(57)【要約】【課題】搬送中における材料とＰＬＧとの間のスリップなどによる測定誤差を低減して、精度良くかつ安価に材料の長さを測定することのできる測長方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。【解決手段】予め定められた長さの固定長区間を搬送路中に設け、この固定長区間において定められた長さに対するパルス信号の重み係数を求め（Ｓ６）、材料の搬送速度を推定する状態推定モデルのパラメータを所定時間毎に逐次同定する（Ｓ７）とともに、この逐次同定されたパラメータを重み係数で修正した修正パラメータを求め、この修正パラメータに基づいて搬送速度を逐次推定し（Ｓ８）、逐次推定された搬送速度を積算処理（Ｓ１１）して材料の長さを算出する（Ｓ１２）測長方法である。【選択図】　　図３
2004085307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の搬送に伴って出力されるパルス信号を処理して該材料の長さを測定する測長方法において、
前記材料の搬送速度を推定する状態推定モデルのパラメータを所定時間毎に逐次同定して搬送速度を逐次推定し、
逐次推定された搬送速度を積算処理して前記材料の長さを算出すること
を特徴とする測長方法。
【請求項２】
材料の搬送に伴って出力されるパルス信号を処理して該材料の長さを測定する測長方法において、
予め定められた長さの固定長区間を搬送路中に設け、
この固定長区間において前記定められた長さに対する前記パルス信号の重み係数を求め、
前記材料の搬送速度を推定する状態推定モデルのパラメータを所定時間毎に逐次同定するとともに、この逐次同定されたパラメータを前記重み係数で修正した修正パラメータを求め、この修正パラメータに基づいて搬送速度を逐次推定し、
逐次推定された搬送速度を積算処理して前記材料の長さを算出すること
を特徴とする測長方法。
【請求項３】
前記状態推定モデルは、搬送速度観測値、搬送速度指令値、雑音を入力とし搬送速度推定値を出力とする、搬送速度観測値の自己回帰と搬送速度指令値と雑音によるモデルである請求項１または２に記載の測長方法。
【請求項４】
前記材料は、鋼材である請求項１乃至３の内いずれか１の請求項に記載の測長方法。
【請求項５】
材料の搬送に伴って出力されるパルス信号を処理して該材料の長さを測定するための測長プログラムにおいて、
コンピュータに、
前記材料の搬送速度を推定する状態推定モデルのパラメータを所定時間毎に逐次同定して搬送速度を逐次推定する手順、
逐次推定された搬送速度を積算処理して前記材料の長さを算出する手順、
を実行させるためのプログラム。
【請求項６】
材料の搬送に伴って出力されるパルス信号を処理して該材料の長さを測定するための測長プログラムにおいて、
コンピュータに、
搬送路中に設けられた予め定められた長さの固定長区間において前記定められた長さに対する前記パルス信号の重み係数を求める手順、
前記材料の搬送速度を推定する状態推定モデルのパラメータを所定時間毎に逐次同定するとともに、この逐次同定されたパラメータを前記重み係数で修正した修正パラメータを求め、この修正パラメータに基づいて搬送速度を逐次推定する手順、
逐次推定された搬送速度を積算処理して前記材料の長さを算出する手順、
を実行させるためのプログラム。
【請求項７】
前記状態推定モデルは、搬送速度観測値、搬送速度指令値、雑音を入力とし搬送速度推定値を出力とする、搬送速度観測値の自己回帰と搬送速度指令値と雑音によるモデルである請求項５または６に記載のプログラム。
【請求項８】
前記材料は、鋼材である請求項５乃至７の内いずれか１の請求項に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は搬送路上を搬送されている材料の長さを測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テーブルローラ等の搬送路上を搬送されている材料の長さを測定する測長方法については、次の技術が良く知られている。
【０００３】
その１つは、ＰＬＧが接続された専用タッチローラを被測定物に接触させ、材料の搬送に伴ってＰＬＧから出力されるパルス信号を積算して材料の長さを計る測長方法であり、他の１つは、ＰＬＧの代りにレーザードップラーを使って、非接触で搬送される材料の速度を測定し、その速度を積分して材料の長さを測定する測長方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの測長方法には、なお解決すべき課題が存していた。　ＰＬＧが接続された専用タッチローラを被測定物に接触させ材料の長さを計る測長方法では、加減速時に材料と専用タッチローラの間にスリップが生じ正確な長さを測定することが出来ないという不具合があった。例えば材料の搬送が加速する際に専用タッチローラの回転速度が追随せず低めの速度を検出したり、材料の搬送が減速する際に専用タッチローラが慣性で回転し高めの速度を検出したりすることがあった。
【０００５】
一方、スリップの影響を除去するためＰＬＧの代りにレーザードップラーを使った非接触の測長方法では、原理上、レーザと材料との距離を一定に保たなければならないなど測定条件が厳しく、多品種、多サイズの材料を測定する際にはロボット等による倣い機構を設けるなどの工夫が必要となり、導入のために多額のコストが必要であった。
【０００６】
またレーザードップラーを使った測長の場合は、原理上、材料に照射されたレーザの散乱光を受光する方式であるため、材料の表面が鏡面であってはならず、水濡れなどは除去しておかねばならない。しかし、通常、熱間圧延後の材料は冷却水を被っていることが多く、従ってそのままレーザードップラー方式を適用することは困難である。このため、水濡れを除去するための設備を新たに設置しなければならず、さらに多額のコストが必要とされた。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、搬送中における材料とＰＬＧとの間のスリップなどによる測定誤差を低減して、精度良くかつ安価に材料の長さを測定することのできる測長方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するための本発明は、材料の搬送速度を推定する状態推定モデルのパラメータを所定時間毎に逐次同定して搬送速度を逐次推定し、逐次推定された搬送速度を積算処理して材料の長さを算出する測長方法である。
【０００９】
また本発明は、予め定められた長さの固定長区間を搬送路中に設け、この固定長区間において定められた長さに対するパルス信号の重み係数を求め、材料の搬送速度を推定する状態推定モデルのパラメータを所定時間毎に逐次同定するとともに、この逐次同定されたパラメータを重み係数で修正した修正パラメータを求め、この修正パラメータに基づいて搬送速度を逐次推定し、逐次推定された搬送速度を積算処理して材料の長さを算出する測長方法である。
【００１０】
また本発明は、上記記載の発明である測長方法において、状態推定モデルは、搬送速度観測値、搬送速度指令値、雑音を入力とし搬送速度推定値を出力とする、搬送速度観測値の自己回帰と搬送速度指令値と雑音によるモデルである測長方法である。
【００１１】
また本発明は、上記記載の発明である測長方法において、材料は、鋼材である測長方法である。
【００１２】
また本発明は、コンピュータに、材料の搬送速度を推定する状態推定モデルのパラメータを所定時間毎に逐次同定して搬送速度を逐次推定する手順、逐次推定された搬送速度を積算処理して材料の長さを算出する手順、を実行させるためのプログラムである。
【００１３】
また本発明は、コンピュータに、搬送路中に設けられた予め定められた長さの固定長区間において定められた長さに対するパルス信号の重み係数を求める手順、材料の搬送速度を推定する状態推定モデルのパラメータを所定時間毎に逐次同定するとともに、この逐次同定されたパラメータを重み係数で修正した修正パラメータを求め、この修正パラメータに基づいて搬送速度を逐次推定する手順、逐次推定された搬送速度を積算処理して材料の長さを算出する手順、を実行させるためのプログラムである。
【００１４】
また本発明は、上記記載の発明であるプログラムにおいて、状態推定モデルは、搬送速度観測値、搬送速度指令値、雑音を入力とし搬送速度推定値を出力とする、搬送速度観測値の自己回帰と搬送速度指令値と雑音によるモデルであるプログラムである。
【００１５】
また本発明は、上記記載の発明であるプログラムにおいて、材料は、鋼材であるプログラムである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として、製鉄業における鉄鋼製品である形鋼の長さ測定に適用した形態を説明する。
【００１７】
鉄鋼製品である形鋼はまず熱間圧延により成型され、冷却された後にローラによって反りや曲がりを矯正される。そしてローラ矯正後に、形鋼の品質保証項目である長さが測定される。この長さ測定値は品質を保証するため十分な測定精度が要求されている。
【００１８】
図１は、本発明に係る測長方法を適用した測長システムの構成を示す図である。
本測長システムは、搬送ロール１上を搬送される形鋼２の長さを測定するための、ＰＬＧ３、通過検出器（ＰＨ０、ＰＨ１、ＰＨ２）、速度指令装置４、測長処理装置５で構成されている。そして測長処理装置５は、プロセスデータを読み込む入力装置６、プロセスデータに基づいて正確な形鋼の長さを算出する演算装置７、長さの演算のための各種データを記憶する記憶装置８及び演算結果を出力する表示装置９を備えている。
【００１９】
ＰＬＧ３出力の分解能は接続されたタッチローラの直径で決まる。タッチローラの直径が大きければ分解能は低く、タッチローラの直径が小さければ分解能は高くなる。従って、タッチローラの直径は必要とされる精度に応じて決定する。また測長精度を上げるためには、ビーム径が充分小さく通過検知の分解能の高いレーザ式の通過検出器を用いるのが望ましい。
【００２０】
図１に示したように、ＰＨ０〜ＰＨ２までの距離Ｌ０＋Ｌ１は形鋼２の全長よりも短くなるように配設され、ＰＨ０〜ＰＨ１までの距離Ｌ０とＰＨ１〜ＰＨ２までの距離Ｌ１はそれぞれ予め正確に測定されているものとする。測定時においては、これらＰＬＧ３と通過検出器及び速度指令装置４の信号は測長処理装置５に入力され、記憶装置８内のデータと共に演算装置７において測長演算に使用され、演算結果のデータの一部は次回の測長演算に使用できるように記憶装置８に記憶されると共に、測長結果が表示装置９に表示される。
【００２１】
本実施の形態の測定対象である形鋼２は全長が約３０ｍあり、またその断面形状は図２に示すように、製品の用途に応じて多種多様なものである。
【００２２】
これらの多様な形鋼に対して正確に長さを測定するため、オペレータは測定する製品のタイプ、サイズが変更された場合は、タッチローラがその表面（上面または側面）に充分に接触するように、ＰＬＧ３の取付位置を調整する。そして、鋼材の搬送が加減速する際に生ずる測長誤差が最小となるように適切な押付け力でタッチローラを形鋼の表面に接触させる。
【００２３】
これら誤差低減のための各種対応によっても除去が困難な誤差については、以下に説明する信号処理に基づいて補正を行い、精度の良い測長値を得る。
図３は、本発明に係る測長方法の処理手順を示すフロー図である。
【００２４】
搬送ロール１上を搬送された形鋼２がＰＨ０をオンして更にＰＨ１をオンしたときに処理を開始する（Ｓ１）。先ず測長計算で使用するモデルの初期パラメータを読み込む（Ｓ２）。続いてＰＨ１からＰＨ２の区間にてパルスの重みを計算するために入力装置６からパルスを読み込む（Ｓ３）。すなわちＰＨ１をオンして更にＰＨ２もオンするまで、入力装置６はＰＬＧ３からのパルスを読込む。
【００２５】
また処理開始とともに速度指令装置４から出力される搬送ロール１の速度指令を入力とし、専用タッチローラで測定した形鋼２の搬送速度を出力とする状態推定モデルである「速度観測値の自己回帰と速度指令値と雑音によるモデル」のパラメータの同定をサンプリング周期ごとに開始する（Ｓ４）。
【００２６】
図４は、パラメータを同定するためのブロック線図を示す図である。このブロック線図においては、入力を搬送ロールの速度指令、出力を専用タッチローラで測定した形鋼２の搬送速度とする。また、搬送ローラ１と形鋼２間のスリップ等のシステム雑音、形鋼２と専用タッチローラ間の観測雑音を考慮する。尚、この雑音については白色雑音（ホワイトノイズ）として扱う。
【００２７】
そうすると、「速度観測値の自己回帰と速度指令値と雑音によるモデル」は以下の式（１）で表される。
ｙｔ＝Σａｉｙｔ−ｉ＋Σｂｊｕｔ−ｊ＋νｔ＋Σｃ１νｔ−１　　　　　　　　　　　・・・（１）
ここでｙｔはｔの時点での専用タッチローラで測定した材料の速度値、ｕｔはｔの時点での搬送ロールの速度指令値、νｔはｔの時点での雑音である。
【００２８】
このモデルでは、搬送ロール１の速度指令値の項を含んでいるため、例えば形鋼が加速する際に専用タッチローラの回転速度が追随せず低めの速度を検出したり、形鋼が減速する際に専用タッチローラが慣性で回転し高めの速度を検出したりすることによる誤差を吸収することができる。
【００２９】
尚、ＰＨ１からＰＨ２までの固定長区間は、部分長の推定の前に同定するパラメータの値が充分収束しているように可能な限り長くとることが好ましい。
【００３０】
ここで、式（１）を式（２）で表現する。
【００３１】
ｙｔ＝θφｔ＋νｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
ここで、θ＝（ａ１，…，ａｎ，ｂ１，…，ｂｎ，ｃ１，…，ｃｎ）Ｔ
φｔ＝（ｙｔ−１，…，ｙｔ−ｎ，ｕｔ−１，…，ｕｔ−ｎ，νｔ−１，…，νｔ−ｎ）
雑音νｔは観測不可能であるため、時刻ｔにおけるパラメータベクトルθｔの推定値をθ＾ｔとするとνｔの推定値ｅｔは式（３）で表される。
ｅｔ＝ｙｔ−φｔθ＾ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（３）
そこで、Ψｔを式（４）で定義する。
Ψｔ＝（ｙｔ−１，…，ｙｔ−ｎ，ｕｔ−１，…，ｕｔ−ｎ，ｅｔ−１，…，ｅｔ−ｎ）　　　・・・（４）
そうすると、パラメータベクトルθの推定値θ＾は式（５）〜（７）の計算をサンプリング周期毎に逐次行うことで同定される。
【００３２】
尚、θ∧＝（ａ∧１，…，ａ∧ｎ，ｂ∧１，…，ｂ∧ｎ，ｃ∧１，…，ｃ∧ｎ）Ｔである。
【００３３】
Ｐｔ＝Ｐｔ−１−Ｐｔ−１ΨｔＴΨｔＰｔ−１／（１＋ΨｔＰｔ−１ΨｔＴ）
・・・（５）
Ｋｔ＝ＰｔΨｔＴ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（６）
θ＾ｔ＝θ＾ｔ−１＋Ｋｔ（ｙｔ−Ψｔθ＾ｔ−１）　　　　　　　　　　　　・・・（７）
この逐次同定において、θ＾ｔの初期値θ＾０は０ベクトルとし、Ｐｔの初期値Ｐ０は経験上１００〜１０３・Ｉ（Ｉは単位行列）に設定すると良い。この逐次型同定アルゴリズムは最小２乗法に基づいたＲＥＬＳ法（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ｌｅａｓｔ　ｓｑｕａｒｅ　ｍｅｔｈｏｄ：逐次拡張最小２乗法）と呼ばれるものであるが、最尤法に基づいたＲＭＬ法（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ　ｍｅｔｈｏｄ：逐次最尤推定法）　で計算しても良く、場合によってはｃｌ＝０，ｌ＝１，…，ｎとおいてＲＬＳ法（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ　ｌｅａｓｔ　ｓｑｕａｒｅ　ｍｅｔｈｏｄ：　逐次最小２乗法）法を使用してもよい。
【００３４】
最終的に同定されたパラメータθ＾は記憶装置に保存され次の形鋼が流れてきて逐次型同定を再開する際の初期値となる。モデルの次数はＡＩＣ（赤池の情報量基準）などを頼りに経験的に決めれば良い。
【００３５】
以上の同定計算をＰＨ２がオンするまではサンプリング周期毎に繰り返し（Ｓ５　Ｎｏ）、ＰＨ２がオンしたときには（Ｓ５　Ｙｅｓ）パルスの重みを算出する（Ｓ６）。サンプリング周期毎に積算されたパルス数をＮＰ、ＰＨ１からＰＨ２までの距離をＬ１とすると、パルスの重みはｗＰ＝Ｌ１／ＮＰ（ｍｍ／ｐｕｌｓｅ）となる。
【００３６】
パラメータの同定はＰＨ２をオンした後にも継続される（Ｓ７）が、ＰＨ２をオンした後に同定されたパラメータはパルスの重みを勘案して式（８）、（９）のように修正される。
【００３７】
θ＾´　＝ｗｐθ＾　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（８）
θ＾´＝（ｗｐａ＾１，…，ｗｐａ＾ｎ，ｗｐｂ＾１，…，ｗｐｂ＾ｎ，ｗｐｃ＾１，…，ｗｐｃ＾ｎ）Ｔ　・・・（９）
このθ＾´を用いてサンプリング周期毎に式（１０）によって形鋼２の搬送速度を求める。
【００３８】
ｙｉ＝φｉθ＾´　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１０）
即ち、専用タッチローラで測定した形鋼２の過去の速度値、搬送ロール１の過去の速度指令値、過去の雑音から搬送速度を推定する（Ｓ８）。換言すれば、時点ｉ−１までに得られた速度データによって同定されたモデルにより、時点ｉでの速度を推定する。
【００３９】
この推定速度を積算して形鋼２の先端位置（部分長）Ｌｔを求める（Ｓ９）。すなわち部分長は式（１１）で表される。
【００４０】
Ｌｔ＝Σφｉθ＾´ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１１）
この計算は形鋼２の尾端がＰＨ０をオフして計測終了となるまで続けられ、ＰＨ０をオフした後に、全長を算出する（Ｓ１１）。ここで全長は固定長Ｌ０＋Ｌ１と算出した部分長Ｌｔとの和、即ち式（１２）で表される。
【００４１】
Ｌ＝Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１２）
算出された全長は、演算後ただちに表示装置に表示される。また最終的に同定されたパラメータθ＾は記憶装置に保存され次材が流れてきて逐次型同定を再開する際の初期値となる。
【００４２】
図５は、計算機によるシミュレーション結果を示す図である。
図５の横軸は左から右に経過する時間を表し、縦軸は形鋼２の逐次計算される長さを表している。曲線１５は、専用タッチロールからの信号を積算して求めた形鋼２の長さ、曲線１６は本発明に係るモデルによって求めた形鋼２の長さ、曲線１７は搬送ロール１の速度指令に基づいて求めた形鋼２の長さを表している。
【００４３】
時刻ｔ１は形鋼２の先端がＰＨ１を通過した時刻であり、時刻ｔ２は形鋼２の先端がＰＨ２を通過した時刻、即ち固定長区間の終了を示す時刻である。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は前述のようにパルス重みが考慮されていないため曲線１５と曲線１６の値が乖離している。しかし、時刻ｔ２以降はパルス重みを考慮した演算を行うため、時刻ｔ２において曲線１６は所定の長さにリセットされて演算が継続する。
【００４４】
「速度観測値の自己回帰と速度指令値と雑音によるモデル」により推定された形鋼２の長さは、初めは専用タッチローラで測定した形鋼２の長さとほぼ同じ値を示しているが、データの終わりの部分では専用タッチローラで測定した形鋼２の長さよりやや大きめの値を示している。
【００４５】
実機において形鋼２の長さを測定して本シミュレーションと対比した結果、本モデルによる推定値の方が良い精度を与えていた。これは、曲線１５に示された値は、形鋼２と専用タッチローラ間のスリップのため、専用タッチローラの回転が形鋼２の移動に追従せず実際の長さよりも短い値となったためであり、また曲線１７に示された値は、形鋼２と搬送ロール１間のスリップのため、形鋼２が搬送ロール１の回転に追従せず速度指令値に基づいて算出した長さは実際の長さよりも長い値となったためである。
【００４６】
本実施の形態では、図１に示すように３台の通過検出器を使用したが、実操業においては測長する材料の長さがばらつくことがあるので、求められる測定精度に応じて通過検出器の台数を選定しても良い。即ち、更に多くの通過検出器を設置して材料の長さによって固定長を変更し、誤差の生じ易い部分長を短くしてもよい。また本実施例では入力信号を搬送ロールの速度指令値としたが、代りに駆動ロールに直接ＰＬＧを接続させて搬送速度を得るように構成してもよい。
【００４７】
このように、測定中に材料と専用タッチローラの間に多少のスリップが生じても、本発明に係る状態推定モデルを用いることで材料の正確な長さを測定でき、しかもレーザードップラー方式などに比べると安価に測長することができる。
【００４８】
尚、本発明に係る測長方法は、演算装置７をＣＰＵを用いて構成し、図３に示す処理フローをプログラムの手順としてＣＰＵに実行させることで実現することも可能である。
【００４９】
尚、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、搬送中における材料とＰＬＧとの間のスリップなどによる測定誤差を低減して、精度良くかつ安価に材料の長さを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測長方法を適用した測長システムの構成を示す図。
【図２】測定対象である形鋼の断面形状を示す図。
【図３】本発明に係る測長方法の処理手順を示すフロー図。
【図４】パラメータを同定するためのブロック線図を示す図。
【図５】計算機によるシミュレーション結果を示す図。
【符号の説明】
１…搬送ロール
２…形鋼
３…ＰＬＧ
４…速度指令装置
５…測長処理装置
６…入力装置
７…演算装置
８…記憶装置
９…表示装置
【図１】
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【図２】
2004085307.tif 000004
【図３】
2004085307.tif 000005
【図４】
2004085307.tif 000006
【図５】
2004085307.tif 000007