摩滅で、タッチ・ロールの円周長さ変化に起因する測長誤差
そこで、近年は、レーザ技術を応用したレーザ・ドップラ速度計を用い、鋼材と非接触で測長する試みが行われるようになった（特開昭５８−１０９８０７号公報、特開平４−２９００１号公報、特開平４−１５１５８８号公報、特開平５−４０１７６号公報参照）。この測長方式は、レーザ光のドップラ効果を利用した速度計によって、鋼材に非接触で、その送り速度を高精度で測定するので、前記タッチ・ロールに生じた測長誤差を解消できる利点があった。
【０００４】
しかしながら、この方式にも下記に述べるような問題点が多々存在し、未だ具現化していない状況にある。
まず、レーザ・ドップラ速度計（以下、単に速度計という場合が多い）ドップラ効果の原理上、測定可能な距離範囲が狭く（例えば、速度測定では、光源から９５〜１０５ｍｍの範囲）、鋼材の変形等による急激な変化で測定位置が上記範囲から外れると、一時的に測長不能になる。また、上記測定位置の変化が、測定可能な範囲内にあっても、測定値のリニアリティによる誤差を生じ、正確な測長ができないという問題があった。
【０００５】
そこで、この鋼材の変形等による測定位置の変化を、別途ピンチ・ロール機構を設けて抑制することが考えられた。しかし、測長対象の鋼材は、質量が１２トン、寸法が厚さ０．０１ｍ×幅４ｍ×長さ４０ｍで、その走行速度が２ｍ／ｓｅｃにも達するので、該ピンチ・ロール機構は大がかり過ぎて、実現できない。また、別の対策として、測定可能な距離範囲内の最適位置に、該速度計を維持するよう、自動位置制御機構を設けることも試みられている。しかし、この場合も制御に高速性が要求され、技術的に達成困難な状況にある。
【０００６】
さらに、鋼材は、その厚みが薄いと、主に搬送ロールとの衝突に起因した高周波バタツキ振動（振動数  １０００Ｈｚ以上）を発生する。この振動は、速度計に対して鋼材位置の高速変化を起こす状態になり、鋼材速度の検出誤差を生じ、該速度計では、正確な測長ができないという別の問題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情を鑑み、レーザ・ドップラ速度計を利用した従来の測長技術を改善し、より高精度な鋼材長さの測定装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、レーザ・ドップラ速度計を用いた従来の測長技術での問題点を個別に解消すべく鋭意努力し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、剪断設備ラインに配置され、ライン走行中の鋼材の送り速度をレーザ・ドップラ速度計と、鋼材の先端及び後端の測定位置への到達を検出する鋼材検知器とで、該鋼材の長さを測定する装置であって、上記レーザ・ドップラ速度計には、鋼材の急激なバタツキ変動を押える押えロールと、該押えロールを保持すると共に、該速度計を鋼材の被測定面に垂直で且つ一定距離に保持する速度計保持手段と、速度計への鋼材振動の伝搬を防止する緩衝手段とを備えてなることを特徴とする鋼材長さの測定装置である。
【０００９】
また、本発明は、上記速度計保持手段を、鋼材を挟み鋼材搬送用ローラ・テーブルと相反する側に配置したことを特徴とする鋼材長さの測定装置である。
さらに、本発明は、上記速度計保持手段を、平行四辺形のリンク構造としたことを特徴とする鋼材長さの測定装置でもある。
本発明では、従来のレーザ・ドップラ速度計を用いた鋼材長さの測定装置を上記のような構造に改良したので、従来より高精度で鋼材長さが測定できるようになる。その結果、製品寸法（品質）及び歩留の向上が期待できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明で用いるレーザ・ドップラ速度計について説明する。
それは、所謂ドップラ現象を利用した速度計で、図４に示すように、走行中の鋼材２に２本のレーザ光（Ｋ１）とレーザ光（Ｋ２）を任意の交差角φで照射し、交差させ位置にある鋼材表面で干渉した散乱光（Ｋ３）を受光装置２５で捕獲し、鋼材の走行速度Ｖをドップラ信号ｆｄとして検出する。
【００１１】
ドップラ信号ｆｄと鋼材の走行速度の関係は、式（１）の通りである。
Ｖ＝（ｆｄ・２π）／（Ｋ２−Ｋ１）
ｆｄ＝（２Ｖ／λ）・ｓｉｎ（φ／２）・ｃｏｓ（θ−２π）    …（１）
ここで、λは、照射レーザ光の波長であり、この測定原理から、測定対象までの距離を一定に保持することが、この速度計１０の高精度（１／１００００）機能を発揮するために必要である。
【００１２】
そして、該速度計１０の測定可能距離範囲は、上記照射したレーザ光（Ｋ１）とレーザ光（Ｋ２）の交差する範囲（図４では記号１３で示す）で、この測定可能距離範囲を外れた位置に鋼材２がある場合には、レーザ光（Ｋ１）とレーザ光（Ｋ２）の干渉した散乱光（Ｋ３）が出現せず、鋼材２の走行速度が検出不能になる。つまり、照射したレーザ光（Ｋ１）とレーザ光（Ｋ２）の交差する点に安定して鋼材２を保持できれば、鋼材２の厚み方向での高速変化に応じた干渉散乱光Ｋ３が安定した状態で得られるようになり、該速度計１０の機能が１００％発揮できるのである。なお、この速度計１０を鋼材２に対して垂直に保持のは、式（１）に示すｃｏｓ（θ−２π）の光を安定させるためであり、上記機能の確保に必要なことである。
【００１３】
次に、この速度計１０を使用した本発明に係る鋼材長さの測定装置であるが、それは、図５に示すブロック図で全体が理解できる。つまり、本発明は、鋼材検出器で走行中の鋼材先端及び尾端とを検出し、その先端検出から尾端検出までをレーザ・ドップラ速度計１０で測定する。その際、該速度計１０で得た鋼材の単位長さに対応するパルス（０．１ｍｍ／パルス）を、上記鋼材２の先端（信号３４）から後端（信号３５）検出まで加算してカウンタ３３で読み取るようにしてある。このカウンタ３３の値と固定長Ｌとを加えて鋼材長さとする。
【００１４】
そして、本発明は、図５に示した速度計１０の取り付け方に種々の改良を施したものであり、第１の重要ポイントは、図５に示した速度計１０に図１及び２に示すような鋼材２の押えロール１６を備えたことである。これによって、鋼材２の厚みが薄い場合、搬送用テーブル・ローラ１等との衝突で発生する該鋼材２の高周波バタツキ振動（振動数１０００Ｈｚ以上）の問題を解決した。つまり、後述の速度計保持手段に連結した該押えロールと搬送用テーブル・ローラ（図示しないが、測定位置の鋼材２裏側に該搬送用テーブル・ローラがあると、押え込み効果が最も大きい）とでピンチすることで、鋼材２の高周波バタツキ振動を押え込み、該速度計１０に対する鋼材２の位置が高速で変位してドップラ効果が劣化する問題を解消したのである。
【００１５】
また、本発明に係る装置の第２の重要ポイントは、上記速度計１０及び押えロール１６を速度計保持手段１１で保持する構造としたことである。これによって、レーザ・ドップラ速度計１０を鋼材２に対して測定可能距離範囲内に押えロール１６と速度計保持手段１１の機械寸法で一定値に安定保持することから、レーザ・ドップラ速度計１０の測定可能距離が狭く（通常、９５ｍｍ〜１０５ｍｍの範囲）、鋼材２の変形等で測定位置が変化し、レーザ・ドップラ速度計１０の測定可能距離範囲から外れ、１時的に測定が不能となる問題、及び測定可能範囲内の変動でも測定値のリニアリティによる誤差を生じ、正確な測長ができない問題を解決した。
【００１６】
具体的には、鋼材２の変形等による測定位置の変化に対し、図１に示す上記保持手段１１の平行四辺形のリンクが、速度計１０が常に鋼材面に垂直になるよう追従変形し、該速度計１０を鋼材面に対して一定距離で且つ垂直に保持するのである。
さらに、本発明に係る装置の第３の重要ポイントは、図２に示すように、上記速度計保持手段１１に取り付けた場合の振動から速度計１０を保護するため、振動に対する緩衝手段１２（具体的には、防振ゴム、バネ、ダンパー機構などで構成する）を設けたことである。これによって、振動等の環境に弱い高性能電子装置であり、且つ高性能光学機器であるレーザ・ドップラ速度計１０が、上記鋼材２のバタツキ振動を受けた場合（振動数２００Ｈｚ以上）に短時間で破損し、使用不能となる問題を解決したのである。つまり、鋼材２の広域な振動が伝搬して生じる速度計保持手段１１の高周波振動（２００Ｈｚ以上、２０Ｇ）を抑えている。この際、レーザ・ドップラ速度計１０への振動伝搬率は、５％以下にまで減衰し、振動等の環境に弱く、高性能電子装置で且つ高性能光学機器で構成しているレーザドップラ速度計１０を、押えロール１６と速度計保持手段１１の機械寸法で一定値に安定保持の機構において高信頼性の機器として使用できるようにしたのである。
【００１７】
最後に、本発明の実施成績を従来のメジャーリング方式による場合と比較し、図６に示す。図６より、本発明の優れていることが明らかである。なお、本実施形態では、速度計保持手段１１に平行四辺形のリンクを用いたが、本発明は、それに限らず、リニアガイド機構、シリンダ機構、レール機構等、該速度計１０と鋼材２面との間を一定距離で且つ垂直に保つものであればいかなる構造のものでも良い。
【００１８】
また、緩衝手段１２は、高周波振動（５００Ｈｚ以上、２０Ｇ）に対しては防振ゴム、低周波振動（２００Ｈｚ以上、１０Ｇ）に対してはスポンジ等の防振体で十分であるが、本発明はこれらに限定するものではなく、レーザ・ドップラ速度計を安定に保持できてよく防振できるものであれば良い。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、高精度な鋼材長さの測定ができるようになり、製品寸法（品質）及び歩留の向上が達成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋼材長さの測定装置の主要部を示す側面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】従来からあるメジャーリング・ロール方式測長装置の概念を示す斜視図である。
【図４】レーザ・ドップラ速度計での測長原理を説明する図である。
【図５】本発明に係る鋼材長さの測定装置の全体を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る鋼材長さの測定装置による測長結果を、従来装置での結果と比較した図である。
【符号の説明】
１    ローラ・テーブル
２    鋼材（鋼板）
１０  レーザ・ドップラ速度計
１１  速度計保持手段
１２  緩衝手段
１３  測定可能距離範囲
１４  一定距離
１５  直角
１６  押えロール
１７  メジャーリング（タッチ）・ロール
１８  パルス・エンコーダ
１９  メジャーリング・アーム
２０  昇降手段
２４  レーザ発生装置
２５  受光装置
３０  防振ゴム
３１  スポンジ類
３２  単位長さ対応パルス
３３  カウンタ
３４  鋼材の先端信号
３５  鋼材の後端信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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