(57)【要約】【課題】冷延鋼板のストリップの耳伸び・腹伸びに関する形状不良を安価にかつ精度良く検出することができるストリップ形状検出方法および装置を提供することを目的とする。【解決手段】搬送中のストリップの一方の幅方向端部側から他方の幅方向端部側に向けて、少なくとも３つのレーザー平面光を前記ストリップの幅方向内の所定位置で互いに交差し、かつ交差角度を異にするように照射し、照射されたレーザー平面光を前記他方の幅方向端部側で受光し、該受光信号に基づいて前記ストリップの形状不良の判定およびその形状を検出する。【選択図】図１
2008185442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送中のストリップの一方の幅方向端部側から他方の幅方向端部側に向けて、少なくとも３つの平面光を前記ストリップの幅方向内の所定位置で互いに交差し、かつ交差角度を異にするように照射し、照射された平面光を前記他方の幅方向端部側で受光し、該受光信号に基づいて前記ストリップの形状不良の判定およびその形状を検出することを特徴とするストリップ形状検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載のストリップ形状検出方法において、
前記平面光は、レーザー平面光であることを特徴とするストリップ形状検出方法。
【請求項３】
搬送中のストリップの一方の幅方向端部側から他方の幅方向端部側に向けて平面光を照射する投光器と、該投光器から照射された平面光を前記他方の幅方向端部側で受光する受光器と、該受光器からの受光信号を増幅するアンプとを備える、少なくとも３つの投受光装置と、
該投受光装置からの信号に基づいて、前記ストリップの形状不良の判定およびその形状を検出する形状検出演算装置とを備え、
前記投受光装置では、互いの平面光を、前記ストリップの幅方向内の所定位置で交差させ、かつ交差角度を異にするようにすることを特徴とするストリップ形状検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載のストリップ形状検出装置において、
前記投受光装置は、レーザー投受光装置であることを特徴とするストリップ形状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは冷延鋼板(薄板)、金属箔、および紙の製造方法に関し、特に、冷延鋼板のストリップの腹伸び、耳伸びといった形状検出を行うストリップ形状検出方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ストリップ形状（腹伸び、耳伸び）検出する方法としては、ストリップを電磁石で吸着しつつ磁気歪を検出する方法、およびロールの表面長手方向にロードセルを複数配置し、ロールに巻きつくストリップの荷重分布からストリップの形状を測定する方法が行われている。
【０００３】
また、特許文献１には、ストリップをロールで拘束しない位置にレーザー距離計を板面垂直方向に配置し、同距離計からの絶対値の変異を測定した後、信号処理でバタツキ分を相殺するという方法が開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献２または特許文献３には、レーザー光をストリップの一方向な幅方向の端部から他方向の端部照射し、ＣＣＤカメラによってレーザー光の遮断形状を検出しようとする方法が開示されている。
【特許文献１】特開平５-０７１９４８号公報
【特許文献２】特開平６-２７３１３３号公報
【特許文献３】特開２００６-３８６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ストリップを電磁石で吸着しつつ磁気歪を検出する方法、およびロールの表面長手方向にロードセルを複数配置し、ロールに巻きつくストリップの荷重分布からストリップの形状を測定する方法では、圧延制御にフィードバックして耳伸びや腹伸びを取り除く意図としては実用上問題ないものの、磁気歪検出やロードセルを含むロールといった設備により外力で形状を変形させることなく、具体的な耳伸びや腹伸びの大きさを評価する必要がある場合には、評価が難しいという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１に開示された技術は、背景技術として挙げた中ではもっとも定量的に伸びの大きさを評価できるが、レーザー距離計を多量に必要とするため、安価な設備となりにくいという問題がある。
【０００７】
さらに、特許文献２または特許文献３に開示された技術は、板面に発生した絞り等の形状不良をＣＣＤカメラで具体的形状として捕らえようとしたものであるため、耳伸び・腹伸びに関する形状不良を検出しようとする本発明の主旨とはやや異なるものと考えられる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、上記問題を解決し、冷延鋼板のストリップの耳伸び・腹伸びに関する形状不良を安価にかつ精度良く検出することができるストリップ形状検出方法および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】
【０００９】
本発明の請求項１に係る発明は、搬送中のストリップの一方の幅方向端部側から他方の幅方向端部側に向けて、少なくとも３つの平面光を前記ストリップの幅方向内の所定位置で互いに交差し、かつ交差角度を異にするように照射し、照射された平面光を前記他方の幅方向端部側で受光し、該受光信号に基づいて前記ストリップの形状不良の判定およびその形状を検出することを特徴とするストリップ形状検出方法である。
【００１０】
また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のストリップ形状検出方法において、前記平面光は、レーザー平面光であることを特徴とするストリップ形状検出方法である。
【００１１】
また本発明の請求項３に係る発明は、搬送中のストリップの一方の幅方向端部側から他方の幅方向端部側に向けて平面光を照射する投光器と、該投光器から照射された平面光を前記他方の幅方向端部側で受光する受光器と、該受光器からの受光信号を増幅するアンプとを備える、少なくとも３つの投受光装置と、該投受光装置からの信号に基づいて、前記ストリップの形状不良の判定およびその形状を検出する形状検出演算装置とを備え、前記投受光装置では、互いの平面光を、前記ストリップの幅方向内の所定位置で交差させ、かつ交差角度を異にするようにすることを特徴とするストリップ形状検出装置である。
【００１２】
さらに本発明の請求項４に係る発明は、請求項３に記載のストリップ形状検出装置において、前記投受光装置は、レーザー投受光装置であることを特徴とするストリップ形状検出装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、少なくとも３台のレーザー投受光器を角度を変えて配置し、レーザー平面光をストリップの一方向な幅方向の端部から照射し、ストリップをはさんだ逆サイドの端部で集光し、その集光強度を測定するようにしたので、耳伸びか腹伸びか、その伸びの大きさと位置を検出ができるようになり、安価な装置が実現できる。また、レーザー平面光の平面幅長さの範囲でストリップ自体が多少ばたついても、伸びの大きさには無関係で測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明を実施するための最良の形態について、図面および式を参照して説明を行う。なお、以下の説明では、レーザー平面光を例に説明を行うが、本発明は、レーザーに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００１５】
図1は、本発明を実施するための最良の形態例を示す模式図であり、３セットのレーザー投光器・レーザー受光器を用いて耳伸び部検出に適用した場合を示している。（ａ）は、斜めから見た斜視図を、（ｂ）は、真上から見た上面図をそれぞれ示している。図中、１はストリップ、２はレーザー投光器、３はレーザー受光器、１０はストリップ進行方向、および１２は耳伸び部をそれぞれ表しており、３セットのレーザー投光器・レーザー受光器を、（２-1は３本レーザーの投光器の１、これと対をなす３-1は３本レーザーの受光器の１）、（２-2は３本レーザーの投光器の２、これと対をなす３-2は３本レーザーの受光器の２）、および（２-3は３本レーザーの投光器の２、これと対をなす３-3は３本レーザーの受光器の３）で表している。
【００１６】
この例は、耳伸び部１２を有するストリップ１の幅方向両側に、３セットのレーザー投光器・レーザー受光器を設置し、ストリップ１の進行中に検出している様子を表している。
【００１７】
図２は、レーザー平面光による形状検出方法を説明する図であり、分りやすくするため送受信器１セットの場合を示している。図中、図１と異なる、４はレーザー平面光、５はレーザー遮光部分、６はパスライン、７は時間軸、および８はレーザー光強度(率)軸をそれぞれ表す。図２（ａ）は、腹伸び部分を１セットのレーザー投光器２・レーザー受光器３で検出している様子を表しており、また（ｂ）は、集光レンズに集光される前の平面光を、レーザーを照射した逆のストリップ端部から見た例を示しており、さらに（ｃ）は、受光部で光の強弱が周期的に繰り返される様子を示している。
【００１８】
レーザー投光器２では、レーザー光を半円筒形のコリメートレンズにより平面化しレーザー平面光４としてストリップ１の一方向な幅方向の端部からレーザーを照射する。そして、ストリップ１をはさんで逆サイドの端部でレーザー平面光の一部を集光レンズで１点に集光し、フォトマルチプライヤーなどレーザー受光器３で光強度を測定する。その際、レーザー平面光４には腹伸び部で遮光されたレーザー遮光部分５が生じている（ａおよびｂ）。そして、最終的に受光部では、横軸に時間軸７、縦軸にレーザー光強度(率)軸８をとると、（ｃ）のように光の強弱が周期的に繰り返される様子が検出される。同様に耳伸びでの例は、図３（ａ）〜（ｃ）のようになる。
【００１９】
図２および図３を比較すると、腹伸びでも耳伸びでも減光パターンが同じで区別ができない、また、図３から類推して操作側の耳伸びなのか駆動側の耳伸びなのかも分からないことは容易に理解できる。
【００２０】
そこで、本発明では、複数のレーザーで入射角度をずらようにしている。この様子を模式的に示したのが、図４および図５である。図４は腹伸びの例、そして図５は腹伸びの例であり、それぞれほぼ周期的パターンを繰り返す場合を示している。
【００２１】
図４および図５とも、（ａ）は、斜めから見た斜視図を、（ｂ）は、真上から見た上面図を、（ｃ）は、（ａ）図で集光レンズに集光される前の平面光を、レーザーを照射した逆のストリップ端部から見た例を、（ｄ）は、３台のレーザー受光器での減光パターンを示している。
【００２２】
腹伸びの例である図４（ｄ）からは、各検出器の増減光の位相が揃うことが分かる。一方、耳伸びの例である図５（ｄ）からは、各検出器間の増減の位相が異なる量でずれることが分かる。図５は、受光器側に近い位置に耳伸びが発生した場合であるが、逆に投光器側に近い位置に耳伸びが発生すれば、３台のレーザーの配置角度を変えていることによって、逆のパターンとなり、耳伸び発生位置を検出することができる。このように、耳伸び・腹伸びが単独で周期的パターンで発生していれば、ライン速度情報を参照のうえ各レーザー受光器で減光周期と位相を比較すれば、どちら側の耳伸びかあるいは腹伸びか、またその大きさを推定することが可能である。
【００２３】
耳伸び・腹伸びが同時に発生している場合には、最大の減光部を比較してそれが耳伸びなのか腹伸びなのかを推定し、もしそれが腹伸びのものであるならば、それ以外の減光部で、耳伸びの発生を推測することが出来る。ただし、この場合腹伸びの大きさは判定できるが、耳伸びの大きさを判定できない可能性はある。さらに、耳伸び・腹伸びが同時に発生している場合で、位相判定が出来なくなった場合では、判定範囲外の異常判定とする。
【００２４】
また、定常的に減光している場合には、Ｃ反り(幅方向に丸く反る)していると判断できる。ただし、板そのものにひねりを生じて通過している場合には誤検出となるので、本発明のレーザー投受光器はカテナリー部ではなく、第７図に示すようにＣ反りおよびひねりが発生しにくい、ストリップ１を拘束するロール９に近い位置に設置するのがよい。また判定タイミングとしては、ライン速度が安定している時に行うことが望ましい。
【００２５】
次に、図５の耳伸びの場合を例にして、本発明による判定処理を詳説する。先ず、ライン速度が安定な状態でのライン速度をＬＳとする。さらに、１のレーザー投受光セット(２-1と３-1)によるレーザー平面光４-1と、２のレーザー投受光セット(２-2と３-2)によるレーザー平面光４-2との交差する角度を(π/2−α)、そして２のレーザー投受光セット(２-2と３-2)によるレーザー平面光４-2と、３のレーザー投受光セット(２-3と３-3によるレーザー平面光４-3との交差する角度を(π/2−β)とする。このように、本発明では、３つのレーザー平面光をストリップの幅方向内の所定位置で互いに交差し、かつ交差角度を異にするようにする。
【００２６】
また、通過中ストリップの板幅をＷとし、１のレーザー投受光セットと２のレーザー投受光セットの間でストリップの耳伸び(検出器側に近い側の耳伸びとする)による減光パターンの時間差をｔx、２のレーザー投受光セットと３のレーザー投受光セットの間での時間差をｔYとする。
【００２７】
それぞれの耳伸びの発生した時間差を距離に換算して、ＸをｔＸ(s)の時間にＬＳの速度により耳伸び部が移動した距離、ＹをｔＹ(s)の時間にＬＳの速度により耳伸び部が移動した距離とすると、それぞれ以下の（１）、（２）式にて求めることができる。
Ｘ(m)＝Ｗ(m)／２tanα  ・・・・・・・・（１）
Ｙ(m)＝Ｗ(m)／２tanβ  ・・・・・・・・（２）
【００２８】
そして、（１）、（２）式から（３）式が得られる。
Ｙ／Ｘ＝tanα／tanβ    ・・・・・・・・（３）
【００２９】
さらに、ＸおよびＹは、以下の（４）、（５）式のようにも求めることができる。
Ｘ＝ＬＳ(mpm)・ｔＸ／６０・・・・・・・・（４）
Ｙ＝ＬＳ(mpm)・ｔＹ／６０・・・・・・・・（５）
【００３０】
（３）、（４）、および（５）式から、以下の（６）式が得られる。
ｔＹ／ｔＸ ＝tanα／tanβ  ・・・・・・・・（６）
【００３１】
仮に、レーザー光の交差角度  π/２−α＝ π/４、すなわちα＝π/４、π/２−β＝π/６、すなわちβ＝π/３であるとすると、（６）式は（７）式のようになる。
ｔＹ／ｔＸ＝１／ＳＱＲＴ（３）・・・・・・・・（７）
【００３２】
この比率に相当する信号を、３台のレーザー検出器による位相差の中から検出すれば、それがレーザー検出器側に発生している耳伸びということになる。
【００３３】
次に、その耳伸びが発生している位置であるが、そのストリップの中心位置からの距離を、ｗ(m)とすると、以下の（８）式で求めることができる。
ｗ(m)＝Ｘtanα＝ＬＳ・ｔＸ・tanα／６０    ・・・・（８）
【００３４】
図６は、本発明に係るシステムの構成例を示す図である。図中、既出以外の符号として、２１は投受光装置、２１-1は投受光装置の１、２１-2は投受光装置の２、２１-3は投受光装置の３、２２はコリメートレンズ、２３は集光レンズ、２４はアンプ、２５は形状検出演算装置、２６は集光強度比較演算器、２６-1は集光強度比較演算器の１、２６-2は集光強度比較演算器の２、２６-3は集光強度比較演算器の３、２７は伸び大きさ演算器、２８は時系列情報演算器、２９は板幅・ライン速度情報出力装置、３０は強度位相比較器、および３１は耳伸び・腹伸び判定器をそれぞれ表す。
【００３５】
先ず、２１-1の投受光装置の１について、説明を始める。レーザー投光器２のレーザー光をコリーメートレンズ２２により平行光４にエキスパンドし、ストリップ１にむけて投光する。腹伸び部や耳伸び部により生じたレーザー遮光部分５を含んだ光を、集光レンズ２３により集光した光の強度をフォトマルチプライヤー等のレーザー受光器３により検出する。検出された信号は、アンプ２４で増幅して２６-1の集光強度比較演算器の１に送られる。他の２１-2および２１-3でも同様の処理が行われ、それぞれ２６-2の集光強度比較演算器の２、２６-3の集光強度比較演算器の３に送られる。
【００３６】
２６-1の集光強度比較演算器の１での比較の対象は、板無しあるいはライン速度ＬＳがある一定以上でかつ信号強度が一定を示した場合、すなわち「伸び」が発生していない状態での全入光と判定できる状態での入光強度である。ここで、周期的なレーザーの減光がない場合に板が平面であるとしてレーザーの基本強度(前記比較の対象)をリセットすることにより、レーザー光の減衰があった場合も耳伸び量・腹伸び量を補正することができる。
【００３７】
２１の投受光装置は少なくとも３セット設置し、それぞれのレーザー光強度の時間変化を測定する。３台の集光強度比較演算器２６(２６-1：集光強度比較演算器の１、２６-2：集光強度比較演算器の２、２６-3：集光強度比較演算器の３)の演算結果から、伸びの高さを伸び大きさ演算器２７で算出する。レーザー平行光での入光強度であるために、もっともレーザー光が減光するピークの伸びの大きさは、耳伸び・腹伸びを問わず一様である。
【００３８】
また、少なくとも３セットある集光強度の減光パターンを、時系列情報として時系列情報演算器２８で一元化し、各パターンのピーク位相のずれを比較する。１回あたりのスキャニングにかける時間は、板幅・ライン速度情報出力装置２０からの外部情報に基づき、ライン速度ＬＳで通過中のストリップ板幅の両エッジがレーザー平面光４-1とレーザー平面光４-2との間を通過するのに必要な時間である。
【００３９】
すなわち、以下の（９）式により算出する。
ｔＸ＋ｔＹ＝（Ｘ(m)＋Ｙ(m)）・６０/ＬＳ(mpm)
＝３０Ｗ・(１/tanα ＋ １/tanβ)／ＬＳ    ・・・・（９）
この周期で、スキャンした信号を３０の強度位相比較器の中でレーザー光強度の増加減
パターンを、１回もしくは複数回ストレージするようにしてもよい。３１の耳伸び・腹伸び判定器で（７）式の判定比率を検出することにより、腹伸びか、どちらのサイドの耳伸びか、また（８）式より、それがストリップのどの位置にあるのかを測定することができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明は、少なくとも３台のレーザー投受光器を角度を変えて配置し、レーザー平面光をストリップの一方向な幅方向の端部から照射し、ストリップをはさんだ逆サイドの端部で集光し、その集光強度を測定するようにしたので、耳伸びか腹伸びか、その伸びの大きさと位置を検出ができるようになり、安価な装置が実現できる。また、レーザー平面光の平面幅長さの範囲でストリップ自体が多少ばたついても、伸びの大きさには無関係で測定できる。
【００４１】
また、周期的なレーザーの減光がない場合に板が平面であるとして、レーザーの基本強度をリセットすることにより、レーザー光の減衰があった場合も耳伸び量・腹伸び量を補正することができる。
【００４２】
さらに、Ｃ反りについても周期的なレーザーの減光がないケースで基本強度との比較から判定することは可能であるが、誤判定もあるので、拘束ロールから離れすぎない位置での測定が好ましい。レーザー投受光器は、オフライン位置に配置するため、異常時の補修・交換等保全しやすく、またさらに調整等を簡易にするために全体をユニット化するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を実施するための最良の形態例を示す模式図である。
【図２】レーザー平面光による形状検出方法(腹伸び)を説明する図である。
【図３】レーザー平面光による形状検出方法(耳伸び)を説明する図である。
【図４】本発明による形状検出方法(腹伸び)を説明する図である。
【図５】本発明による形状検出方法(耳伸び)を説明する図である。
【図６】本発明に係るシステムの構成例を示す図である。
【図７】好適なレーザー投受光器の配置を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１          ストリップ
２          レーザー投光器
２-1        ３本レーザーの投光器の１
２-2        ３本レーザーの投光器の２
２-3        ３本レーザーの投光器の３
３          レーザー受光器
３-1        ３本レーザーの受光器の１
３-2        ３本レーザーの受光器の２
３-3        ３本レーザーの受光器の３
４          レーザー平面光
４-1        ３本レーザーの平面光の１
４-2        ３本レーザーの平面光の２
４-3        ３本レーザーの平面光の３
５          レーザー遮光部分
５-1        レーザー遮光部分の１
５-2        レーザー遮光部分の２
５-3        レーザー遮光部分の３
６          パスライン
７          時間軸
８          レーザー光強度(率)軸
８-1        ４-1によるレーザー光強度(率)軸
８-2        ４-2によるレーザー光強度(率)軸
８-3        ４-3によるレーザー光強度(率)軸
９          ストリップ位置を固定するロール
１０        ストリップ進行方向
１１        腹伸び部
１２        耳伸び部
２１        投受光装置
２１-1      投受光装置の１
２１-2      投受光装置の２
２１-3      投受光装置の３
２２        コリメートレンズ
２３        集光レンズ
２４        アンプ
２５        形状検出演算装置
２６        集光強度比較演算器
２６-1      集光強度比較演算器の１
２６-2      集光強度比較演算器の２
２６-3      集光強度比較演算器の３
２７        伸び大きさ演算器
２８        時系列情報演算器
２９        板幅・ライン速度情報出力装置
３０        強度位相比較器
３１        耳伸び・腹伸び判定器
【図１】
2008185442.tif 000003
【図２】
2008185442.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008185442.tif 000008
【図７】
2008185442.tif 000009