(57)【要約】【課題】  レーザー光源と受光器を用いて圧延ラインの芯出しを行なう際に、レーザービームに欠けを生じないようにしてその重心位置を正確に検出し、前記芯出しおよび芯ずれ量の測定を精度よく行なう装置と方法を提供することである。  【解決手段】  照射方向調整手段２ｂを備えたレーザー投光部２を、予め、圧延ラインの入側と出側の方向にレーザービームが同一軸上で照射されるように光軸調整をした後に前記入側と出側の中央部に配置し、圧延ラインの中心軸ＣＬに沿った入側と出側の基準点に受光器３ａ、３ｂを配置し、前記照射方向調整手段２ｂにより、レーザー投光部２から受光器３ａおよび３ｂにレーザービームを順番に照射して芯出しを行なうようにした。それにより、レーザービームの伝播距離が半分になるため、レーザービームの広がりが半減されてビーム欠けを生じず、レーザービーム強度の重心位置の検出精度（芯出し精度）が向上する。【選択図】  図２
2006055861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源と、
このレーザー光源から照射されたレーザービームを検出する受光器と、
前記レーザー光源の照射方向の調整を可能とする照射方向調整手段とを備え、
前記受光器から出力される出力映像信号を処理して検出したレーザービームの中心位置に基づいて芯出しを行なう圧延ラインの芯出し装置であって、
前記レーザー光源が圧延ラインの入側と出側の間に配置され、前記受光器が圧延ラインの入側および／または出側に圧延ラインの中心軸に沿って配置され、前記照射方向調整手段が、レーザービームを前記入側と出側の対向する２方向に順番に照射してそれらの光軸が一致するように調整可能な機能を有し、この調整された２方向のレーザービームの光軸をそれぞれ前記中心軸に合致させ、この光軸を基準線として芯出しを行なうようにしたことを特徴とする圧延ラインの芯出し装置。
【請求項２】
レーザー光源と、
このレーザー光源から照射されたレーザービームを検出する受光器と、
前記レーザー光源の照射方向の調整を可能とする照射方向調整手段とを備え、
前記受光器から出力される出力映像信号を処理して検出したレーザービームの中心位置に基づいて芯出しを行なう圧延ラインの芯出し装置であって、
前記レーザー光源が圧延ラインの入側と出側の間に配置され、前記受光器が圧延ラインの入側および／または出側に圧延ラインの中心軸に沿って配置され、前記照射方向調整手段が、ビームスプリッタを備えてレーザービームを前記入側と出側の対向する２方向に分岐・照射し、それらの光軸が一致するように調整可能な機能を有し、この調整された２方向のレーザービームの光軸を圧延ラインの中心軸に合致させ、この光軸を基準線として芯出しを行なうようにしたことを特徴とする圧延ラインの芯出し装置。
【請求項３】
レーザー光源と、
このレーザー光源から照射されたレーザービームを検出する受光器と、
前記レーザー光源の照射方向の調整を可能とする照射方向調整手段とを備え、
前記受光器から出力される出力映像信号を処理して検出したレーザービームの中心位置に基づいて芯出しを行なう圧延ラインの芯出し装置であって、
前記レーザー光源が圧延ラインの入側と出側の間に配置され、前記受光器が圧延ラインの入側および／または出側に圧延ラインの中心軸に沿って配置され、前記レーザー光源が、同一軸上の反対方向に照射可能な一対のレーザー投光ユニットを備え、このレーザー投光ユニットの少なくとも一方に前記照射方向調整手段（４ａ）を設けて互いに反対方向に照射されたレーザービームのそれぞれの光軸を一致させ、前記一対のレーザー投光ユニットに、さらに前記照射方向調整手段（４ｂ）を設けて、互いに反対方向に照射されたレーザービームのそれぞれの光軸を前記中心軸に対して調整できるようにしたことを特徴とする圧延ラインの芯出し装置。
【請求項４】
レーザー光源の照射方向の調整を可能とする照射方向調整手段を備えたレーザー光源を圧延ラインの入側と出側の間に配置し、このレーザー光源から照射されたレーザービームを検出する受光器を圧延ラインの入側および／または出側にその中心軸に沿って配置し、まず、前記レーザー光源からレーザービームを圧延ラインの出側または入側方向に照射し、その光軸を前記照射方向調整手段により前記中心軸に合致させた後、前記照射方向調整手段により、前記レーザー光源の照射方向を反転させてレーザービームを圧延ラインの入側または出側方向に照射してそのレーザービームの光軸を圧延ラインの中心軸に合致させ、これらの合致させたレーザービームの光軸を基準線として圧延ラインの対象物の芯ずれ量を測定するようにした圧延ラインの芯ずれ測定方法。
【請求項５】
レーザービームの照射方向調整手段（４ａ）を少なくとも一方に設けて同一軸上の反対方向に照射を可能とした一対のレーザー投光ユニットを備え、前記一対のレーザー投光ユニットにその光軸を同時に調整する照射方向調整手段（４ｂ）を設けて形成したレーザー光源を圧延ラインの入側と出側の間に配置し、前記レーザー光源から照射されたレーザービームを受光する受光器を圧延ラインの出側および／または入側にその中心軸に沿った基準点に配置し、まず、前記照射方向調整手段（４ａ）により、前記一対のレーザー投光ユニットから互いに反対方向に照射されたレーザービームの光軸を一致させた後、前記照射方向調整手段（４ｂ）により、前記一方のレーザー投光ユニットから照射したレーザービームの中心を圧延ラインの出側または入側に設けた基準点に一致させた後、他方のレーザー投光ユニットから照射したレーザービームの中心を圧延ラインの入側または出側に設けた基準点に一致させ、この一致させる過程で、前記照射方向調整手段（４ｂ）を水平方向および垂直方向に回転させた角度を測定し、これらの回転角度を用いてレーザービームの中心からの芯出し対象物の水平方向および垂直方向のずれ量をそれぞれ算出し、このずれ量を補正して芯出し対象物の圧延ラインの中心軸からの芯ずれ量を求める圧延ラインの芯ずれ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、この発明は、線材、棒鋼などの鋼材の圧延工場で、圧延ラインを形成している圧延機や水冷帯などの装置の芯だし作業工程で使用する芯出し装置とそれを用いた芯ずれ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、線材の仕上げ圧延ラインでは、仕上げ圧延機をはじめ、水冷帯、圧延材のガイド類などが多数存在し、その長さは全長で３０ｍ以上に達する。この仕上げ圧延ラインでの圧延工程で、一般に、直径５ｍｍ〜２０ｍｍの線材を製造している。前記仕上げ圧延ラインに芯ずれが発生していると、加熱炉から抽出されて順調に圧延されてきた圧延材が芯ずれ発生位置で曲がってしまい、ミスロールが発生したりして安定して圧延することが難しくなる。一旦、ミスロールが発生すると、その復旧作業に多大な労力と時間を要し、生産面での大きな機会損失を招くことになる。また、圧延が安定しないと、大量の品質不良が発生するおそれがあり、この場合にも多大な損失を受けることになる。このため、仕上げ圧延ラインなど、圧延ラインの芯ずれをなくすことが安定な生産をする上で非常に重要となる。
【０００３】
従来から、圧延ラインの芯ずれをなくすために用いる方法として、（ａ）圧延ラインの入側と出側に基準点を設け、その間にピアノ線を張り、この基準点間に張設したピアノ線を基準として個々の装置の芯出しをする方法、（ｂ）建築や土木分野でよく使用されるトランシット測量法を用いて、圧延ラインの個々の装置についてその中心座標を計測し、適正な位置に合わせて芯出しを行なう方法、などが知られている。
【０００４】
一方、前記従来法（ａ）、（ｂ）のほかに、芯出し方法として、多段圧延機の第１スタンド入側に近接してレーザー照射部を、最終スタンド出側に近接してレーザー照射部の発射ビーム検出部を設け、レーザービームのセンターを基準線として各スタンドの圧延ロールの芯出しを行なう方法が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５７−１２１８１０号公報（第１頁〜第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記従来法（ａ）では、長さが３０ｍ以上もの仕上げ圧延ラインの端から端までピアノ線を張ると、撓みが生じて水平方向でも芯出し精度が出難く、まして垂直方向では自重で撓みがより顕著となり、尚更芯出し精度が出難くなる。また、このピアノ線を張設する方法では、測定および準備に時間がかかるため、必要に応じて頻繁に実施することは困難である。また、前記従来法（ｂ）では、線材の最小直径が５ｍｍと極めて細い上に、複雑に機材が組み合わさった仕上げ圧延ラインの中でトランシットを使用して測量することは不可能である。このため、仕上げ圧延機や水冷帯などの測定対象物ごとに別個に芯出し基準を設け、この基準に基づいて芯出しをする必要がある。この場合、実際に圧延ラインに組み込まれた状態で測定されていないため、芯出し基準がずれていても把握できず、信頼性の面で問題がある。さらに、従来法（ａ）の場合と同様に、測定および準備に時間がかかり、必要に応じて頻繁に実施することは困難である。
【０００６】
前記特許文献１に開示された、芯出し方法では、圧延ライン全長ではなく、多段鋼管圧延機のみを対象としている。一般に、多段圧延機は長くても１０ｍ以下である。それに対し、仕上げ圧延ラインは、前述のように、３０ｍ以上の長さがある。前記レーザービームは横方向の広がりを有するため、３０ｍ以上もの距離を照射するのであれば、この横方向の広がりの影響を考慮する必要がある。一般に、図１に示すように、レーザービームの広がり角（半角）θとビーム径Ｄは以下のように表される。
【０００７】
【数１】
2006055861.tif 000003
【０００８】
ここに、λ：レーザーの波長    Ｄ0：照射部出側（元々の）ビーム直径
Ｌ：レーザービーム伝播距離
レーザー光を一般的なＨｅ−Ｎｅレーザー光で、その波長λを６３３ｎｍとし、元々のビーム径Ｗ0を一般的な数値であるφ１ｍｍとすると、上記式（２）により、レーザー光源から３０ｍ先でのレーザービーム径はφ１３ｍｍに広がるため、芯出し対象物と干渉してレーザービームに欠けを生じるおそれがある。一般に、レーザービームを受光する検出器としては、ビデオカメラ、ＣＣＤ撮像素子や位置検出等が用いられ、レーザービーム強度の重心を求めることで芯出し測定を行うが、レーザービームに欠けを生じると、レーザービーム強度の正確な重心位置を検出できなくなり、圧延ラインの中心位置を１ｍｍ程度の高精度で導出することは困難となる。また、レーザービームを圧延ラインの中心軸に沿って、３０ｍの距離間で中心軸からのずれ量（芯ずれ量）を１ｍｍ以下の精度で保つためには、回転角度で、
ａｔａｎ（0.001m/30m）≒0.002度≒7秒
の精度でレーザー投光部の回転角度を合わせる必要があり、角度調整が非常に難しく、芯出し測定が困難となる。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、レーザー光源と受光器を用いて線材の仕上げ圧延ラインなど、長い圧延ラインでの芯出しを行なう際に、レーザービームに欠けを生じないようにしてその重心位置を正確に検出し、圧延ラインの芯出しおよび圧延ラインの芯出し対象物の芯ずれ量の測定を精度よく行なう装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【００１１】
即ち、請求項１に係る圧延ラインの芯出し装置は、レーザー光源と、このレーザー光源から照射されたレーザービームを検出する受光器と、前記レーザー光源の照射方向の調整を可能とする照射方向調整手段とを備え、前記受光器から出力される出力映像信号を処理して検出したレーザービームの中心位置に基づいて芯出しを行なう圧延ラインの芯出し装置であって、前記レーザー光源が圧延ラインの入側と出側の間に配置され、前記受光器が圧延ラインの入側および／または出側に圧延ラインの中心軸に沿って配置され、前記照射方向調整手段が、レーザービームを前記入側と出側の対向する２方向に順番に照射してそれらの光軸が一致するように調整可能な機能を有し、この調整された２方向のレーザービームの光軸をそれぞれ前記中心軸に合致させ、この光軸を基準線として芯出しを行なうようにしたことを特徴とする。
【００１２】
このようにすれば、圧延ラインの入側と出側の間、例えば、入出側間の中央部にレーザー光源を配置し、照射方向調整手段によりレーザー光源を反転させて圧延ラインの入側方向および出側方向に順番にレーザービームを照射することにより、圧延ライン内のレーザービームの伝播距離が１／２に短縮されるため、レーザービーム径の広がりが低減する。この広がりの低減によって、例えば、線材の仕上げ圧延ラインでは、仕上げ圧延機〜サイジングミル間等全長３０ｍ以上に亘って、穿孔直径５〜３０ｍｍのロール孔型やガイドなどが配置された中を、これらの芯出し対象物と干渉せずに、即ち、欠けを生じずにレーザービームを伝播させることが可能となる。
【００１３】
請求項２に係る圧延ラインの芯出し装置は、レーザー光源と、このレーザー光源から照射されたレーザービームを検出する受光器と、前記レーザー光源の照射方向の調整を可能とする照射方向調整手段とを備え、前記受光器から出力される出力映像信号を処理して検出したレーザービームの中心位置に基づいて芯出しを行なう圧延ラインの芯出し装置であって、前記レーザー光源が圧延ラインの入側と出側の間に配置され、前記受光器が圧延ラインの入側および／または出側に圧延ラインの中心軸に沿って配置され、前記照射方向調整手段が、ビームスプリッタを備えてレーザービームを前記入側と出側の対向する２方向に分岐・照射し、それらの光軸が一致するように調整可能な機能を有し、この調整された２方向のレーザービームの光軸を圧延ラインの中心軸に合致させ、この光軸を基準線として芯出しを行なうようにしたことを特徴とする。
【００１４】
このように、ビームスプリッタを用いることにより、１つのレーザー光源からのレーザービームを１８０°相反させて、即ち圧延ラインの入側および出側に分岐させて照射できるため、前記照射方向調整手段にレーザー光源を１８０°反転させる回転機構が不要となり、また、反転動作が不要となる分だけ方向調整も容易となる。
【００１５】
請求項３に係る圧延ラインの芯出し装置は、レーザー光源と、このレーザー光源から照射されたレーザービームを検出する受光器と、前記レーザー光源の照射方向の調整を可能とする照射方向調整手段とを備え、前記受光器から出力される出力映像信号を処理して検出したレーザービームの中心位置に基づいて芯出しを行なう圧延ラインの芯出し装置であって、前記レーザー光源が圧延ラインの入側と出側の間に配置され、前記受光器が圧延ラインの入側および／または出側に圧延ラインの中心軸に沿って配置され、前記レーザー光源が、同一軸上の反対方向に照射可能な一対のレーザー投光ユニットを備え、このレーザー投光ユニットの少なくとも一方に前記照射方向調整手段（４ａ）を設けて互いに反対方向に照射されたレーザービームのそれぞれの光軸を一致させ、前記一対のレーザー投光ユニットに、さらに前記照射方向調整手段（４ｂ）を設けて、互いに反対方向に照射されたレーザービームのそれぞれの光軸を前記中心軸に対して調整できるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
このような装置構成にすれば、後述するように、レーザー光源の光軸を必ずしも厳密に圧延ラインの中心軸上に合致させなくても、対象とする装置類の芯ずれ量の測定が可能となり、測定操作が簡便化され、測定時間の短縮も可能となる。
【００１７】
請求項４に係る圧延ラインの芯ずれ測定方法は、レーザー光源の照射方向の調整を可能とする照射方向調整手段を備えたレーザー光源を圧延ラインの入側と出側の間に配置し、このレーザー光源から照射されたレーザービームを検出する受光器を圧延ラインの入側および／または出側にその中心軸に沿って配置し、まず、前記レーザー光源からレーザービームを圧延ラインの出側または入側方向に照射し、その光軸を前記照射方向調整手段により前記中心軸に合致させた後、前記照射方向調整手段により、前記レーザー光源の照射方向を反転させてレーザービームを圧延ラインの入側または出側方向に照射してそのレーザービームの光軸を圧延ラインの中心軸に合致させ、これらの合致させたレーザービームの光軸を基準線として圧延ラインの対象物の芯ずれ量を測定するようにした測定方法である。
【００１８】
請求項５に係る圧延ラインの芯ずれ測定方法は、レーザービームの照射方向調整手段（４ａ）を少なくとも一方に設けて同一軸上の反対方向に照射を可能とした一対のレーザー投光ユニットを備え、前記一対のレーザー投光ユニットにその光軸を同時に調整する照射方向調整手段（４ｂ）を設けて形成したレーザー光源を圧延ラインの入側と出側の間に配置し、前記レーザー光源から照射されたレーザービームを受光する受光器を圧延ラインの出側および／または入側にその中心軸に沿った基準点に配置し、まず、前記照射方向調整手段（４ａ）により、前記一対のレーザー投光ユニットから互いに反対方向に照射されたレーザービームの光軸を一致させた後、前記照射方向調整手段（４ｂ）により、前記一方のレーザー投光ユニットから照射したレーザービームの中心を圧延ラインの出側または入側に設けた基準点に一致させた後、他方のレーザー投光ユニットから照射したレーザービームの中心を圧延ラインの入側または出側に設けた基準点に一致させ、この一致させる過程で、前記方向調整手段（４ｂ）を水平方向および垂直方向に回転させた角度を測定し、これらの回転角度を用いてレーザービームの中心からの芯出し対象物の水平方向および垂直方向のずれ量をそれぞれ算出し、このずれ量を補正して芯出し対象物の圧延ラインの中心軸からの芯ずれ量を求める測定方法である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明では、レーザー光源を圧延ラインの入側と出側間、例えば、入出側間の中央部に配置して、レーザービームを反転または分岐させて入側および出側方向に照射するようにしたので、圧延ライン内のレーザービームの伝播距離を半減させることが可能となる。伝播距離が短くなるため、レーザービーム径の広がりも低減し、線材の仕上げ圧延ラインの場合、全長３０ｍ以上に亘って、ロール孔型やガイドなど内径が５〜３０ｍｍの芯出し対象物の中を、それらと干渉せずに伝播させることが可能となる。その結果、レーザービームに欠けを生ぜず、またビーム径自体が小さくなるため、レーザービーム強度の重心位置の検出精度、即ち、芯出し精度が向上する。
【００２０】
また、圧延ラインの入側と出側間に、１８０°相反する方向にビームを照射できる一対のレーザー投光ユニットと照射方向調整手段とを備えたレーザー光源を配置することにより、その位置が、即ち光軸が圧延ラインの中心軸に一致していなくても、ビーム径の広がりを抑えてビーム重心の検出精度（芯出し精度）の向上が可能であり、測定操作が簡便化され、測定時間の短縮等、測定効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１〜図１０に基づいて説明する。
【００２２】
図２（ａ）は、線材の仕上げ圧延ライン１の装置（芯出し対象物）の配置を模式的に示したもので、仕上げ圧延機５、５ａの出側に、圧延材を調整冷却する水冷帯６、および水冷された圧延材を誘導するガイド７が設置されている。仕上げ圧延ラインの入側および出側、即ち仕上げ圧延機５の入側およびガイド７の出側には、基準点８および基準点８ａがそれぞれ設けられている。ここで、基準点８と８ａとを結ぶ直線が圧延ラインの中心軸ＣＬ（パスライン）である。仕上げ圧延機５ａと水冷帯６との間に、レーザー光源、即ちレーザービームを投光するレーザー投光部２が配置され、前記基準点８および８ａの位置に、受光器３ａおよび３ｂとして、二次元分解能力を有する受光器のＣＣＤカメラがその受光部の中心を前記圧延軸ＣＬに合致させてそれぞれ設置されている。このＣＣＤカメラには、例えば、１インチ型の撮像素子が組み込まれ、この撮像素子の前面に、減光効果があるＮＤフィルタが取り付けられ、ＣＣＤカメラの輝度出力が最大値の約５０％になるようにして、ＣＣＤカメラが飽和しないようにしている。そしてＣＣＤカメラは、その出力映像信号を処理してレーザー投光ユニット２ａから出射されるレーザービーム強度の中心位置を検出する画像処理ボードを組み込んだパソコンなどの信号処理装置（図示省略）に接続されている。
【００２３】
前記レーザー投光部２は、図２（ｂ）に示すように、レーザー投光ユニット２ａと、照射されるレーザービームの光軸を変更および調整する照射方向調整手段である回転ステージ２ｂからなり、このレーザー投光ユニット２ａにはビームエキスパンダ光学系が組み込まれている。レーザー投光部２はＨｅ−Ｎｅレーザー（波長：λ＝６３３ｎｍ、ビーム径：φ１ｍｍ）を光源とし、出射ビームをビームエキスパンダ光学系で４倍に拡大して出射ビーム径（Ｄ0）をφ４ｍｍとした平行（コリメート）光がレーザー投光ユニット２ａから照射される。レーザー投光ユニット２ａを回転ステージ２ｂにより、圧延機の入側方向または出側方向から、出側方向または入側方向へ１８０°回転させることにより、レーザー投光ユニット２ａから出射されたレーザービームは、入側および出側の２方向に順番に照射される。この２方向のレーザービームの光軸が一致するように予めオフラインで光軸調整をした後に、レーザー投光部２が、図２（ａ）に示したように、仕上げ圧延機５ａと水冷帯６の中央部に配置される。配置後、入側および出側の２方向の光軸が、前記受光器３ａ、３ｂの中心にそれぞれ一致するように、即ち仕上げ圧延ライン１の圧延中心軸ＣＬに一致するように、回転ステージ２ｂを回転させて光軸調整を行なうことによって、仕上げ圧延ライン１の入側から出側に至る芯出しのための直線基準が得られる。このようにして、レーザービーム投光部２とその受光部３ａ、３ｂからなるレーザービーム光学系を用いて、仕上げ圧延ライン１の芯出しが可能となる。なお、前記２方向のレーザービームの光軸を一致させるための光軸調整は必ずしも予め調整しておく必要はなく、仕上げ圧延ライン１の中央部、即ち圧延機５ａと水冷帯６の中央部に配置した後に、受光器３ａ、３ｂの中心に一致するように光軸調整を行なえば、必然的に２方向の光軸は一致するが、予め光軸調整をしておくと、前記中央部に配置した後の光軸調整に要する操作が簡単になる。
【００２４】
前記直線基準からの、ロールやガイドなどの測定対象物の芯ずれ量を、例えば、仕上げ圧延ライン１の入側から中央部の間、即ち受光器３ａからレーザービーム投光部２の間の対象物について測定する場合には、まず、前記光軸調整によって、レーザービーム投光ユニット２ａから出射（照射）されるレーザービームの中心を受光器３ａの中心に一致させる。そして、圧延機５の入側のロールユニットのロール孔型の中心と一致する、このロール孔型よりも小さな孔を設けた測定治具をロールユニットに装着し、この測定治具の孔の中心とレーザービームの中心とのずれ（芯ずれ量）を受光器３ａからの出力映像信号を画像処理することにより求める。この芯ずれ量に基づいて、ロールユニットに装備された調整装置によって補正するなどして、圧延機５の入側のロールユニットの芯出しを行なうことができ、それによって、仕上げ圧延ライン１での圧延機５の芯出し基準が得られる。同様にして、後段側の圧延機５ａの入側のールユニットの芯出しを行なうことができ、仕上げ圧延ライン１での圧延機５ａの芯出し基準が得られる。
【００２５】
次に仕上げ圧延ライン１の出側から中央部の間、即ち受光器３ｂからレーザー投光部２の間の対象物について測定する場合には、前記光軸調整によって、レーザー投光ユニット２ａから照射されるレーザービームの中心を受光器３ｂの中心に一致させる。そして、ガイド７の個々の誘導筒および水冷帯６の各水冷ノズルの芯ずれ量を受光器３ｂからの出力映像信号を画像処理することにより求めることができ、この芯ずれ量に基づいて仕上げ圧延ライン１の出側から中央部にかけての芯出しを行なうことができる。
【００２６】
上記のように、レーザービーム投光部２を、芯出し対象物の間に配置することによる作用について以下に説明する。例えば、線材の仕上げ圧延ラインで、前記仕上げ圧延ライン１での芯出し対象区間の長さを３０ｍとし、この対象区間の中央部にレーザー投光部２を配置し、芯出し対象区間の入側の受光器３ａおよび出側の受光器３ｂの中心にレーザービームを照射した場合、前記芯出し対象区間の入側または出側までの投光（照射）距離（Ｌ）は全長３０ｍの１／２となる。前述のように、出射ビーム（Ｄ0）を、ビームエキスパンダ光学系で４倍に拡大してφ４ｍｍとすると、レーザービームの広がり角（半角）θおよび直径Ｄは、前記式（１）および式（２）から次のようになる。
【００２７】
θ＝２λ／（π×Ｄ0）＝２×６３３ｎｍ／（π×４ｍｍ）≒０．１ｍｒａｄ
Ｄ＝４＋２×０．１×１０-3×１５×１０3＝７ｍｍ
従来技術では、全長が３０ｍ以上におよぶ線材の仕上げ圧延ラインなどでは、レーザービーム直径Ｄが１０ｍｍよりも小さくならず、ロール孔型やガイド内径など、穿孔直径が１０ｍｍ以下の測定対象物がある場合に、レーザービームに欠けを生じるため、レーザービームの中心位置（重心位置）を正しく測定できない。しかし、本発明によれば、レーザービーム直径を１０ｍｍ以下と従来よりも小さくでき、レーザービームが測定対象物と干渉せずに、即ち、レーザービームを欠けを生じずに伝播させることが可能となるため、レーザービームの中心位置を正しく測定でき、芯ずれ量の測定精度が向上する。
【００２８】
図３は、前記回転ステージ２ｂの代わりに、ビームスプリッタ２ｃを用いて、レーザー投光ユニット２ａからのレーザービームＬＢを圧延ラインの出側方向および入側方向のビームＬＢ１、ＬＢ２にそれぞれ分岐させるようにした芯出し装置のレーザー投光部を示したものである。レーザー投光ユニット２ａを回転ステージ２ｂに組み込んだレーザー投光部２を有する前記芯出し装置では、圧延ライン、即ち芯出し対象区間の入側および出側の２方向に投光されるレーザービームの光軸が一致するように回転ステージ２ｂを回転させて光軸調整を行なった後に、芯出し対象区間の入側および出側の中央部に配置される。この場合、レーザー投光ユニット２ａと回転ステージ２ｂを組み込んだ後、可動部（回転機構）の経時変化による芯ずれがあった場合、２方向のレーザービームの光軸がずれてしまい、芯出しの直線基準とならない虞がある。前記レーザー投光部２では、可動部を有することにより直線基準を保証できず、芯ずれ量測定の信頼性に欠ける問題が生じる。図３に示したように、レーザー投光部２に、前記回転ステージ２ｂを設けるかわりに、端面Ｆをアルミ蒸着することにより全反射ミラー面が形成されたビームスプリッタ２ｃを用いると、直角プリズムの特性により回転機構を必要とせずに入側および出側の２方向にレーザービームが投光され、２方向のレーザービームの光軸を一致させることができる。即ち、レーザー投光ユニット２ａからのレーザービームの平行（コリメート）光をビームスプリッタ２ｃに投光すると、対向する２方向、即ち１８０°相反する方向に分割されたレーザービームＬＢ１、ＬＢ２が形成される。このように、レーザー投光部２から出射したレーザービームを、それぞれ、入側および出側の受光器３ａ、３ｂの中心方向の２方向に分岐させることにより、可動部（回転機構）の経時変化による軸ずれを生じずに芯出しの直線基準が得られ、信頼性の高い芯ずれ量の測定を実現できる。なお、ビームスプリッタ２ｃを用いる場合のレーザー投光ユニット２ａは、図２に示した回転ステージ２ｂを用いる場合と同じ特性のＨｅ−Ｎｅレーザー光源を使用し、ビームエキスパンダにより出射ビーム径を、例えば、４倍に拡大することができる。
【００２９】
図２の回転ステージ２ｂを用いた場合について、前述のように、式（１）および式（２）を用い、レーザー投光部２の出射ビームを平行（コリメート）光として、全長３０ｍの芯出し対象区間の中央にレーザー投光部２を配置した場合の、レーザービームの広がり直径を７ｍｍと試算した。平行（コリメート）光の場合、レーザー投光ユニット２ａから出射されたレーザービームは、図４（ａ）に示すように、伝播距離が長くなるとともに単調に拡がるが、この出射ビームとしてこの平行（コリメート）光を用いる代わりに、図４（ｂ）に示すように、集光レーザービームを用いることもできる。この集光レーザービームは、前記レーザー投光ユニット２ａに長焦点距離の集光レンズ系を装着することによって得られ、伝播距離Ｌ1で集光される場合、焦点位置でのレーザービーム直径Ｄ1（ビームウェスト）は、次式で求めることができる。
【００３０】
【数２】
2006055861.tif 000004
【００３１】
線材の仕上げ圧延ラインで、前記多段圧延機をふくむ芯出し対象区間の長さを３０ｍとし、この対象区間の中央部に前記レーザー投光部２を設置（配置）し、入側の受光器３ａおよび出側の受光器３ｂの中心に前記集光レーザービームを投光（照射）した場合、圧延ラインの入側または出側までの投光（照射）距離Ｌ1は全長３０ｍの１／２となる（Ｌ＝１５ｍ）。出射レーザービーム（Ｄ0）を、前記測定対象区間の中央部と入側または出側の中間点（Ｌ1＝Ｌ／４＝７．５ｍ）を焦点位置とする集光レーザービームとした場合、出射ビーム径Ｄ0をビームエキスパンダ光学系で３倍に拡大してＤ0＝３ｍｍとすると、上記式（３）により、集光レーザービーム直径（ビームウェスト）Ｄ1は、Ｄ1＝２ｍｍとなる。このビームウェスト直径Ｄ1が２ｍｍに集光されたレーザービームは、図４に示したように、再び広がり、前記測定対象区間の入側または出側で、出射ビーム径Ｄ0と同じビーム径の３ｍｍとなる。この試算例から、圧延ラインの芯ずれ量測定対象物の中を、レーザービームを２〜３ｍｍのビーム直径で伝播させることも可能なことがわかる。
【００３２】
図５は、圧延ラインの入側と出側の間に配置する他の実施形態の芯出し装置のレーザー投光部を示したもので、このレーザー投光部２は、同一軸上の反対方向に照射可能な一対のレーザー投光ユニット２ｄ、２ｅを備え、このレーザー投光ユニット２ｄ、２ｅの一方の投光ユニット２ｅに、レーザービームの照射方向の調整を可能とするために、水平方向と垂直方向に回転可能な２軸の回転機構を有する照射方向調整手段４ａが設けられている。この照射方向調整手段４ａによって、前記投光ユニット２ｄ、２ｅからレーザービームが同一軸上で反対方向に照射されるように光軸調整される。このように光軸調整された前記投光ユニット２ｄ、２ｅの光軸方向を一体に調整可能なように、照射方向調整手段４ａと同様の２軸の回転機構を有する揺する方向調整手段４ｂが、前記照射方向調整手段４ａの下側に設けられている。
【００３３】
図６（ａ）は、線材の仕上げ圧延ライン１の装置（芯出し対象物）の配置を模式的に示したもので、図２（ｂ）と同様の配置であるため、装置等の説明は省略する。図６（ｂ）に示すように、仕上げ圧延ライン１の仕上げ圧延機５ａと水冷帯６との中央部に、図５に示したレーザー投光部２を配置した。このレーザー投光部２は、照射方向調整手段４ａにより、レーザー投光ユニット２ｄと２ｅとの光軸を同一軸上で反対方向に照射できるように光軸調整された後、圧延ラインの入側と出側の間の位置、例えば、圧延機５ａと水冷帯６との間に配置されている。なお、レーザー投光部２を、その光軸が、必ずしも圧延ラインの中心軸ＣＬに合致するように設置しなくてもよいが、レーザービームが芯出し対象物の内部を欠けが生じずに通過できる程度のずれ量に抑えておく必要がある。具体的には、圧延材の最小線径がおよそ５ｍｍであるため、ずれ量は半径５ｍｍ以内にしておく必要がある。
【００３４】
図６（ｂ）に示したように、レーザー投光ユニット２ｄおよび２ｅの光軸を一体同時に調整する照射方向調整手段４ｂにより、出側のレーザー投光ユニット２ｄの光軸を、出側基準点８ａに設置した受光器３ｂの中心に一致させる。このとき、レーザー投光部２の配置は圧延ラインの中心軸ＣＬからややずれているため、レーザー投光ユニット２ｄの光軸ＬＢ１と圧延ラインの中心軸ＣＬとは、図７に示すように、水平面内でｘａ、垂直面内でｙａの角度をなす。次に、図６（ｃ）に示すように、照射方向調整手段４ｂにより、レーザー投光ユニット２ｅの光軸ＬＢ２を入側の基準点８に設置した受光器３ａの中心に一致させる。レーザー投光ユニット２ｄの光軸ＬＢ１が出側の基準点８ａに一致した状態から、レーザー投光ユニット２ｅの光軸ＬＢ２を入側の基準点８に一致させるために、図７に示したように、水平面内でｘ(rad)、垂直面内でｙ(rad)の角度調整を行ない、このときの、入側の基準点８に一致した光軸ＬＢ２と圧延ラインの中心軸ＣＬとのなす角度を、水平面内でｘｂ(rad)、垂直面内でｙｂ(rad)とする。レーザー投光部２から入側の基準点８および出側の基準点８ａまでの距離をそれぞれａ(m)、ｂ(m)とすると、レーザー投光ユニット２ｄ、２ｅの中心軸ＣＬからの水平方向のずれ量ｃ(m)、垂直方向のずれ量ｄ(m)は、それぞれ次のようになる（図７参照）。
【００３５】
【数３】
2006055861.tif 000005
【００３６】
入側の基準点８とレーザー投光部２との間にある芯ずれ量の測定対象物については、図８に示すように、基準点８からの距離をｅ(m) とすると、前記測定対象物がある位置でのレーザービームの中心軸ＣＬからの水平方向のずれ量をｆ1(m)、垂直方向のずれ量ｇ1(m)は、それぞれ次のようになる。
【００３７】
【数４】
2006055861.tif 000006
【００３８】
また、出側の基準点６ａとレーザー投光部２との間にある芯ずれ量の測定対象物については、図９に示すように、入側の基準点８からの距離をｅ(m) とすると、前記測定対象物がある位置でのレーザービームの中心軸ＣＬからの水平方向のずれ量をｆ2(m)、垂直方向のずれ量ｇ2(m)は、それぞれ次のようになる。
【００３９】
【数５】
2006055861.tif 000007
【００４０】
図１０に示すように、測定対象物を、例えば、入側の基準点８からｅ(m)の距離にある圧延機５ａとし、この圧延機５ａとレーザービームの水平方向のずれ量がｈ(m)であるとき、圧延機５ａの中心軸ＣＬからの水平方向の実際のずれ量ｈａ(m)は、式（６）のレーザービームの中心軸ＣＬからの水平方向のずれ量ｆ1(m)を用いて、ｈａ＝ｈ−ｆ1で求めることができる。同様にして、圧延機５ａの中心軸ＣＬからの垂直方向の実際のずれ量垂直方向のずれ量も求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
この発明は、金属材料の圧延ラインや多段圧延機などの芯出しに利用でき、とくに線材の仕上げ圧延ラインのように、その入側と出側の距離が長い場合および複数の多段圧延機が設置されている場合など、簡便で精度のよい芯出しに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】レーザービームの広がり角θとビーム直径Ｄとの関係を示す説明図である。
【図２】（ａ）実施形態の芯出し装置を多段圧延機に配置した説明図である。（ｂ）上記芯出し装置のレーザー投光部の装置構成を示す説明図である。
【図３】他の実施形態のレーザー投光部の装置構成を示す説明図である。
【図４】（ａ）レーザービームの広がりを示す説明図である（コリメート光の場合）。（ｂ）同上（集光レーザービームの場合）
【図５】他の実施形態のレーザービーム投光部の装置構成を示す説明図である。
【図６】（ａ）芯出しを行なう圧延ラインの装置構成を示す説明図である。（ｂ）ビーム照射方向を出側基準点に一致させた状態を示す説明図である。（ｃ）ビーム照射方向を入側基準点に一致させた状態を示す説明図である。
【図７】基準点に照射されたレーザービームの中心軸からのずれを示す説明図である。
【図８】測定対象物の位置（入側基準点側）でのレーザービームの中心軸からのずれを示す説明図である。
【図９】測定対象物の位置（出側基準点側）でのレーザービームの中心軸からのずれを示す説明図である。
【図１０】測定対象物の芯ずれ量を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・多段圧延機
２・・・レーザー投光部
２ａ、２ｄ、２ｅ・・・レーザー投光ユニット
３ａ、３ｂ・・・受光器
４ａ、４ｂ・・・照射方向調整手段
５、５ａ・・・圧延機
６・・・水冷帯
７・・・ガイド
８、８ａ・・・基準点
ＣＬ・・・中心軸
ＬＢ、ＬＢ１、ＬＢ２・・・レーザービーム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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