(57)【要約】【課題】ユニバーサルミルを用いて形鋼を圧延する際に、圧延材のウェブ偏りをリアルタイムに検出する装置を安価に提供するとともに、ウェブ中心の偏り量を正確に制御する。【解決手段】フランジとウェブを有する形鋼の圧延材を、上下対の水平ロール及び左右対の竪ロールが組み込まれたユニバーサルミルで圧延するにあたり、前記上下対の水平ロールのそれぞれに、前記形鋼までの距離を計測するためのウェブ偏り計測装置を配置し、前記ウェブ偏り計測装置のそれぞれが、圧延中の形鋼のフランジ端面からウェブ偏り計測装置までの距離をユニバーサルミル内で計測し、これら計測されたフランジ端面からウェブ偏り計測装置までの距離に基づいてウェブの偏り量を演算によって算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジとウェブを有する形鋼の圧延材を、上下対の水平ロール及び左右対の竪ロールが組み込まれたユニバーサルミルで圧延するにあたり、前記形鋼の形状を計測する方法であって、
前記上下対の水平ロールのそれぞれに、前記形鋼までの距離を計測するためのウェブ偏り計測装置を配置し、
前記ウェブ偏り計測装置のそれぞれが、圧延中の形鋼のフランジ端面からウェブ偏り計測装置までの距離をユニバーサルミル内で計測し、これら計測されたフランジ端面からウェブ偏り計測装置までの距離に基づいてウェブの偏り量を演算によって算出することを特徴とする形鋼の形状計測方法。
【請求項２】
前記ウェブの偏り量に基づいて、ウェブの偏りを小さくするために必要な水平ロールの上下昇降量を演算し、前記演算された水平ロールの上下昇降量に基づいて、水平ロールを上下に昇降させることを特徴とする請求項１に記載の形鋼の形状計測方法。
【請求項３】
前記ウェブ偏り計測装置は、前記水平ロールの側面に配置されると共に、当該水平ロールと共に回転し、
その回転軌道において前記フランジ端面に最も接近する位相で計測された結果を、前記圧延中の形鋼のフランジ端面からウェブ偏り計測装置までの距離とすることを特徴とする請求項１に記載の形鋼の形状計測方法。
【請求項４】
フランジとウェブを有する形鋼の圧延材を、上下対の水平ロール及び左右対の竪ロールが組み込まれたユニバーサルミルで圧延するにあたり、前記形鋼の形状を計測する装置であって、
前記上下対の水平ロールのそれぞれに配置され、前記形鋼のフランジ端面までの距離を計測するウェブ偏り計測装置と、
前記ウェブ偏り計測装置のそれぞれが計測したフランジ端面からウェブ偏り計測装置まで距離に基づいて、圧延中の形鋼のウェブの偏り量を演算により算出する制御装置と、を備えたことを特徴とする形鋼の形状計測装置。
【請求項５】
前記制御装置は、ウェブの偏り量に基づいて、ウェブの偏りを小さくするために必要な水平ロールの上下昇降量を演算し、前記演算された水平ロールの上下昇降量に基づいて、水平ロールを上下に昇降させる制御をさらに行うことを特徴とする請求項４に記載の形鋼の形状計測装置。
【請求項６】
前記圧延材のフランジ端面までの距離を計測するウェブ偏り計測装置は、
差動変圧器と、差動変圧器と連結して圧延材のフランジ端面に接触する接触子で構成したことを特徴とする請求項４に記載の形鋼の形状計測装置。
【請求項７】
前記圧延材のフランジ端面までの距離を計測するウェブ偏り計測装置は、光学式変位計であり、
前記光学式変位計と圧延材のフランジ端面との間に、前記光学式変位計の投光部から照射した光を通過させる導光路を前記光学式変位計に連結して配置したことを特徴とする請求項４に記載の形鋼の形状計測装置。
【請求項８】
前記導光路と圧延材のフランジ端面との間に流体を充填する流体供給配管を配設したことを特徴とする請求項７に記載の形鋼の形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形鋼の圧延において形鋼の形状を計測する方法および装置に係り、更に詳しくは、形鋼、特にフランジを有するＨ形鋼などの圧延材の形状を、高精度で計測する方法および装置、および、ウェブ中心位置の偏り量を制御する方法および制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、大型のＨ形鋼は、例えば連続鋳造されたビームブランク、ブルームやスラブを原材料として、それらをブレークダウンミルにより粗圧延し、続いてユニバーサルミルなどにより中間圧延したり、仕上げ圧延したりして製造している。Ｈ形鋼用のミルには、一般にブレークダウンミル（上、下対となる溝付きの水平ロールを有する）と、中間ユニバーサルミル（上、下及び左、右に対向する水平ロール及び竪ロールを有する）と、エッジャーミル（上、下対となる溝付きの水平ロールを有する）と、仕上げユニバーサルミル（上、下及び左、右に対向する水平ロール、竪ロールを有する）との４種類があり、ブレークダウンミルにより複数のリバースパス、中間ユニバーサルミルとエッジャーミルにより複数のリバースパス、そして仕上げユニバーサルミルにより１パスで圧延を行なって、所定の形鋼を製造する。
【０００３】
ところで、ユニバーサル圧延機を通過中の圧延材は、上、下水平ロール及び左、右竪ロールから同時に圧延される。この際、ユニバーサル圧延の一般的な特性上、圧延材は、まずフランジが左、右の竪ロールに噛み込んだ後、該左、右の竪ロールと上、下の水平ロール側面とにより圧延され、次いでウェブが上、下の水平ロールに噛み込むようになっている。従って、例えばウェブセンタとミルセンタとが位置ずれ状態で圧延されると、フランジはウェブより先に拘束されるので、両センタ間の位置ずれの量に応じてウェブが移動して、ウェブ偏りが発生する。ここで、ミルセンタとは、ユニバーサル圧延機の場合、左、右の竪ロールの胴長方向のセンタを示す。また、ウェブセンタとは、ウェブの厚さ方向のセンタを示す。さらに、圧延材に反りがあったり、斜めに噛み込んだりした場合には、ウェブセンタとミルセンタとの位置ずれがさらに大きくなるため、圧延材の先端部及び後端部でのウェブ偏りの増大に繋がる。
【０００４】
従来、このようなウェブ偏りを検出するためのＨ形鋼の寸法計測は、圧延後のＨ形鋼の所定個所を熱鋸で切断して断面サンプルを採取し、採取した断面サンプルを検査員が計測していた。また、圧延ラインを走行中のＨ形鋼の寸法を計測するために、特許文献１に示す熱間圧延ライン上にウェブ偏り計測装置のような形鋼寸法計測装置を設置する方法もある。特許文献１のウェブ偏り計測装置を図１８に示す。ウェブ偏り計測装置は、図２に示す少なくとも圧延材１１のフランジ１１ｂのうち、ウェブ１１ａの上面より上側の上部長さＢ１と、ウェブ１１ａの下面より下側の下部長さＢ２とを計測できる。
【０００５】
この装置は、圧延材の上、下方向に、左右一対のフランジ１１ｂ幅上端距離計測装置と、フランジ１１ｂ幅下端距離計測装置とを対向して配置し、また高さ方向と水平方向との間隔を調整しながらフランジ１１ｂ端面までの距離を計測して、内蔵された演算装置によりフランジ１１ｂ幅及びその厚さを演算し、一方フランジ１１ｂ幅上、下端距離計測装置の側部に、ウェブ１１ａ面距離計測装置を水平方向に位置調整可能に取り付けて、ウェブ１１ａ面までの距離を計測してウェブ１１ａ厚さを求め、さらに各距離計測値に基づいてウェブ偏り量を算出するものである。
【０００６】
ウェブ偏り計測手段により、圧延材のフランジ１１ｂのうち、図２に示すウェブ１１ａの上面より上側の上部長さＢ１と、フランジ１１ｂのうち、ウェブ１１ａの下面より下側の下部長さＢ２とを計測する。これらに基づいて、（１）式によりウェブ偏り量Ｓを求める。
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ウェブ偏り量Ｓは、上、下、左、右対称の理想的なＨ形鋼のウェブ１１ａ位置からのウェブ１１ａの変位量を示すものである。
【０００７】
また、検出したウェブ偏りは矯正するとともに、ウェブ偏りの更なる発生を防止する必要がある。ユニバーサル圧延機で圧延される形鋼のウェブ偏りを防止する技術として、ユニバーサルミルの前段に設置した寸法計により予めユニバーサルミルに進入する前の圧延材のウェブ偏り量を計測し、その結果を基に上下の水平ロール位置を制御する技術がある（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２９５３７８４号公報
【特許文献２】特開平２００５−２６２２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ウェブ偏りを検出する方法において、従来技術では、計測の算出に時間を要することから、圧延材の寸法計測をリアルタイムに行うことができず、また、装置が非常に高価となってしまうという問題があった。また、ミルの周囲はロール冷却用の冷却水やスケールが飛散しており、そのような環境の中でレーザー光を用いた距離計を適用しても、距離計から照射された光が飛散した水やスケールで散乱されてしまうだけでなく、圧延中に発生する振動により、圧延材の寸法の正確な計測は極めて困難であるという問題があった。
【００１０】
また、ウェブ偏りを防止するためにロール位置を制御する方法において、従来技術では、予め計測したウェブ偏り量と圧延機内でのウェブ偏り量とが一致せず、上下の水平ロールにてウェブ偏り量を正確に制御できないという問題があった。一般に、前記形鋼のユニバーサル圧延においては、左右の竪ロールの圧下量が上下の水平ロールの圧下量より大きいため、上下の水平ロールに先行して、左右の竪ロールが先に圧延材のフランジに接触して圧延材を拘束し、フランジの圧延を始める。次いで、上下の水平ロールが圧延材に接触して上下方向から圧延材のウェブの圧延を開始する。したがって、図３に示すように、圧延材の姿勢や位置の不良により、圧延材が上下方向にずれた状態でロールに噛み込んだ場合、圧延材は上下方向にずれが生じた状態のまま左右の竪ロールによって拘束されたまま上下の水平ロールで圧延されるために、圧延材の上下方向の位置ずれの量に応じてウェブ位置がずれるウェブ付け替え現象が生じてしまう。
【００１１】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたもので、ユニバーサルミルを用いて形鋼を圧延する際に、圧延中の圧延材のフランジ端面の位置を上下の水平ロールに設定した基準点に対して計測して、圧延材のウェブ偏りをリアルタイムに検出する装置を安価に提供するとともに、ウェブ中心の偏り量を正確に制御する方法および、ウェブ中心の偏り量を正確に制御する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る形鋼の形状計測方法は、フランジとウェブを有する形鋼の圧延材を、上下対の水平ロール及び左右対の竪ロールが組み込まれたユニバーサルミルで圧延するにあたり、前記形鋼の形状を計測する方法であって、前記上下対の水平ロールのそれぞれに、前記形鋼までの距離を計測するためのウェブ偏り計測装置を配置し、前記ウェブ偏り計測装置のそれぞれが、圧延中の形鋼のフランジ端面からウェブ偏り計測装置までの距離をユニバーサルミル内で計測し、これら計測されたフランジ端面からウェブ偏り計測装置までの距離に基づいてウェブの偏り量を演算によって算出することを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記ウェブの偏り量に基づいて、ウェブの偏りを小さくするために必要な水平ロールの上下昇降量を演算し、前記演算された水平ロールの上下昇降量に基づいて、水平ロールを上下に昇降させることができる。
【００１４】
さらに前記ウェブ偏り計測装置は、前記水平ロールの側面に配置されると共に、当該水平ロールと共に回転し、その回転軌道において前記フランジ端面に最も接近する位相で計測された結果を、前記圧延中の形鋼のフランジ端面からウェブ偏り計測装置までの距離とすることができる。
【００１５】
本発明に係る形鋼の形状計測装置は、フランジとウェブを有する形鋼の圧延材を、上下対の水平ロール及び左右対の竪ロールが組み込まれたユニバーサルミルで圧延するにあたり、前記形鋼の形状を計測する装置であって、前記上下対の水平ロールのそれぞれに配置され、前記形鋼のフランジ端面までの距離を計測するウェブ偏り計測装置と、前記ウェブ偏り計測装置のそれぞれが計測したフランジ端面からウェブ偏り計測装置まで距離に基づいて、圧延中の形鋼のウェブの偏り量を演算により算出する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
前記制御装置は、ウェブの偏り量に基づいて、ウェブの偏りを小さくするために必要な水平ロールの上下昇降量を演算し、前記演算された水平ロールの上下昇降量に基づいて、水平ロールを上下に昇降させる制御をさらに行うことができる。
【００１７】
前記圧延材のフランジ端面までの距離を計測するウェブ偏り計測装置は、例えば差動変圧器と、差動変圧器と連結して圧延材のフランジ端面に接触する接触子で構成することができる。
【００１８】
或いは、前記圧延材のフランジ端面までの距離を計測するウェブ偏り計測装置は、光学式変位計であり、前記光学式変位計と圧延材のフランジ端面との間に、前記光学式変位計の投光部から照射した光を通過させる導光路を前記光学式変位計に連結して配置することができる。この場合、前記導光路と圧延材のフランジ端面との間に流体を充填する流体供給配管を配設することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施例を図１に示す。圧延材１１はウェブ１１ａとフランジ１１ｂとからなり、ウェブ１１ａの左右両端にフランジ１１がそれぞれ形成されており、断面形状がＨ形をなしている。上下一対の水平ロール１２、１３はスピンドル（図示せず）を介してミルモーター（図示せず）に接続されており、ミルモーターによって自転可能に構成されている。また、前記水平ロール１２，１３はそれぞれ圧下装置１６，１７によって上下に位置を調整し、水平ロール１２、１３の間に圧延材１１のウェブ１１ａを上下から挟んで圧下して圧延可能に構成されている。左右一対の竪ロール１４，１５は、圧延材１１のフランジ１１ｂを左右から挟んで圧下して圧延可能に構成されている。
【００２０】
ウェブ偏り計測装置２０は形鋼圧延装置１０内で、各水平ロール１２、１３の胴部側面に固定され、水平ロール１２、１３と一体となって回転しながら、圧延材１１のフランジ１１ｂの端面までの距離を計測するように構成されている。距離の測定方法は、特に限定されることはなく、機械式又は光学式、あるいは接触式又は非接触式のいずれで計測してもよい。
【００２１】
スリップリング２３は水平ロールチョック１８，１９に固定され、ウェブ偏り計測装置２０の出力信号は、水平ロール１２、１３の内部に設けられた配線を介してスリップリング２３に伝えられ、外部に出力されるように構成されている。
【００２２】
制御装置２２は計測部２２ａと演算部２２ｂを備え、演算部２２ｂにはプログラムＰ１、Ｐ２が格納されている。また、制御装置２２は、スリップリング２３とそれぞれ接続されており、出力信号を受信するように構成されている。さらに、制御装置２２は、水平圧下装置１６，１７と接続されており、水平圧下装置１６，１７の昇降を介して形鋼圧延装置１０の水平ロール１２、１３の昇降量を制御可能に構成されている。
【００２３】
まず、プログラムＰ１について説明する。プログラムＰ１は、圧延材１１のウェブ１１ａの位置の偏り量Ｓを、圧延材１１の圧延時に算出するプログラムである。具体的には、ウェブ偏り計測装置２０によって計測された圧延材１１のフランジ端面までの距離δ１およびδ２を用いて、（１）式によりウェブ１１ａの偏り量Ｓを計算する。
【００２４】
一例として、図４に示すように、半径Ｒ１の上水平ロール１２と半径Ｒ２の下水平ロール１３の各々の胴部側面に、各ロールの圧延面までの距離がそれぞれｘ１、ｘ２となるようにウェブ偏り計測装置２０を設置した場合の制御方法について説明する。圧延材１１の圧延を開始すると、ウェブ偏り計測装置２０は、ウェブ偏り計測装置２０から圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの距離δ１、δ２を検出する。この検出したウェブ偏り計測装置２０から圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの距離δ１、δ２を基に、フランジ上部長さＢ１、フランジ下部長さＢ２をそれぞれ（２）式と（３）式により求める。
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【００２５】
こうして求められたフランジ上部長さＢ１、フランジ下部長さＢ２を用いて、（１）式よりウェブ偏り量Ｓが求められる。なお、一般に、上水平ロール１２と下水平ロール１３の半径は等しく、Ｒ１＝Ｒ２である。さらに、ウェブ偏り計測装置２０の取付位置として、ウェブ偏り計測装置２０から水平ロール１２、１３の圧延面までの距離をｘ１＝ｘ２と等しくなるように設置するのが望ましい。
【００２６】
次にプログラムＰ２について説明する。プログラムＰ１が計算した圧延材１１のウェブ１１ａの中心位置の偏り量Ｓに基づいて、圧下装置１６、１７の上下位置を制御することにより、形鋼圧延装置１０の水平ロール１２、１３の上下位置を制御するプログラムである。ウェブ１１ａの偏り量Ｓが正の値の場合、圧延材１１のウェブ１１ａの位置はフランジ１１ｂの中心より下方に偏っていることになるため、圧下装置１６、１７を上昇させて水平ロール１２、１３を上昇させる。また、ウェブ１１ａの偏り量Ｓが負の値の場合、圧延材１１のウェブ１１ａの位置はフランジ１１ｂの中心より上方に偏っていることになるため、圧下装置１６、１７を下降させて水平ロール１２、１３を下降させる。また、ウェブ１１ａの偏り量Ｓがゼロの場合、圧延材１１のウェブ１１ａの偏りは存在しないため、圧下装置１６、１７および水平ロール１２、１３の上下の移動は行わない。
【００２７】
図５に制御装置２２内の制御の流れを示す。圧延材１１が形鋼圧延装置１０内に進入し、上下の水平ロール１２、１３の間に位置したとき、プログラムＰ１が、ウェブ偏り計測装置２０により計測された圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの距離δ１、δ２を用いて、式（１）から、ウェブ１１ａの偏り量Ｓを、圧延中に計算する。さらに、プログラムＰ２が、圧延材１１のウェブ１１ａの偏り量Ｓに応じて、圧下装置１６、１７の昇降量を計算し、この計算した昇降量で圧下装置１６、１７を昇降させることで、形鋼圧延装置１０の水平ロール１２、１３を昇降させ、圧延材１１のウェブ１１ａの偏り量Ｓをゼロとするように、水平ロール１２、１３によるウェブ１１ａの偏り量を変化させる。例えば、ウェブ１１ａの偏り量Ｓが正の値で、ウェブ１１ａの位置がフランジ１１ｂの中心より下方に偏っている場合には、プログラムＰ２が圧下装置１６、１７を上昇させ、フランジ１１ｂの中心より下方に偏っているウェブ１１ａの偏りを上方に修正することにより、ウェブ１１ａの偏りが矯正された圧延材１１を得ることができる。また、ウェブ１１ａの偏り量Ｓが負の値で、ウェブ１１ａの位置がフランジ１１ｂの中心より上方に偏っている場合には、プログラムＰ２が圧下装置１６、１７を下降させ、フランジ１１ｂの中心より上方に偏っているウェブ１１ａの偏りを上方に修正することにより、ウェブ１１ａの偏りが矯正された圧延材１１を得ることができる。また、ウェブ偏り計測装置２０を水平ロール１２、１３の胴部の左右側面に取付けて、右のフランジ上部長さＢ３とフランジ下部長さＢ４をあわせて計測し、ウェブ１１ａの偏りＳの左右の平均値を演算することで、より正確に圧延材１１のウェブ偏りを矯正することができる。
【００２８】
なお、一般に形鋼の圧延では、図６に示すように粗圧延を行うブレークダウンミル６１（上下一対の溝付きの水平ロールを有する）、中間造形を行う中間ユニバーサルミル６２（上下一対の水平ロールと、左右一対の竪ロールを有する）とエッジャーミル６３（上下一対の溝付きの水平ロールを有する）、製品の最終形状を作り込む仕上げユニバーサルミル６４（上下一対の水平ロールと、左右一対の竪ロールを有する）によって圧延が行われているが、本発明は、中間ユニバーサルミル６１および仕上げユニバーサルミル６４いずれにおいても適用することができる。中間造形の段階でのウェブ偏りの発生を防止するには中間ユニバーサルミル６２に本発明を適用すればよい。また、仕上げ段階でのウェブ偏りの発生を防止するには、仕上げユニバーサルミル６４に本発明を適用すればよい。さらに、中間ユニバーサルミル６２および仕上げユニバーサルミル６４すべてに本発明を適用すれば、中間圧延および仕上げ圧延の全域で、ウェブ偏りの発生を防止できる。
【００２９】
本発明の第２の実施例として、接触式ウェブ偏り計測装置３０を図７に示す。接触式ウェブ偏り計測装置３０は水平ロール１２、１３の胴部側面に設置され、主に、差動変圧器３１、接触子３２、スプリング３３、接触式変位計用取付治具３４から構成される。差動変圧器３１は、図８のように1次コイル３１ａ、2次コイル３１ｂおよび３１ｃの３つのコイル、１次コイル３１ａと２次コイル３１ｂおよび３１ｃを磁気的に結合させる可動鉄芯３１ｄ、各コイルを格納する筐体３１ｅから構成されている。一般的に、各コイルは１次コイル３１ａの両側に２次コイル３１ｂおよび３１ｃが配置された円筒状の構造をしている。また、可動鉄心３１ｄの先端には接触子３２が取り付けられ、さらに、接触子３２と筐体３１ｅの間には可動鉄心３１ｄを覆うようにスプリング３３が取り付けられている。接触子３２は、例えば、圧延材１１よりも硬度の高いステンレス等の物質を用いることで、圧延材１１との接触による損耗を抑えることができる。差動変圧器３１は接触式変位計用取付治具３３内に格納されており、接触式変位計用取付治具３３は、例えば、水平ロール１２、１３にボルト等で固定して設置する。この時、筐体３１ｅの先端と水平ロール１２の圧延面との距離が、例えば、ｘ１となるように設置する。差動変圧器３１は接触式変位計接触子３２が圧延材１１のフランジ１１ｂ端面と接触すると、可動鉄心３１ｄが筐体３１ｅ内に押し込まれるとともにスプリング３３が縮むが、圧延材１１が離れると、スプリング３３が元に戻ろうとして接触子３２を押し戻す。こうして、筐体３１ｅ内を可動鉄心３１ｄが移動することにより、可動鉄心３１ｄの移動量に比例した電圧信号が外部に出力される。差動変圧器３１からの出力信号はケーブルによりスリップリング２３を通じて、制御装置２２に送信される。こうして、可動鉄心３１ｄの移動量を検出することにより、圧延材１１のフランジ長をリアルタイムに計測することができる。
【００３０】
図９には、上水平ロール１２の側面に１個の接触式ウェブ偏り計測装置３０を設置した場合を示している。接触式ウェブ偏り計測装置３０は、ロールが１回転するたびに、圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの距離の計測を１回行う。接触式ウェブ偏り計測装置３０が設置されている水平ロール１２、１３が回転すると、図９に示されるように、接触子３２が圧延材１１のフランジ１１ｂ端面に接触していない（２）の間にある時は大きい値を示す一方、接触子３２が圧延材１１のフランジ１１ｂ端面に接触している（１）の間にある時に小さい値を示すとともに、差動変圧器３１の軸と圧延材１１の進行方向が直角となるときに極小値を示す。すなわち、計測値が極小値を示した点が接触式ウェブ偏り計測装置３０から圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの最短距離δ１である。前述の（２）式に示したように、この接触式ウェブ偏り計測装置３０から圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの最短距離δ１を、差動変圧器３１の筐体３１ｅの先端から上水平ロール１２の圧延面までの距離ｘ１から差し引くことで、フランジ長B1を求めることができる。
【００３１】
一例として、図１０に、上水平ロール１２に接触式ウェブ偏り計測装置３０を設置した時に得られるデータを示す。ここで、横軸は時間、縦軸は差動変圧器３１の筐体３１ｅの先端から上水平ロール１２の圧延面までの距離ｘ１から差動変圧器３１の出力値を差し引いた検出値の推移である。図１０において、検出値が最も小さくなる点がフランジ上部長さB1となる。
【００３２】
このようにして、圧延材１１のフランジ１１ｂのウェブの上面より上側の上部長さB１、もしくはB３と、ウェブの下面より下側の下部長さB２、もしくはB４とを計測することにより、圧延材１１のウェブ偏りＳをリアルタイムに計測することが可能となる。
【００３３】
本発明の第３の実施例として、光学式変位計４１を用いた光学式ウェブ偏り計測装置４０を図１１に示す。光学式ウェブ偏り計測装置４０は水平ロール１２、１３の側面に設置され、主に、光学式変位計４１、導光路４２、流体４７、流体噴出手段４４、噴出部４５、流体供給配管４６から構成される。光学式変位計４１からの出力信号はケーブルによりスリップリング２３を通じて、制御装置２２に送信される。
【００３４】
光学式変位計４１として三角測距方式を用いた場合、光学式変位計４１の投光部から照射された光４３は導光路４２と流体４７内を通過した後に、計測対象物である圧延材１１のフランジ１１ｂ端面で拡散反射し、その反射光４３の一部は再度、流体４７内と導光路４２と通過した後、光学式変位計４１の受光部のレンズで集光され、CCDなどの受光素子上に結像される。圧延材１１のフランジ長が変化すると、拡散反射光の集光する角度が変化し、受光素子上の結像位置が移動する。この移動量を検出することにより、圧延材１１のフランジ長をリアルタイムに計測することができる。
【００３５】
上水平ロール１２の側面に、導光路４２から上水平ロール１２の圧延面までの距離が、例えば、ｘ１となるように導光路４２を設置し、光学式変位計４１にて導光路４２から圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの距離δ１を計測することにより、前述の（２）式のように、フランジ１１ｂ上部長さB１を求めることができる。このようにして、圧延材１１のフランジ１１ｂのウェブ１１ａの上面より上側の上部長さB１、もしくはB３と、ウェブ１１ａの下面より下側の下部長さB２、もしくはB４とを計測することにより、圧延材１１のウェブ偏りＳをリアルタイムに計測することが可能となる。
【００３６】
導光路４２は、例えば、石英ガラスやアクリルのような透明度の高い物質を用いることで、光の減衰を抑えることができるとともに、ミル内に飛散する冷却水やスケールにより、光４３が散乱するのを抑える役割を果たしている。また、石英ガラスは約1150℃の融点を持ち、充分な耐熱性を有しているため、導光路４２に石英ガラスを用いれば、導光路４２への損耗を抑えることができる。
【００３７】
流体４７は、例えば、水や空気のような物質を用いて、流体供給配管４６より常に供給し、噴出部４５から常時外部に噴き出させることで、ミル内に飛散するスケールや油などが流体噴出手段４４内へ侵入するのを防ぐだけでなく、スケールや油の汚れから導光路４２表面を清浄に保つ効果がある。更に、光学式変位計４１の近傍に流体４７を流すことにより、高温の圧延材１１からの熱輻射の影響を遮断し、光学式変位計４１の温度変化を防ぎ、光学式変位計４１の温度ドリフトを抑えることで高精度の計測が可能となる。
【００３８】
光学式変位計４１と導光路４２は、例えば、水平ロール１２，１３にボルト等で固定して設置する。あるいは、光学式変位計４１と導光路４２とを流体噴出手段４４で覆い、流体噴出手段４４に光学式変位計４１と導光路４２の筐体としての機能を持たせ、流体噴出手段４４を水平ロール１２，１３にボルト等で固定することで、光学式変位計４１と導光路４２を設置することも可能である。更に、光学式変位計４１と導光路４２との密着性を良くするために、光学式変位計４１と導光路４２の接合部に透明度の高い樹脂製の接着剤等を用いても良い。
【００３９】
以上のように本発明により、ミル内にロール冷却用の冷却水やスケールが飛散していても、それらの影響を受けることなく、安価で且つ正確な計測が実現できる。
【００４０】
図１２には、上水平ロール１２の側面に１個の光学式ウェブ偏り計測装置４０を設置した場合を示している。光学式ウェブ偏り計測装置４０は、ロールが１回転するたびに、圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの距離の計測を１回行う。一般に光学式変位計４１には計測範囲が存在するため、光学式変位計４１の投光部及び受光部が圧延材１１の方向を向いたときのみ光学式変位計４１は計測が可能となる。光学式変位計４１が設置されている水平ロール１２，１３が回転することで、図１２に示されるように、圧延材１１のフランジ１１ｂ端面が光学式変位計４１の計測範囲にある（１）の間にある時は計測可能となり、計測範囲外となる（２）の間にある時は計測不能となる。圧延材１１が光学式変位計４１の計測範囲内にあり、且つ、計測値が最も小さい値を示した点が光学式変位計４１に取り付けられた導光路４２から圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの最短距離δ１である。前述の（２）式に示したように、この光学式ウェブ偏り計測装置４０の導光路４２から圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの最短距離δ１を、導光路４２から上水平ロール１２の圧延面までの距離ｘ１から差し引くことで、フランジ長B1を求めることができる。
【００４１】
一例として、上水平ロール１２に光学式ウェブ偏り計測装置４０を設置した時に得られるデータを図１３に示す。ここで、横軸は時間、縦軸は導光路４２から上水平ロール１２の圧延面までの距離ｘ１から光学式変位計４１の出力値を差し引いた検出値の推移である。図１３において、光学式変位計４１の検出値が最も小さくなる点がフランジ上部長さＢ１となる。
【００４２】
なお、流体４７は、図１２および図１３において、計測範囲内となる（１）の期間のみ光学式ウェブ偏り計測装置４０へ供給すれば良いが、流体４７を供給するための制御を簡単にするために計測範囲外となる（２）の期間についても供給し続けても何ら問題はない。むしろ、ミル内に飛散するスケールや油などの流体噴出手段４４内への侵入を防ぐとともにスケールや油の汚れから導光路４２表面を清浄に保つために、流体４７は光学式ウェブ偏り計測装置４０へ常に供給し続けることが望ましい。
【００４３】
光学式変位計４１を用いた光学式ウェブ偏り計測装置４０の構成として、図１４（ａ）に示すように光学式変位計４１と導光路４２が密着している場合と、図１４（ｂ）に示すように光学式変位計４１と導光路４２の間に流体４７が存在する場合が考えられる。導光路４２と流体４７の屈折率が異なると、導光路４２と流体４７の境界面で屈折が生じるため、光学式変位計４１から圧延材１１のフランジ１１ｂ端面までの正確な距離を求めるためには補正が必要となる。
【００４４】
屈折率n1から屈折率n2の物質に対して、入射角θ1の光４３を入れた場合、n1とn2の境界面で光４３が屈折する出射角θ2との関係は（４）式となる。
2011235338.tif 000006
表１に、代表的な物質の屈折率を示す。
2011235338.tif 000007
【００４５】
一例として、流体４７に水、導光路４２にガラスを用いた場合、圧延材１１のフランジ１１ｂ端面からの反射光４３が導光路４２に入射角θ1＝30°で入射した場合の導光路４２内の出射角θ２は、（４）式より、
1.33sin30＝1.52sinθ2
θ2＝４５.9°
となる。
【００４６】
距離の補正の考え方について説明する。まず図１４（ａ）の光学式変位計４１と導光路４２が密着している場合について説明する。図１５（ａ）に示すように、導光路４２から真の圧延材のフランジ１１ｂ端面の位置５１までの距離をδ、導光路４２の長さをLとすると、光学式変位計４１が検出する距離aは光学式変位計４１から真の圧延材のフランジ端面の位置５１までの距離、すなわち、
2011235338.tif 000008
ではなく、光学式変位計４１から見かけの圧延材のフランジ端面の位置５２までの距離、すなわち、
2011235338.tif 000009
となる。ここで、bは、真の圧延材のフランジ端面の位置５１から見かけの圧延材のフランジ端面の位置５２までのシフト量である。したがって、導光路４２から真の圧延材のフランジ端面の位置５１までの距離δ、すなわち、フランジ長さＢ１を求めるためには、光学式変位計４１で検出される距離aを補正する必要がある。
【００４７】
光学式変位計４１で検出される距離aは対象物からの反射角、すなわち、見かけ上の圧延材のフランジ１１ｂ端面の位置５２からの反射角θ2により一意で与えられるため、（７）式のように表わすことができる。このときの関数fは光学式変位計４１のメーカーや型式によって異なる。
2011235338.tif 000010
また、圧延材１１のフランジ１１ｂ端面からの反射光４３の導光路４２への入射角θ1は、流体４７と導光路４２の屈折率n1とn2と、圧延材１１のフランジ１１ｂ端面からの反射光４３の導光路４２への出射角θ2より、（８）式で求められる。
2011235338.tif 000011
したがって、導光路４２から真の圧延材のフランジ端面の位置５１までの距離δは、（９）式で求めることができる。
2011235338.tif 000012
【００４８】
一例として、流体４７に水、導光路４２にガラスを用いた場合、導光路４２の長さL=60mm、導光路４２から上水平ロール１２の圧延面までの距離x1=150mm、光学式変位計４１の検出距離a=100mm、光学式変位計４１における検出距離a=100mmに相当する反射角θ2=４５°とすると、（８）式により圧延材１１のフランジ１１ｂ端面からの反射光４３の導光路４２への入射角θ1＝48.9°が得られ、従って、（９）式より導光路４２から真の圧延材のフランジ端面の位置５１までの距離δ=33.8mmとなる。よって、前述の（２）式よりフランジ上部長さB1＝150−33.8＝116.2mmと求めることができる。補正の流れを図１６（ａ）に示す。
【００４９】
次に図１４（ｂ）の光学式変位計４１と導光路４２に隙間があり、且つ、その隙間に流体４７が存在する場合について説明する。図１５（ｂ）に示すように、導光路４２から真の圧延材のフランジ端面の位置５１までの距離をδ、光学式変位計４１から導光路４２までの距離をL１、導光路４２の長さをL2とすると、光学式変位計４１が検出する距離aは光学式変位計４１から真の圧延材のフランジ端面の位置５１までの距離、すなわち、
2011235338.tif 000013
ではなく、光学式変位計４１から見かけの圧延材のフランジ端面の位置５２までの距離、すなわち、
2011235338.tif 000014
となる。ここで、cは、真の圧延材のフランジ端面の位置５１から見かけの圧延材のフランジ端面の位置５２までのシフト量である。したがって、導光路４２から真の圧延材のフランジ端面の位置５１までの距離δ、すなわち、フランジ長さB1を求めるためには、光学式変位計４１で検出される距離aを補正する必要がある。
【００５０】
光学式変位計４１において検出される距離aは対象物からの反射角、すなわち、見かけ上の圧延材のフランジ端面の位置５２からの反射角θ3により一意で与えられるため、（１２）式のように表わすことができる。このときの関数fは光学式変位計４１のメーカーや型式によって異なる。
2011235338.tif 000015
【００５１】
また、圧延材１１のフランジ１１ｂ端面からの反射光４３の導光路４２への出射角θ4は、流体４７と導光路４２の屈折率n1とn2と、圧延材１１のフランジ１１ｂ端面からの反射光４３の導光路４２への入射角θ3より、（１３）式で求められる。
2011235338.tif 000016
【００５２】
したがって、導光路４２から真の圧延材のフランジ端面の位置５１までの距離δは、（１４）式で求めることができる。
2011235338.tif 000017
【００５３】
一例として、流体４７に水、導光路４２にガラスを用いた場合、光学式変位計４１から導光路４２までの距離L1=10mm、導光路４２の長さL2=50mm、導光路４２から上水平ロール１２の圧延面までの距離x1=150mm、光学式変位計４１の検出距離a=85mm、光学式変位計４１における検出距離a=85mmに相当する反射角θ3=４８.9°とすると、（１３）式より圧延材１１のフランジ１１ｂ端面からの反射光４３の導光路４２への出射角θ4＝４５.0°が得られ、従って、（１４）式より導光路４２から真の圧延材のフランジ端面の位置５１までの距離δ=347mmとなる。よって、前述の（２）式よりフランジ上部長さB1＝150−347＝117.3mmと求めることができる。補正の流れを図１６（ｂ）に示す。
【００５４】
Ｈ形鋼のフランジ１１ｂの厚さt2, t3は、10mm未満の場合もあり、導光路４２が竪ロール１４，１５と干渉しないためには導光路４２の厚さを数mmオーダーまで薄くする必要がある。導光路４２が薄い場合、光学式変位計４１から導光路４２に照射した光軸４３と導光路４２の平行度が悪いと、光４３が導光路４２の側面から外部に漏れ、圧延材１１のフランジ１１ｂ端面に照射されずにフランジ長が計測できなかったり、導光路４２から漏れた光４３が竪ロール１４、１５に当り、誤って竪ロール１４、１５までの距離を計測してしまったりなどの問題が生じることがある。このような薄い導光路４２を使用する場合、導光路４２に比較的屈折率の大きい石英ガラスのような物質を用いるのが良い。導光路４２の屈折率が導光路４２外部の屈折率より大きいと、図１７に示すように、導光路４２の側面に光学式変位計４１からの光４３が当たっても、光４３は導光路４２の側面を透過することができず全て反射する全反射現象が起き、導光路４２から光４３が漏れるのを防ぐことができる。全反射が生じるときの入射角度を臨界角θcといい、導光路４２内の光４３の導光路４２の側面での臨界角θcは（１５）式にて求めることができる。
2011235338.tif 000018
ここで、n1は導光路４２の周囲の屈折率、n2は導光路４２の屈折率である。導光路４２が石英ガラス、導光路４２の周囲が水で覆われている場合、導光路４２の側面での臨界角θcは約61°となる。すなわち、図１７において、導光路４２側面への光４３の入射角θ5が61°より大きければ、導光路４２側面から光４３が外部に漏れるのを防ぐことができる。
【００５５】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
【００５６】
例えば、本発明の第３の実施例の光学式ウェブ偏り計測装置４０において、導光路４２として石英ガラスやアクリル、流体４７として水や空気を使用して計測装置を構成したが、導光路４２としてアクリル以外の樹脂や他の透明度の高い物体を使用することや、また、流体４７として油などの他の流体を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るウェブ偏り計測装置の説明図
【図２】Ｈ形鋼の断面図
【図３】ウェブ偏りが生じる位置がずれるウェブ付け替え現象を説明する図
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るウェブ偏り計測装置の説明図
【図５】制御装置内の制御の流れ
【図６】形鋼圧延工程のミルの配置図
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るウェブ偏り計測装置の説明図
【図８】差動変圧器の説明図
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るウェブ偏り計測装置の計測範囲の説明図
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るウェブ偏り計測装置の計測結果の一例
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るウェブ偏り計測装置の説明図
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るウェブ偏り計測装置の計測範囲の説明図
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係るウェブ偏り計測装置の計測結果の一例
【図１４】（ａ）光学式変位計と導光路とが密着した場合のウェブ偏り計測装置（ｂ）光学式変位計と導光路の間に流体が存在する場合のウェブ偏り計測装置
【図１５】（ａ）光学式変位計と導光路が密着した場合のウェブ偏り計測装置の距離の補正方法（ｂ）光学式変位計と導光路の間に流体が存在する場合のウェブ偏り計測装置の距離の補正方法
【図１６】図１５における距離の補正の流れ
【図１７】導光路にて生じる全反射の説明図
【図１８】従来の技術の説明図
【符号の説明】
【００５８】
１０：形鋼圧延装置、１１：圧延材、１１ａ：ウェブ、１１ｂ：フランジ、１２：上水平ロール、１２ａ：ロール軸、１３：下水平ロール、１３ａ：ロール軸、１４：竪ロール（左竪ロール）、１５：竪ロール（右竪ロール）、１６：上側圧下装置、１６ａ：油圧シリンダ、１７：下側圧下装置、１７ａ：油圧シリンダ、１８：ロールチョック、１９：ロールチョック、２０：ウェブ偏り計測装置、２２：制御装置、２２ａ：計測部、２２ｂ：演算部、２３：スリップリング、３０：接触式ウェブ偏り計測装置、３１：差動変圧器、３１ａ：１次コイル、３１ｂ、３１ｃ：２次コイル、３１ｄ：可動鉄心、３１ｅ：筐体、３２：接触子、３３：スプリング、３４：接触式変位計用取付治具、４０：光学式ウェブ偏り計測装置、４１：光学式変位計、４２：導光路、４３：光軸、４４：流体噴出手段、４５：噴出部、４６：流体供給配管、４７：流体、５１：真の圧延材のフランジ端面の位置、５２：見かけ上の圧延材のフランジ端面の位置、６１：ブレークダウンミル、６２：中間ユニバーサルミル、６３：エッジャーミル、６４：仕上げユニバーサルミル
【図１】
2011235338.tif 000019
【図２】
2011235338.tif 000020
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011235338.tif 000023
【図６】
2011235338.tif 000024
【図７】
2011235338.tif 000025
【図８】
2011235338.tif 000026
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2011235338.tif 000029
【図１２】
2011235338.tif 000030
【図１３】
2011235338.tif 000031
【図１４】
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【図１５】
2011235338.tif 000033
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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