(57)【要約】      （修正有）【課題】金属ストリップが幅方向に傾斜して走行する場合や、ひねり変形やエッジ位置の耳伸び等を生じた場合にも、より正確なセンター位置が特定できるレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出方法および幅方向端部位置検出装置を提供する。【解決手段】レーザー平面光５を、金属ストリップ１の走行方向と直交し、幅方向端部と交差するように投射する投光器と、金属ストリップを挟んで投光器と対向配置されレーザー平面光を受光する受光器と、からなる少なくとも２組の光学式検出器Ｐ１，Ｐ２を、走行方向で投光器と受光器を交互に、かつ並列に配置し、金属ストリップ１のパスライン４面の垂線と傾斜角θをなす方向にレーザー平面光５を投射して金属ストリップ１の幅方向端部位置を測定し、光学式検出器Ｐ１，Ｐ２の測定結果から金属ストリップ１の幅方向端部の走行方向と直交する面における２次元的な位置を算出する。【選択図】図１
2018167272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ストリップを連続的に製造または加工処理するラインにおいて、走行する金属ストリップの幅方向端部位置を検出する方法であって、複数のレーザー線状光をそれぞれ平行かつ直線的に並列して形成されるレーザー平面光を、前記金属ストリップの走行方向と直交し、かつ前記金属ストリップの幅方向端部と交差するように投射する投光器と、前記金属ストリップを挟んで前記投光器と対向配置され前記レーザー平面光を受光する受光器と、からなる少なくとも２組の光学式検出器を、前記走行方向で前記投光器と前記受光器を交互に、かつそれぞれの前記レーザー平面光が平行になるように並列に配置し、前記金属ストリップのパスラインの基準面の垂線と傾斜角θをなす方向に前記レーザー平面光を投射して前記金属ストリップの幅方向端部位置を測定し、前記光学式検出器の測定結果から前記金属ストリップの幅方向端部の前記走行方向と直交する面における２次元的な位置を算出することを特徴とするレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出方法。
【請求項２】
前記複数組の光学式検出器を衝立状の遮蔽版を介して並列に配置することを特徴とする請求項１に記載のレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出方法。
【請求項３】
前記金属ストリップのパスラインの基準面の垂線と前記レーザー平面光の投射方向とのなす傾斜角θが３０〜４５°であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出方法。
【請求項４】
金属ストリップを連続的に製造または加工処理するラインにおいて、走行する金属ストリップの幅方向端部位置を検出する装置であって、複数のレーザー線状光をそれぞれ平行かつ直線的に並列して形成されるレーザー平面光を、前記金属ストリップの走行方向と直交し、かつ前記金属ストリップの幅方向端部と交差するように投射する投光器と、前記金属ストリップを挟んで前記投光器と対向配置され前記レーザー平面光を受光する受光器と、からなる少なくとも２組の光学式検出器が、前記走行方向で前記投光器と前記受光器を交互に、かつそれぞれの前記レーザー平面光が平行になるように並列に配置され、前記金属ストリップのパスラインの基準面の垂線と傾斜角θをなす方向に前記レーザー平面光を投射して前記金属ストリップの幅方向端部位置を測定する手段と、前記光学式検出器の測定結果から前記金属ストリップの幅方向端部の前記走行方向と直交する面における２次元的な位置を算出する手段と、を有することを特徴とするレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出装置。
【請求項５】
前記複数組の光学式検出器が衝立状の遮蔽版を介して並列に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出装置。
【請求項６】
前記金属ストリップのパスラインの基準面の垂線と前記レーザー平面光の投射方向とのなす傾斜角θが３０〜４５°であることを特徴とする請求項４または５に記載のレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼帯等に代表される金属ストリップを連続的に製造または加工処理するラインにおけるレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出方法および幅方向端部位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯等の金属ストリップを連続的に製造または加工処理するラインにおいては、金属ストリップが通板ラインを蛇行せずに走行するように制御することや、金属ストリップをコイルに巻き取る際に、巻き取られる金属ストリップの幅方向端部（以下、エッジともいう）を一定位置に制御する必要があるため、通常、ＥＰＣ（エッジポジションコントロール）やＣＰＣ（センターポジションコントロール）と呼ばれる位置制御が行われる。このＥＰＣやＣＰＣの実施には、金属ストリップのエッジ位置検出が不可欠であり、一般的には、金属ストリップのパスラインを挟んで投光器と受光器を対向配置して投光器からの光が金属ストリップにより遮断された長さに基づいてエッジ位置を認識する光学式検出器による金属ストリップのエッジ位置検出方法が行われている。
【０００３】
上記の光学式検出器による金属ストリップのエッジ位置検出方法は、金属ストリップの走行がパスラインの位置で安定し、投光器、受光器、および金属ストリップそれぞれの距離が一定である場合に金属ストリップのエッジ位置を正確に検出することができるが、金属ストリップの走行が不安定になって前記距離が一定でなくなると正確なエッジ位置を検出することが困難であった。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、特許文献１に、帯状体の端部位置を測定する光学式検出器による測定結果と、前記光学式検出器と前記帯状体との距離を測定する距離計による測定結果と、を用いて、前記帯状体の幅方向端部位置を検出する帯状体の端部位置検出方法及び装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２４９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された端部位置検出方法であっても、走行する金属帯（金属ストリップ）等の帯状体の走行がパスラインから大きく変動し、幅方向に傾斜して走行する場合や、ひねり変形やエッジ位置の耳伸び等を生じた場合には、正確なエッジ位置を検出することができずＣＰＣに適用すると実際の帯状体の幅方向センターと機械的なセンター位置が不整合になるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決し、金属ストリップが幅方向に傾斜して走行する場合や、ひねり変形やエッジ位置の耳伸び等を生じた場合にも、より正確な幅方向センター位置が特定でき、ＣＰＣの精度を向上させることができるレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出方法および幅方向端部位置検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記の課題を解決するために、金属ストリップの空間的なエッジ位置をレーザー光によって検出する方法について鋭意検討を重ねた結果、下記の要旨からなる本発明を完成した。
（１）金属ストリップを連続的に製造または加工処理するラインにおいて、走行する金属ストリップの幅方向端部位置を検出する方法であって、複数のレーザー線状光をそれぞれ平行かつ直線的に並列して形成されるレーザー平面光を、前記金属ストリップの走行方向と直交し、かつ前記金属ストリップの幅方向端部と交差するように投射する投光器と、前記金属ストリップを挟んで前記投光器と対向配置され前記レーザー平面光を受光する受光器と、からなる少なくとも２組の光学式検出器を、前記走行方向で前記投光器と前記受光器を交互に、かつそれぞれの前記レーザー平面光が平行になるように並列に配置し、前記金属ストリップのパスラインの基準面の垂線と傾斜角θをなす方向に前記レーザー平面光を投射して前記金属ストリップの幅方向端部位置を測定し、前記光学式検出器の測定結果から前記金属ストリップの幅方向端部の前記走行方向と直交する面における２次元的な位置を算出することを特徴とするレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出方法。
（２）前記複数組の光学式検出器を衝立状の遮蔽版を介して並列に配置することを特徴とする（１）に記載のレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出方法。
（３）前記金属ストリップのパスラインの基準面の垂線と前記レーザー平面光の投射方向とのなす傾斜角θが３０〜４５°であることを特徴とする（１）または（２）に記載のレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出方法。
（４）金属ストリップを連続的に製造または加工処理するラインにおいて、走行する金属ストリップの幅方向端部位置を検出する装置であって、複数のレーザー線状光をそれぞれ平行かつ直線的に並列して形成されるレーザー平面光を、前記金属ストリップの走行方向と直交し、かつ前記金属ストリップの幅方向端部と交差するように投射する投光器と、前記金属ストリップを挟んで前記投光器と対向配置され前記レーザー平面光を受光する受光器と、からなる少なくとも２組の光学式検出器が、前記走行方向で前記投光器と前記受光器を交互に、かつそれぞれの前記レーザー平面光が平行になるように並列に配置され、前記金属ストリップのパスラインの基準面の垂線と傾斜角θをなす方向に前記レーザー平面光を投射して前記金属ストリップの幅方向端部位置を測定する手段と、前記光学式検出器の測定結果から前記金属ストリップの幅方向端部の前記走行方向と直交する面における２次元的な位置を算出する手段と、を有することを特徴とするレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出装置。
（５）前記複数組の光学式検出器が衝立状の遮蔽版を介して並列に配置されていることを特徴とする（４）に記載のレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出装置。
（６）前記金属ストリップのパスラインの基準面の垂線と前記レーザー平面光の投射方向とのなす傾斜角θが３０〜４５°であることを特徴とする（４）または（５）に記載のレーザー光による金属ストリップの幅方向端部位置検出装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、通板ラインを走行する金属ストリップの両側の幅方向端部の前記走行方向と直交する面における２次元的な位置を特定することができるため、走行する金属ストリップの蛇行量やパスラインからの上下変動及びねじれを同時に検出することが可能となり、より正確なセンター位置が特定でき、ＣＰＣの精度を向上することができる。
【００１０】
また、検出した金属ストリップの両側の幅方向端部位置から幅端部間の距離を算出し、当該金属ストリップの命令幅と比較することで、金属ストリップの反り量を評価することができ、さらに、連続的に繰り返す幅端部間の距離の変動量から耳伸びの大きさや周期を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明における光学式検出器の配置例とレーザー平面光の投受光イメージを模式的に示した図である。
【図２】金属ストリップがパスラインの基準面を安定走行している際のエッジ位置の測定方法を模式的に示した図である。
【図３】金属ストリップの走行がパスラインの基準面から離れた場合のエッジ位置の測定状態を模式的に示した図である。
【図４】金属ストリップの走行がパスラインの基準面から離れた場合の両側のエッジ位置の測定状態を模式的に示した図である。
【図５】金属ストリップの走行がパスラインの基準面から傾斜して離れた場合の両側のエッジ位置の測定状態を模式的に示した図である。
【図６】走行する金属ストリップに反りが生じている場合の両側のエッジ位置の測定状態を模式的に示した図である。
【図７】走行する金属ストリップに耳伸びが生じている場合の両側のエッジ位置の測定状態を模式的に示した図である。
【図８】走行する金属ストリップに傾きと耳伸びが生じている場合の両側のエッジ位置の測定状態を模式的に示した図である。
【図９】本発明の光学式検出器で測定される斜交座標系の座標を直交座標系の座標に変換する方法を説明する説明図である。
【図１０】本発明の検出方法を金属ストリップの通板ラインに適用する場合の構成を示したフロー図である。
【図１１】鋼帯が安定走行している場合の両エッジ位置の検出例である。
【図１２】蛇行が発生している場合の両エッジ位置の検出例である。
【図１３】鋼帯がパスラインの基準面から離れ、上下に変動して走行している場合の両エッジ位置の検出例である。
【図１４】蛇行と上下変動が同時に発生している場合の両エッジ位置の検出例である。
【図１５】鋼帯が傾斜して走行している場合の両エッジ位置の検出例である。
【図１６】幅方向に反りが発生している場合の両エッジ位置の検出例である。
【図１７】耳伸びが発生している場合の両エッジ位置の検出例である。
【図１８】耳伸びと幅方向の反りが同時に発生している場合の両エッジ位置の検出例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明における光学式検出器の配置例と投受光イメージを模式的に示す図であり、金属ストリップ１が紙面右から左に走行する通板ラインにおいて、サポートロール２と３の間のパスライン４の両幅端部側にそれぞれ２組の光学式検出器を配置した例である。
【００１３】
本発明では、複数のレーザー線状光をそれぞれ平行かつ直線的に並列して形成されるレーザー平面光を、金属ストリップの走行方向と直交する方向に投射する投光器と、前記レーザー平面光を受光する受光器とを、投射するレーザー平面光が走行する金属ストリップの幅方向端部と交差する位置に金属ストリップを挟んで対向配置した少なくとも２組の光学式検出器を、金属ストリップの走行方向でそれぞれの投光器と受光器を交互に、かつ、それぞれのレーザー平面光が平行になるように並列に配置する。例えば、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、金属ストリップ１の走行方向に向かって左側の幅方向端部検出用として２組の光学式検出器Ｐ１およびＱ１を配置する場合、光学式検出器Ｐ１では投光器Ｐ１−１を金属ストリップの表面側（上方）、受光器Ｐ１−２を裏面側（下方）に配置し、光学式検出器Ｑ１では投光器Ｑ１−１を裏面側、受光器Ｑ１−２を表面側に配置し、図１（ｃ）に示すように、投光器Ｐ１−１およびＱ１−１から金属ストリップ１の幅方向中心に向けてパスラインの基準面の垂線と傾斜角θをなし金属ストリップ１の幅方向端部と交差する方向にレーザー平面光を投射してそれぞれの受光器Ｐ１−２およびＱ１−２に反映される金属ストリップ１の影から幅方向端部位置を検出する。この際、それぞれの光学式検出器において互いのレーザー光線が外乱にならないように、２組の光学式検出器に間隔を設けて配置することが望ましい。また、並列する投光器と受光器の間には外乱光の影響を防止するため衝立状の遮蔽板を設置することが好ましい。さらに、金属ストリップのパスラインの基準面の垂線とレーザー平面光の投射方向とのなす傾斜角θが３０〜４５°となるように、それぞれの投光器からレーザー平面光を投射することが好ましい。傾斜角θが小さくなると幅方向端部位置の検出精度が低下するため傾斜角θの下限値を３０°とする。一方、傾斜角θが４５°超えになると光学式検出器を大型の装置とする必要があるため、上限を４５°とすることが好ましい。
【００１４】
図２は、本発明の金属ストリップの幅方向端部位置を測定する方法の説明図であり、２組の光学式検出器Ｐ１とＱ１で検知される紙面と直交する方向に走行する金属ストリップ１による遮光の状況を（ａ）と（ｂ）に分けて示したものである。金属ストリップ１の進行方向左側のエッジ位置である図中の点Ｅ１は、連続する金属ストリップ１において光学検出器Ｐ１とＱ１の並列する間隔だけ走行方向に離れた位置のエッジであるが、実務上は同じエッジ位置であるとしても問題はなく、図２（ａ）と（ｂ）は同じ平面の状況を示しているとすることができる。そのため、図９による以下の説明に示すように、金属ストリップ１のパスライン４の基準面の垂線とレーザー平面光５、６の投射方向とのなす傾斜角θ、光学式検出器Ｐ１で測定されたエッジ位置Ｅの影の点のパスラインの幅方向中心位置からの距離Ｘ１、および光学式検出器Ｑ１で測定されたエッジ位置Ｅの影の点のパスラインの幅方向中心位置からの距離Ｙ１から、金属ストリップ１の走行方向と直交する面におけるエッジ位置Ｅの２次元的な位置を算出することができる。
【００１５】
図９は、上記と同じ形態である２組の光学式検出器ＰおよびＱで測定した点のＸＹ座標系の座標（Ｘ０、Ｙ０）を対向する投光器と受光器の対向直線をｙ´＝ｘ´とした直交座標系の座標（ｘ´０、ｙ´０）に変換する一例を示す説明図である。光学式検出器ＰおよびＱの投射方向の傾斜角をいずれもθとすると、測定された点の座標（Ｘ０、Ｙ０）は図９に示すように、Ｘ軸とＹ軸のなす角が２θのＸＹ座標系すなわち斜交座標系の座標（Ｘ０、Ｙ０）となる。したがって、ＸＹ座標系の座標（Ｘ０、Ｙ０）は、ζ＝π／４−θとすると次式によって原点を共有する直交座標系の座標（ｘ´０、ｙ´０）に座標変換することができる。
【００１６】
【数１】
2018167272.tif 000003
また、図９に示したｘ´ｙ´座標系は、実際に投光器と受光器を配置した場合を４５°回転した形態であるので、座標（Ｘ０、Ｙ０）を次式によって投光器と受光器の対向方向をｙ軸方向とする通常の直交座標系であるｘｙ座標系の座標に座標変換することができる。
【数２】
2018167272.tif 000004
【００１７】
次に、通板ラインを走行する金属ストリップに発生する挙動と本発明において検出される幅方向端部位置の座標との関係を図３〜８に示す。
図３は、金属ストリップ１がパスライン４から下方(裏面側)にずれた場合を模式的に示す図であり、エッジ位置Ｅの幅方向の変化がなくても光学式検出器Ｐ１、Ｑ１で測定される影の位置Ｘ１、Ｙ１のいずれか一方または両方が変化することが分かる。
【００１８】
図４は、本発明における光学式検出器を金属ストリップの幅方向両端部に配置した例を模式的に示す図であり、本発明では、光学式検出器Ｐ１およびＱ１で測定される影の位置Ｘ１、Ｙ１から金属ストリップ１の走行方向に向かって左側のエッジ位置Ｅ１を検出し、光学式検出器Ｐ２およびＱ２で測定される影の位置Ｘ２、Ｙ２から金属ストリップ１の走行方向に向かって右側のエッジ位置Ｅ２を検出する。
【００１９】
図５は、金属ストリップ１が斜めにひねられている場合を示す図である。本発明では、検出したエッジ位置Ｅ１とＥ２との距離Ｄを求めることができるため、距離Ｄと上記計算機に入力されている命令幅Ｗとを比較することで金属ストリップの幅方向の変形の有無を確認することができる。
【００２０】
図６は、図４に示した状態から幅方向に反りが発生した場合の例を示す図であり、この場合、検出したエッジ位置Ｅ１とＥ２との距離Ｄが命令幅Ｗより短い状態が比較的長期に継続される。
【００２１】
図７は、図４に示した状態から金属ストリップの片方の端部で耳伸びが発生した場合であり、図７（ａ）は耳伸びが上方向のたわみとして発生した場合で、図７（ｂ）は耳伸びが下方向のたわみとして発生した場合である。この場合、検出したエッジ位置Ｅ１とＥ２との距離Ｄが命令幅Ｗより短い状態が比較的短い周期で繰り返される。
【００２２】
図８は、図５に示したひねりと図７（ａ）に示した耳伸びが複合的に発生した例を示す図である。
【００２３】
図１０は、本発明の検出方法を金属ストリップの通板ラインに適用する場合の構成を示したフロー図であり、金属ストリップの蛇行、反り、および耳伸び等の発生を検出することによって、製造ラインの安定操業に大きく寄与することができる。
【実施例】
【００２４】
板幅１０００〜１８００ｍｍ、板厚０．２〜６．０ｍｍの鋼帯を製造するラインにおいて、図１に示したような形態で、鋼帯の通板ラインの両幅端部側に本発明装置であるそれぞれ２組の光学式検出器設置し、本発明方法によって走行する鋼帯の両側の幅方向端部位置を検出した。
【００２５】
その検出結果から、走行する鋼帯に発生した挙動を本発明方法により特定した実施例を図１１〜１８に示す。各図において、横軸は測定時刻すなわち時間経過であり、縦軸は通板方向に向かって左右のエッジ位置の幅方向と高さ方向の変動量、および検出したエッジ位置から算出したエッジ間距離Ｄの命令幅Ｗとの差の変動量で、何れも０が基準値であって、幅方向では左側への変動を（＋）側、高さ方向ではパスラインの上方への変動を（＋）側として示した。
【００２６】
図１１は、鋼帯がパスラインを安定して走行していることを示す検出例であり、左右のエッジ位置ともパスラインの基準位置からの変動がなく、算出したエッジ間距離Ｄも命令幅Ｗと一致している。
【００２７】
図１２は、蛇行が発生していることを検出した例であり、左右のエッジが同期した幅方向の周期的な変動が検出され、高さ方向およびエッジ間距離Ｄに変動はない。
【００２８】
図１３は、鋼帯がパスラインの上下方向に変動していることを検出した例であり、高さ方向の変動はあるが、幅方向の変動およびエッジ間距離Ｄの変動はない。
【００２９】
図１４は、蛇行と上下変動が同時に発生していることを検出した例であり、左右のエッジが同期した幅方向の周期的な変動、および左右両側もしくは片側の高さ方向の変動が検出されるが、エッジ間距離Ｄに変動はない。
【００３０】
図１５は、鋼帯が斜めに傾いて走行していることを検出した例であり、左右のエッジそれぞれの幅方向、高さ方向の変動量によって鋼帯の傾きが検出できる。
【００３１】
図１６は、鋼帯の幅方向に反りが発生していることを検出した例であり、エッジ間距離Ｄが命令幅Ｗより小さい状態が比較的長時間継続する。
【００３２】
図１７は、鋼帯のエッジ部に耳伸びが発生していることを検出した例であり、エッジ間距離Ｄが命令幅Ｗより小さい状態で周期的に変動する。この周期は、比較的短い時間であるため、図１６に示した反りと区分することができる。
【００３３】
図１８は、反りと耳伸びが同時に発生していることを検出した例であり、エッジ間距離Ｄの変動の長周期分と短周期分で反りと耳伸びに区分するが、明確に分離できない場合もある。
【符号の説明】
【００３４】
１  金属ストリップ
２  サポートロール
３  サポートロール
４  パスライン
５  金属ストリップの表面側から投射されたレーザー平面光
６  金属ストリップの裏面側から投射されたレーザー平面光
Ｐ１、Ｐ２      投光器を表面側に配置した光学式検出器
Ｐ１−１、Ｐ２−１  それぞれＰ１とＰ２の投光器
Ｐ１−２、Ｐ２−２  それぞれＰ１とＰ２の受光器
Ｑ１、Ｑ２      投光器を裏面側に配置した光学式検出器
Ｑ１−１、Ｑ２−１  それぞれＱ１とＱ２の投光器
Ｑ１−２、Ｑ２−２  それぞれＱ１とＱ２の受光器
Ｅ１  金属ストリップの走行方向に向かって左側のエッジ
Ｅ２  金属ストリップの走行方向に向かって右側のエッジ
Ｘ１、Ｘ２  それぞれＰ１、Ｐ２で検出されるエッジの位置座標
Ｙ１、Ｙ２  それぞれＱ１、Ｑ２で検出されるエッジの位置座標
【図１】
2018167272.tif 000005
【図２】
2018167272.tif 000006
【図３】
2018167272.tif 000007
【図４】
2018167272.tif 000008
【図５】
2018167272.tif 000009
【図６】
2018167272.tif 000010
【図７】
2018167272.tif 000011
【図８】
2018167272.tif 000012
【図９】
2018167272.tif 000013
【図１０】
2018167272.tif 000014
【図１１】
2018167272.tif 000015
【図１２】
2018167272.tif 000016
【図１３】
2018167272.tif 000017
【図１４】
2018167272.tif 000018
【図１５】
2018167272.tif 000019
【図１６】
2018167272.tif 000020
【図１７】
2018167272.tif 000021
【図１８】
2018167272.tif 000022