(57)【要約】【課題】圧延後の圧延材の形状プロファイルの特性を検出できるようにする。【解決手段】圧延機１により圧延された圧延材５を計測して得られた形状プロファイルの特性を検出する圧延材の形状検出方法であって、予め圧延材５の平坦度パターンを表現可能な基底関数を定め、該基底関数で計測された圧延材５の形状プロファイルを級数展開し、該級数展開の係数に基づいて圧延材５の形状プロファイルの特性を検出することを特徴としている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延機により圧延された圧延材を計測して得られた形状プロファイルの特性を検出する圧延材の形状検出方法であって、
予め前記圧延材の平坦度パターンを表現可能な基底関数を定め、前記計測された圧延材の形状プロファイルを前記基底関数で級数展開し、該級数展開の係数に基づいて圧延材の形状プロファイルの特性を検出することを特徴とする圧延材の形状検出方法。
【請求項２】
前記基底関数として、直交関数を採用することを特徴とする請求項１に記載の圧延材の形状検出方法。
【請求項３】
前記基底関数として、直交性を備えたチェビシェフ関数を採用することを特徴とする請求項１に記載の圧延材の形状検出方法。
【請求項４】
前記級数展開の係数を圧延機の圧延制御に用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧延材の形状検出方法。
【請求項５】
前記圧延材の形状プロファイルを計測するに際し、光切断法を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧延材の形状検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延材の形状プロファイルを検出する圧延材の形状検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧延機によって圧延された圧延材の形状プロファイルを検出する方法として特許文献１に示すものがある。特許文献１における圧延材の形状検出方法では、圧延材の張力を測定可能な形状検出ローラを圧延材に接触させ、形状検出ローラで検出した圧延材の張力に基づいて圧延材の形状プロファイルを検出している。
特許文献１に示すように形状検出ローラを圧延材に接触させて張力を測定する方法においては、圧延材の張力を測定するためセンサ素子を使用しているのが一般的である。このセンサ素子の耐熱温度は大凡３００℃であり、圧延材の温度が３００℃を超える熱間圧延の場合には、特許文献１の技術を適用することができないことがあった。
【０００３】
そこで、特許文献２に示すように、熱間圧延の場合に圧延材の形状を検出する技術が様々考えられている。
特許文献２の鋼板の平坦度測定装置では、圧延材の下側に非接触式の距離計を配置して、圧延材の表面までの距離を測定することにより、圧延材の形状プロファイルを検出していた。この特許文献２の技術では、圧延材の平坦度（圧延材が厚み方向に波打っているか否か）を検出することができるものの、圧延材の詳細な形状プロファイルまでは検出することができなかった。圧延材の形状プロファイルを検出できる技術として特許文献３、４に示すものがある。
【０００４】
特許文献３や特許文献４の技術は光切断法を用いたもので、熱間の圧延材に対してスリット光を照射し、圧延材からの反射光を撮像装置により撮像して、撮像した圧延材の画像を処理することにより圧延材の形状プロファイルを検出するものである。
【特許文献１】特開平７−１８５６３４号
【特許文献２】特開平４−１４３６０８号
【特許文献３】特開昭４８−５９８５８号
【特許文献４】特開昭６１−４０５０３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献３、４による技術では、予め測定したデータを解析して、その解析データから大まかな圧延材の形状プロファイルを検出することはできるものの、検出された圧延材の形状プロファイルに対して詳細な情報を得ることができない、即ち、形状プロファイルの特性を得ることができないのが実情である。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、圧延後の圧延材の形状プロファイルの特性を非常に簡単に検出することができる圧延材の形状検出方法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】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、圧延機により圧延された圧延材を計測して得られた形状プロファイルの特性を検出する圧延材の形状検出方法であって、予め前記圧延材の平坦度パターンを表現可能な基底関数を定め、前記計測された圧延材の形状プロファイルを前記基底関数で級数展開し、該級数展開の係数に基づいて圧延材の形状プロファイルの特性を検出する点にある。
前記基底関数として、直交関数を採用することが好ましい。また、前記基底関数として、直交性を備えたチェビシェフ関数を採用することが好ましい。
【０００７】
前記級数展開の係数を圧延機の圧延制御に用いることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧延後の圧延材の形状プロファイルの特性を非常に簡単に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明にかかる圧延材の形状検出方法について説明する。
図１は、圧延機１から形状検出装置２、冷却装置３、巻き取り装置４に至るまでの装置構成を示した図である。なお、圧延材の移送方向において、移送されていく側（巻き取り装置４側）を下流側、その反対側（圧延機１側）を上流側と呼ぶ。
圧延機１は、圧延材５を圧延するもので最上流側に配置され、一対のワークロール６，６と、このワークロール６，６をバックアップする一対のバックアップロール７，７と、当該圧延機１の圧延荷重や圧延材５の通板速度を制御する圧延制御装置８とを備えている。冷却装置３は、圧延された圧延材５を冷却するもので連続的に連なる複数の冷却バンク９、９を備えており、各冷却バンク９、９に設けられた冷却ノズル９ａから冷却水を放出することで圧延材５は冷却される。巻き取り装置４は冷却装置３によって冷却された圧延材５を巻き取るものである。、
図１、２に示すように、形状検出装置２は、圧延機１によって圧延された圧延材５の形状プロファイルを計測して、計測により得られた形状プロファイルに対して、耳波、中伸び、複合伸び、クオータ伸び等の平坦度パターンがどの程度含まれているか解析することによって、圧延材５の形状プロファイルの特性を検出できるようにしたものである。
【００１０】
形状検出装置２は、圧延機１と冷却装置３との間に配置され、スリット光を照射する照射部１０と、照射されたスリット光からの反射光を撮像する撮像部１１と、形状検出制御装置１２とを備えている。
照射部１０は、点レーザ光をシリンドリカルレンズに通してスリット光を発生させ、当該スリット光を圧延材５の幅方向に向くように表面へ向けて照射するものである。
撮像部１１は、スリット光を照射した際に圧延材５の表面から反射された反射光を撮像するもので、例えば、２次元ＣＣＤカメラ等で構成されている。撮像された画像は形状検出制御装置１２に送信される。照射部１０のレーザ投射軸と、撮像部１１の光軸とのなす角（抱き角）は、３０°〜１５０°の範囲で設定されている。
【００１１】
形状検出制御装置１２は、撮像部１１から送信された画像を解析して当該画像から圧延材５の形状プロファイルを検出したり撮像部１１を制御するもので、撮像部１１を制御する制御用コンピュータ１３と、画像を解析する解析用コンピュータ１４と、撮像された画像等を表示するモニタ１５とを有している。
制御用コンピュータ１３は、撮像部１１の輝度を調整したりレンズの絞り等制御を行う撮像制御部１６と、撮像された画像を保存する画像記憶部１７とを有している。画像記憶部１７は、例えば、フレームメモリで構成されていて、撮像された画像を６４０×４８０の画素で記憶する。
【００１２】
解析用コンピュータ１４は、画像認識部１８と、解析部１９とを有している。
画像認識部１８は、画像記憶部１７に記憶された画像内の反射光（スリット光）からそのラインを抽出して、当該ラインの座標を２次元（ｘ軸、ｚ軸）の画像座標データとして記憶する。画像座標データでのｘ軸は圧延材５の幅方向に対応させ、画像座標データでのｚ軸は圧延材５の移送方向に対応させている。
さらに、画像認識部１８は、画像座標データを基に三角測量法の原理を用いて形状プロファイルを求め、求めた形状プロファイルを正規化して、二次元（ｘ軸、ｙ軸）の正規化座標データとして記憶する。
【００１３】
なお、画像認識部１８に記憶されている正規化座標データでの横軸（ｘ軸）は、圧延材５の幅方向に対応させ、正規化座標データでの横軸（ｙ軸）は、圧延材５の厚み方向に対応させている。
図３には、正規化された形状プロファイルが示されている。図３に示すように、画像認識部１８は、例えば、形状プロファイルの幅方向を±１の座標に正規化し、形状プロファイルの厚み方向を下限が０で上限が＋１となる座標に正規化している。
解析部１９は、耳波、中伸び、クォータ伸び等の圧延材５の平坦度パターンを表現することができる基底関数が具備されている。この基底関数を用いて、正規化された形状プロファイルを級数展開することで、形状プロファイルに含まれる平坦度パターンの度合いを求めて圧延後の圧延材５の形状プロファイルの特性を検出することができる。
【００１４】
基底関数としては、式（１）で示されるチェビシェフ関数を採用する。
【００１５】
【数１】
2008307586.tif 000003
【００１６】
チェビシェフ関数は、耳波、中伸び、クォータ伸び等の圧延材５の平坦度パターンを最も表現し易い関数である。
チェビシェフ関数と圧延材の平坦度パターンについて説明する。
図４は０次〜４次までのチェビシェフ関数を図示したもので、以下の説明では、同図の横軸を圧延材５の幅方向と対応させると共に、同図の縦軸を圧延材５の厚み方向における平坦度の度合いと対応させて考える。
このようにして、０次〜４次までのチェビシェフ関数と圧延材５の形状プロファイルとの関係を見ると、平坦度の度合いを示す値がマイナスとなる範囲では圧延材５が凹んでいる状態であると見なすことができ、平坦度の度合いを示す値がプラスとなる範囲では圧延材５が突出している状態であると見なすことができる。
【００１７】
説明の便宜上、以降、平坦度の度合いを示す値のことを単に平坦度ということがある。  図４（ａ）に示すように、０次のチェビシェフ関数は、Ｔ0（ｘ）＝１となるもので一定値の直線であるため、照射部１０や撮像部１１の設置精度に起因するオフセット（位置ズレ）の外乱を表すことができる。
図４（ｂ）に示すように、１次のチェビシェフ関数は、Ｔ1（ｘ）＝ｘとなるもので傾きが一定の直線であるため、照射部１０や撮像部１１の設置精度に起因して発生する傾きを表すことができる。
【００１８】
図４（ｃ）に示すように、２次のチェビシェフ関数Ｔ2（ｘ）は、基点における平坦度が−１で最も小さく、横軸の最大値（＋１）及び最小値（−１）での平坦度が＋１で最も大きな曲線であるため、圧延材５の幅方向両端側が盛り上がる耳波を表現することができる。
また、２次のチェビシェフ関数Ｔ2（ｘ）は、基点での平坦度が＋１で、横軸の最大値及び最小値での平坦度が−１ともなりうるので、圧延材５の幅方向中心部側が盛り上がる中伸びを表現することができる。
【００１９】
図４（ｄ）に示すように、３次のチェビシェフ関数［Ｔ3（ｘ）］は、基点から左側の範囲においては、平坦度が０→＋１→−１となり、右側の範囲においては平坦度が０→−１→０となる曲線であるため、圧延材５の中心部から圧延材５の両側に対照的な凹凸がある状態を表現することができる。
図４（ｅ）に示すように、４次のチェビシェフ関数［Ｔ4（ｘ）］は、平坦度が、横軸の最小値（−１）で＋１、横軸のマイナス側の中間値（−０．７付近）で−１、基点で＋１、横軸のプラス側の中間値（＋０．７付近）で−１、横軸の最大値（＋１）で＋１となる曲線であるので、耳波と中伸とを複合させた複合伸びを表現することができる。
【００２０】
また、４次のチェビシェフ関数［Ｔ4（ｘ）］は、平坦度が横軸の最小値（−１）で−１、横軸のマイナス側の中間値（−０．７付近）で＋１、基点で−１、横軸のプラス側の中間値（＋０．７付近）で＋１、横軸の最大値（＋１）で−１となる曲線であるので、複合伸びを上下に反転させたクオータ伸びを表現できる。
式（１）で表されるチェビシェフ関数を用いると、形状プロファイルｙは式（２）に示すようになる。
【００２１】
【数２】
2008307586.tif 000004
【００２２】
この実施の形態では、式（２）において、Ｎは展開係数でＮ＝４としていて、式（２）’のようになる。この式（２）’が解析部１９に具備されている。なお、展開係数Ｎ＝４〜６の範囲とするのが好ましい。
【００２３】
【数３】
2008307586.tif 000005
【００２４】
解析部１９は、式（２）’により、圧延材５の形状プロファイルを級数展開して、級数展開の係数Ｃ0〜Ｃ4を求める。即ち、形状プロファイルをチェビシェフ関数展開して係数Ｃ0〜Ｃ4を求める。
級数展開の係数を求めるにあたっては、式（３）で示されるチェビシェフ関数における直交条件を用いて求める。
【００２５】
【数４】
2008307586.tif 000006
【００２６】
式（３）により、級数展開の係数は式（４）のように表すことができる。
【００２７】
【数５】
2008307586.tif 000007
【００２８】
式（４）に示される積分は例えばGaussの数値積分法により、数点の積分点で実用上の精度で簡単に計算することができる。なお、式（３）及び式（４）おいてεnは、ｎ＝０のとき、εn＝２であって、ｎ＝０以外（ｎ＝１,２,３・・・）では、εn＝１である。
解析部１９は、圧延材５の形状プロファイルに対して、式（４）により求めた級数展開の係数及びその時間変化を圧延制御部に送信したり、モニタ１５で表示するようになっている。
形状検出装置２の動作及び本発明における圧延材５の形状検出方法について、図５を用いて説明する。
【００２９】
図５に示すように、圧延材５が圧延機１により圧延されて、最下流側のワークロール６，６から圧延材５の先端部が出ると、照射部１０により圧延材５の表面に向けてスリット光を照射する（Ｓ１）。
撮像部１１により圧延材５の表面から反射された反射光を撮像して、その画像を制御用コンピュータ１３に送信して画像記憶部１７に記憶すると共に、解析用コンピュータ１４に画像を送信する（Ｓ２）。解析用コンピュータ１４の画像認識部１８によって、制御用コンピュータ１３を介して撮像部１１から送られてきた画像から反射光のラインを抽出する（Ｓ３）。
【００３０】
画像認識部１８によって、抽出された反射光のラインを座標に変換して、画像座標データとして記憶し、反射光（光切断線）に三角測量法の原理を適用して形状プロファイルを算出する（Ｓ４）。算出された形状プロファイルを正規化する（Ｓ５）。
画像座標データを正規化した正規化座標データを解析部１９に送信して、解析部１９に具備されるれた基底関数を用いて、圧延材５の形状プロファイルを級数展開する（Ｓ６）。圧延材５の形状プロファイルを級数展開した係数は、解析用コンピュータ１４等に保存する（Ｓ７）。
【００３１】
形状検出制御装置１２の解析用コンピュータ１４から圧延材５の形状プロファイルを級数展開した係数が、モニタ１５に送信されて各係数の度合いが表示されると共に、当該係数が圧延用制御部８に送信される（Ｓ８）。圧延用制御部８では、係数に基づいて圧延荷重の調整やロールギャップ等の調整を行う。
撮像部１１で撮像した画像においてスリット光が所定の位置にあるか無いかにより、圧延材５が通板中であるか否かを判断して、圧延材５が通板中（所定の位置にスリット光有り）であれば、Ｓ２に戻り、圧延材５の撮像を繰り返し行う（Ｓ９）。圧延材５が通板中（所定の位置にスリット光有り）でなければ、撮像部１１での撮像を停止して形状検出を終了する。
【００３２】
図６は形状検出装置２及び本発明の圧延材５の形状検出方法により、圧延材５の先端から後端にかけての圧延材５の形状プロファイルを解析した場合の係数の分布を示したものである。
図６に示すように、チェビシェフ関数の級数展開の各係数の出現度合いを表すことで圧延材５の形状プロファイルの特性を検出することができる。
例えば、図６（ｃ）に示すように、圧延材５が後端（尾端）にいくにしたがって係数Ｃ２がプラス側へ大きくなっていることから、圧延材５は次第に耳波状態になっていると見ることができる。また、圧延材５での各位置での各係数のバランスを見たとき、例えば、他の係数に比べて係数Ｃ４が非常に大きい場合は、圧延材５の形状プロファイルは、クオータ伸び又は複合伸びの状態であると見ることができる。
【００３３】
以上、予め圧延材５の複数の平坦度パターンを表現可能な基底関数を定めておき、基底関数で画像から得られる圧延材５の形状プロファイルを級数展開して、級数展開の係数にを表示するようにしているので、形状プロファイルに含まれる平坦度パターンの度合いが分かるようになり、形状プロファイルの特性を検出することができる。また、基底関数として直交関数を採用していることから圧延材５の形状プロファイルを級数展開し易い。圧延材５の形状プロファイルを級数展開した際の係数を記憶（保存）しているため、画像を直接保存する場合に比べて記憶部の容量が小さくできる。ゆえに、画像を保存する場合に比べて、数多くの圧延材５の形状プロファイルをデータとして長期的に保存することが可能であると共に、画像を撮る間隔であるサンプリング周期を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】圧延ラインに形状検出装置を設けた設備図である。
【図２】形状検出装置の構成図である。
【図３】座標データを正規化した図である。
【図４】チェビシェフ関数と平坦度パターンの関係を示す図である。
【図５】圧延材の形状検出の動作フローを示す図である。
【図６】形状プロファイルを解析した場合の係数の分布を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１   圧延機
２   形状検出装置
５   圧延材
１０  照射部
１１  撮像部
１２  形状検出制御装置
１３  制御用コンピュータ
１４  解析用コンピュータ
１５  モニタ
１６  撮像制御部
１７  画像記憶部
１８  画像認識部
１９  解析部
【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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