(57)【要約】【課題】  溶融メッキラインにおいて、光学式センサで鋼板のエッジ位置を検出する際に、手間をかけずに高精度に検出することができるようにする。【解決手段】  光学式センサ２０の筐体１２の内部を仕切り部材１４によって第１の空間と第２の空間とに分けるとともに、仕切り部材１４にはガスを通過させるガス開口部２２と光を通過させる光開口部１９とを設けることにより、第１の空間に流入させたガスをガス開口部２２を介して第２の空間へ噴出させながら、光開口部１９を介して光の授受を行うようにするとともに、上記筐体１２に設けた外部開口部１８より筐体内部に侵入してくる大気中の粉塵または金属ヒュームを、上記筐体１２の内部を流れるガスの力で阻止できるようにして、センサ本体部１１を保護しながら測定精度の高い位置検出を行うことができるようにする。【選択図】  図２
2005283400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を利用して被検出物を検出する光学式センサであって、
上記光線を利用して被検出物を検出するセンサ本体部を収容する筐体と、
上記筐体の内部を、上記センサ本体部が配置される第１の空間と、その他の空間である第２の空間とに分ける仕切り部材と、
上記仕切り部材によって分けられた第１の空間に対してガスを流入させるガス流入手段とを有し、
上記仕切り部材には、上記ガス流入手段により上記第１の空間内の流入されたガスを上記第２の空間へ噴出するためのガス開口部と、上記センサ本体部において授受される光を通過するための光開口部とが形成されているとともに、
上記筐体には、上記センサ本体部において授受される光を通過させるとともに上記第２の空間のガスを外部に放出するための外部開口部が形成されていることを特徴とする光学式センサ。
【請求項２】
上記仕切り部材に設けられたガス開口部は、上記仕切り板を貫通する複数の貫通孔により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式センサ。
【請求項３】
上記ガス開口部を通過した第１の空間内のガスは、上記第２の空間内において上記ガス開口部から上記外部開口部に向かって流れ、上記筐体の外気が上記筐体の内部に侵入することを防止するパージ用の流路を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の光学式センサ。
【請求項４】
パージ用ガスが上記外部開口部から噴出する速度を１m/sec〜５０m/secにして溶融めっきエッジワイピング装置用として使用することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光学式センサ。
【請求項５】
ステンレス鋼からなる保護部材を上記筐体の外部開口部に取り付けて溶融めっきエッジワイピング装置用として使用することを特徴とする請求項４に記載の光学式センサ。
【請求項６】
光線を利用して被検出物を検出する光学式センサであって、
上記光線を利用して被検出物を検出するセンサ本体部を収容する筐体と、
上記筐体の内部を、上記センサ本体部が配置される第１の空間と、その他の空間である第２の空間とに分ける仕切り部材と、
上記仕切り部材に設けた、上記センサ本体部において授受される光を通過するための第１の光開口部と、
上記第２の空間が外部と接する壁に設けた第２の光開口部とを有し、第１の光開口部と第２の光開口部は、上記センサ本体部において授受される光が通過出来るように直線上に配置されていることを特徴とする光学式センサ。
【請求項７】
上記第２の空間は密閉されており、光は通過するが、ガスを遮断する部材で、第１および第２の光開口部を形成することを特徴とする請求項６に記載の光学式センサ。
【請求項８】
上記第１の空間がガスの流入手段とガスを外部に放出する手段を有することを特徴とする請求項６に記載の光学式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は光学式センサに関し、特に、鋼板生産ラインで鋼板のエッジ位置を検出するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板生産ラインで鋼板の位置を検出してその蛇行を防止するための調整を行ったり、エッジヒータや各種表面処理装置を鋼板に対して位置合せを行ったりする場合には、以下の（ａ）〜（ｄ）に示すように種々の鋼板位置検出方式が提案されている。
【０００３】
(a)光学式（光電変換方式）
鋼板をはさみ片側に投光器を、対向側に受光器を、夫々鋼板の両側縁部に設け、受光部の一部分を遮る鋼板の位置を、その光電変換値の受光信号から算出する方式。
【０００４】
(b)機械式（接触子方式）
鋼板の両側縁部に一定の押圧力で接触するローラを有する探触子の変化で鋼板の位置を検出する方式。探触子の動きはポテンショメータなどで電気信号に変換される。
【０００５】
(c)電磁式（渦電流、電磁誘導、静電容量方式）
鋼板の両側縁部にセンサコイルを設け、鋼板に発生する渦電流の変化を検知し、鋼板の位置を算出するもの、高周波磁界を発生させる送信コイルと、鋼板の位置により変化する誘起電圧を検知する受信コイルを組み合わせたもの、鋼板を挟んで二枚の平行電極を設け、鋼板の位置により両電極間の静電容量が変化することを利用するものなどがある。
【０００６】
(d)放射線方式
鋼板をはさみ片側に放射線源を、対向側に放射線検出器を設け、鋼板の位置変化を放射線の透過量の変化として検知する。
【０００７】
これらの鋼板位置検出方式のなかで、機械式（接触子方式）は、接触子の磨耗やメカニカルな部分の保守に手間がかかることから、また放射線方式は装置が大型化することや安全性を保持する為のコストがかかるなどの理由によりあまり用いられていない。溶融めっきの目付け量を調節するエッジ部の補助ノズルの位置制御には、従来より電磁式鋼板位置検出方式が主に用いられていた。
【０００８】
溶融メッキラインの鋼板は、高熱の溶融金属が収容されているメッキ浴に浸漬した後、引き上げられる途中のメッキ浴の直上で目付け量を調整するために、ガスワイピング装置でガスが吹付けられる。従って、この近傍の大気中には溶融金属の金属ヒュームや粉塵等が飛び散っており、光学式センサには、上記金属ヒュームや粉塵が光学式センサの投光面または受光面に付着するという問題がある。付着した箇所の光が遮られてしまうと、光学式センサを用いて鋼板のエッジ位置検出を行うことができなくなってしまう。
【０００９】
これに対して、電磁式センサを用いて鋼板のエッジ位置検出を行う場合は、金属ヒュームや粉塵がセンサ機能に及ぼすダメージが光学式センサほど大きくなく、重大な問題とならないので、一般的には、溶融メッキラインにおけるエッジ位置検出は電磁式センサが用いられることが多かった（例えば、特許文献１）。
【００１０】
しかし、移動する金属ストリップの両縁の位置を一次と二次コイルを使用して誘導電流によって測定する誘電測定方法は、広範囲の測定域が要求される場合や、非磁性の薄い金属ストリップを測定対象とする場合については、信頼できる測定値を得にくいという問題を有していた。また、一般的に測定する鋼板の温度が変化して、導電率や透磁率が変わる場合には、電磁式センサは光学式センサに比べて測定制度が落ちるとされている。
【００１１】
【特許文献１】特許２５７１３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、電磁式センサの測定精度は、光学式センサの測定精度に比べて悪く、高精度なエッジ位置検出が要求される場合には、光学式センサを用いることが望ましかった。しかしながら、光学式センサを用いた場合には、センサの汚れの除去作業というメンテナンスのための手間が格段に多くなってしまうという問題があった。
【００１３】
本発明は上述の問題点に鑑みて成されたもので、溶融メッキラインにおいて、手間をかけずにエッジ位置を高精度に検出することが可能な光学式センサを提供できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光学式センサは、光線を利用して被検出物を検出する光学式センサであって、上記光線を利用して被検出物を検出するセンサ本体部を収容する筐体と、上記筐体の内部を、上記センサ本体部が配置される第１の空間と、その他の空間である第２の空間とに分ける仕切り部材と、上記仕切り部材によって分けられた第１の空間に対してガスを流入させるガス流入手段とを有し、上記仕切り部材には、上記ガス流入手段により上記第１の空間内の流入されたガスを上記第２の空間へ噴出するためのガス開口部と、上記センサ本体部において授受される光を通過するための光開口部とが形成されているとともに、上記筐体には、上記センサ本体部において授受される光を通過させるとともに、上記第２の空間のガスを外部に放出するための外部開口部が形成されていることを特徴としている。
また、本発明の他の特徴とするところは、上記仕切り部材に設けられたガス開口部は、上記仕切り板を貫通する複数の貫通孔により構成されていることを特徴としている。
また、本発明のその他の特徴とするところは、上記ガス開口部を通過した第１の空間内のガスは、上記第２の空間内において上記ガス開口部から上記外部開口部に向かって流れ、上記筐体の外気が上記筐体の内部に侵入することを防止するパージ用の流路を形成することを特徴としている。
また、本発明のその他の特徴とするところは、パージ用ガスが上記外部開口部から噴出する速度を１m/sec〜５０m/secにすることを特徴としている。
また、本発明のその他の特徴とするところは、ステンレス鋼からなる保護部材を上記筐体の外部開口部に取り付けることを特徴としている。
また、本発明の光学式センサは、光線を利用して被検出物を検出する光学式センサであって、上記光線を利用して被検出物を検出するセンサ本体部を収容する筐体と、上記筐体の内部を、上記センサ本体部が配置される第１の空間と、その他の空間である第２の空間とに分ける仕切り部材と、上記仕切り部材に設けた、上記センサ本体部において授受される光を通過するための第１の光開口部と、
上記第２の空間が外部と接する壁に設けた第２の光開口部とを有し、第１の光開口部と第２の光開口部は、上記センサ本体部において授受される光が通過出来るように直線上に配置されている事を特徴としている。
また、本発明のその他の特徴とするところは、第２の空間は密閉されており、光は通過するが、ガスを遮断する部材で、第１および第２の光開口部を形成することを特徴としている。
また、本発明のその他の特徴とするところは、上記第１の空間がガスの流入手段とガスを外部に放出する手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光学式センサのセンサ本体部を収容する筐体の内部を第１の空間と第２の空間とに分ける仕切り部材を配設するとともに、上記仕切り部材にはガスを通過させるガス開口部と、光を通過させる光開口部とを形成して、上記センサ本体部が配置されている第１の空間にガスを流入させるとともに、上記第１の空間に流入させたガスを上記ガス開口部を通じて上記第２の空間へ噴出させながら、上記光開口部を通じて光の授受を行うようにしたもので上記筐体に設けられた外部開口部から筐体内部に侵入してくる大気中の粉塵または金属ヒュームを上記筐体内のガスの流れで阻止することができる。これにより、上記センサ本体部を金属ヒューム等から保護することが可能となり、手間をかけることなく測定精度の高い位置検出を行うことができる。
【００１６】
また、本発明の他の特徴によれば、上記筐体にそれぞれ設けた外部開口部を密閉しないようにしたので、上記筐体の内部と外部との間において、上記外部開口部を介して光及びガスを直接通過させることができる。これにより、大気中の粉塵または金属ヒュームによって外部開口部を密閉する部材が汚れて交換する作業をなくすことが可能となり、部材の交換作業のための手間を更に軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の光学式センサの実施の形態について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図３は、本実施の形態の溶融メッキラインにおける鋼板１に対する光学式センサ１０の位置関係を示した概略図である。
図３に示すように、光学式センサ１０は、鋼板１を挟んで設置された投光器２と受光器３との一対で構成されている。
【００１８】
このような構成により、投光器２と受光器３との間に鋼板１が存在していれば投光器２から放射された光が鋼板１によって遮光されるので、受光器３が投光器２からの光を受光したか否かを検出することで鋼板１の左右のエッジ位置を検出することができる。
【００１９】
上記鋼板１は、操業中には矢印Ｙ５で示すように左右に動くが、光学式センサ１０を矢印Ｙ６〜矢印Ｙ９に示すように追従させることにより、エッジ位置を正確に検出し、光学式センサと一体構造としたエッジワイピング装置を、常に鋼板エッジ部に保持することが可能となる。
【００２０】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態の光学式センサ１０の概略を示す構成図である。図１（ａ）は上面図であり、センサ本体部１１、筐体１２、エアー投入口１３、中板１４、耐熱材１５、内部ガラス１６、及び前面ガラス１７等より構成されている。
【００２１】
なお、投光器２と受光器３とではセンサ本体部１１の構造が相違しているが、本発明の特徴は上記センサ本体部１１の構造の相違ではないので、投光器２または受光器３の何れかであるという特定はせずに、上記投光器２及び受光器３を光学式センサ１０と総称して説明する。
【００２２】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す符号Ａからみたときの光学式センサ１０の正面図（Ａ断面図）であり、特に、筐体１２に取り付けた耐熱材１５に対して前面ガラス１７が接している構造を示している。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）に示す符号Ｂからみたときの光学式センサ１０の正面図（Ｂ断面図）であり、特に、中板１４に対して内部ガラス１６が接している構造を示している。
【００２３】
センサ本体部１１の構成としては、投光器２では赤色ＬＥＤ等の光源体であり、受光器３ではシリコンフォトセンサ等の受光体が相当する。
筐体１２の内部は、窓（開口部）１９が設けられた中板１４で２つの空間に仕切られていて、内部ガラス１６が上記中板１４に形成された窓１９を塞ぐように覆っている。このため、センサ本体部１１と光学式センサ１０の外部との間における光の授受は、上記窓１９を覆っている内部ガラス１６を介して行われる。
【００２４】
また、内部ガラス１６によってセンサ本体部１１がある筐体１２の後部の半分は密閉空間の状態となっており、エアー投入口１３から流入されたエアーＫがこの密閉空間内で循環するようにしている。
本実施例ではエアーを循環させたが、窒素ガスなどのセンサ本体に悪影響を及ぼさず、冷却媒体として作用する気体であれば適宜選択しても良い。
【００２５】
上述したように、高温の溶融メッキ浴付近に配設される光学式センサ１０の周囲温度は、およそ６０℃〜７０℃まで上昇している。一方、投光器２のＬＥＤ光源、及び受光器３のシリコンフォトセンサは、通常は４５℃程度までの耐熱限界しかなく、しかも粉塵に対して弱いという性質を持っている。
【００２６】
このため、センサとしての機能が正常に働くようにセンサ本体部１１を保護するためには、センサ本体部１１の周囲を冷却するとともに、防塵された環境にする必要がある。そこで、本実施の形態の光学式センサ１０は、センサ本体部１１の周囲の空間を密閉して外部からの粉塵を入れないようにするとともに、上記密閉空間内で循環させるようにした空気により、センサ本体部１１が空冷されるように構成している。
【００２７】
なお、密閉空間へ空気を流入させるようにすることから、エアー投入口１３より噴出させる空気のエアー圧は、大気１気圧よりも若干高い程度の微圧になるように制御している。
【００２８】
また、中板１４で仕切られた筐体１２の前方を断熱材１５で囲むとともに、鋼板１に面する筐体１２の一面には、前面ガラス１７を内部ガラス１６と並行するように取り付けている。この前面ガラス１７は、内部ガラス１６と同様に、筐体１２に設けられた窓１８を塞ぐように覆っている。このため、窓１８を覆っている前面ガラス１７を通過して、上記センサ本体部１１と上記光学式センサ１０の外部との間において光の授受が行われるようになっている。
【００２９】
本実施の形態の光学式センサ１０では、筐体１２の外側から窓１８を前面ガラス１７で覆うようにしているため、金属ヒュームや粉塵によって前面ガラス１７が汚れた場合には、筐体１２から前面ガラス１７を取り外して、新たな前面ガラス１７に簡単に交換できる。
【００３０】
なお、本実施の形態の内部ガラス１６及び前面ガラス１７は、素材（ガラス特性）として同一のものを使用しているが、内部ガラス１６と前面ガラス１７とが異なる素材のガラスであってもよい。
【００３１】
このようにして、前面ガラス１７を必要に応じて交換しながら、光学式センサ１０を矢印Ｙ１に示したように、鋼板１の動き（ウォーク）矢印Ｙ２に応じて追従させることにより、エッジ位置を正確に検出することが可能となり、しかも上記光学式センサ１０を使用する際のメンテナスを最小限に抑えることができるようにしている。
【００３２】
（第２の実施の形態）
上述したような前面ガラス１７の交換可能な光学式センサ１０を用いる場合であっても、溶融メッキ設備がオンライン操業している最中に、前面ガラス１７を交換したり、付着した汚れを拭き取ったりする作業を行うことは危険が伴う。
【００３３】
このため、ライン操業を一旦停止させた後、前面ガラス１７の交換等を行って、その後に操業を再開させることになる。この場合、ラインの停止が溶融メッキの品質に与える影響（例えば、エッジオーバコート）や、ライン停止による生産量の減少を避けることができない。
【００３４】
そこで、次に、前面ガラス１７の交換作業を伴わない第２の実施の形態である、光学式センサ２０の構造について、図２を参照しながら説明する。
図２（ａ）に示すように、光学式センサ２０は、光学式センサ１０と同様、センサ本体部１１、筐体１２、エアー投入口１３、中板１４、耐熱材１５、及び内部ガラス１６等より構成されている。そして、光学式センサ２０を矢印Ｙ３に示したように、鋼板１の動き（ウォーク）矢印Ｙ４に応じて追従させることにより、エッジ位置を正確に検出するようにしている。尚光学式センサを鋼板に追従させずに固定する場合には、検出窓を鋼板の移動範囲全体に設ける必要がある。
【００３５】
上述した光学式センサ１０の構成では、操業中の金属ヒュームによって前面ガラス１７に汚れが付着してしまうことが避けられないということを考慮して、光学式センサ２０は、この前面ガラス１７を取り外して窓１８を設けたステンレス板２１を保護部材として取り付けるとともに、中板１４には小径の貫通孔２２を複数個設けて、エアーＫがセンサの前方に噴出するように構成している。
【００３６】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す符号Ａからみたときの正面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す符号Ｂからみたときの正面図（Ｂ断面）である。なお、第１の実施の形態で示した光学式センサ１０と同じ構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３７】
上述したように、光学式センサ２０には、光学式センサ１０に取り付けられていた前面ガラス１７が存在しない。このため、前面ガラス１７を取り外したことによって第２の空間の内部には金属ヒュームが侵入してしまい、内部ガラス１６の表面が汚れてしまうことが予想される。
【００３８】
そこで、前面ガラス１７を取り外しても内部ガラス１６が汚れないようにするため、本実施の形態の光学式センサ２０は、エアー投入口１３より高圧エアーＫを流入し、この高圧エアーＫの力によって金属ヒュームの侵入を阻止するようにしている。
【００３９】
なお、上述した光学式センサ１０では微圧のエアーＫを用いていたが、光学式センサ２０では前面ガラス１７の替わりとしてエアーＫの力を積極的に利用するようにすることから、高圧エアーＫになるように制御している。具体的には、光学式センサ２０のエアーの流量は１２０Ｌ／ｍｉｎ程度、圧力は０．０５ＭＰａ程度に設定している。（但し、開口部窓面積が１２cm2の場合）
【００４０】
内部ガラス１６は、中板１４の窓１９を塞ぐように覆っているが、中板１４には、小径の貫通孔２２が複数付いている。このため、エアー投入口１３を介して、筐体１２に流入された高圧エアーＫは、まず、図２（ｃ）に示すような貫通孔２２を通って、第２の空間に噴き出された後、さらに、ステンレス板２１の窓１８を通って大気中に放出されるように流れる。ここで、貫通孔２２は、図２（ｃ）に示すような円形に限らず、任意の形状であっても構わない。また貫通孔２２は窓１９を取り囲むように設けるのが望ましい。
【００４１】
なお、光学式センサ２０において、前面ガラス１７の替わりにステンレス板２１を用いているのは、ステンレス製であれば溶融メッキの金属ヒューム等に対する剥離性がよいので、溶融メッキの金属ヒューム等が付着した際に拭き取ることが容易であるためである。また、鋼板１に光学式センサ２０が衝突したとしても、光学式センサ２０を保護できるようにするため、比較的強度が大きいステンレス製で構成するようにした。この場合、所定の強度を有し、汚れを除去しやすい材質であればステンレス板以外のものを保護部材として用いることができる。
【００４２】
なお、前面ガラス１７を取り外した上、さらに中板１４に設けられた窓１９を覆っている内部ガラス１６を取り外すとともに、エアー投入口１３より流入させるエアー圧を大きくするようにしても、筐体１２に侵入する金属ヒューム等の影響を防止することができる。この場合、投光器２と受光器３間の途中で筐体１２のガラスを通過することなく、開放されたステンレス板２１の窓１８と中板１４の窓１９とを光が直接通過することになる。
【００４３】
しかしながら、内部ガラス１６も取り外してエアーＫの力だけでセンサ本体部１１を保護しようとする場合、エアー圧を非常に高くしたり、エアー流量を大きくしたりしなければならないので、それに伴うコストが余分にかかってしまう。また、エアーの流れが不均一となり、乱流域の形成や冷却効率の低下を招き金属ヒューム等が、筐体１２の内部に侵入してくる可能性が高くなる。
【００４４】
このため、万一、溶融メッキの金属ヒューム等が筐体１２内に侵入してしまった場合でも、センサ本体部１１に直接付着しないようにするため、本実施の形態の光学式センサ２０では内部ガラス１６を取り付けてセンサ本体部１１の保護の万全を図ることにしている。
【００４５】
また、中板１４とステンレス板２１との距離を長くする、すなわち、筐体１２の前方部分を長くするようにすれば、中板１４の窓１９に内部ガラス１６を設置しなくても、金属ヒュームの浸入を阻止することも可能と考えられるが、設置スペースの問題や作業性の悪化が懸念される。
【００４６】
この場合、第２の空間に噴出されるエアーＫの流速は、内部ガラス１６を取り外さずに貫通孔２２のみをエアーＫが通るようにしたときに比べて、かなり小さくなってしまう。内部ガラス１６を取り外したことによって、開放された窓１９からも多くのエアーＫが流出されてしまうので、第２の空間に噴出するエアー力が全体として弱くなるためである。
【００４７】
したがって、本発明は、金属ヒュームの侵入を阻止することでセンサ本体部１１の保護を万全にしようとするために、エアー流速、すなわちエアー力をなるべく大きくすることが好ましく、エアーＫの通る孔径サイズをできるだけ小径サイズにして、エアー流速を大きくする方が効果的といえる。このため、本実施の形態の光学式センサ２０では、内部ガラス１６を取り付けてセンサ本体部１１を保護するとともに、高圧状態のエアーＫを内部ガラスの周辺の小さな貫通孔からジェット噴出させるようにしている。
【００４８】
また、外部開口部から噴出するガス速度は１m/sec〜５０m/secにすることが望ましく、１m/sec以下では金属ヒュームの流入を防止できず、５０m/sec以上では、効果が飽和してコストアップとなる他、目付け量の調整に悪影響が出るなどの問題が発生する。
【００４９】
なお、上述した実施の形態においては、投光器２と受光器３とを別々に形成した例を示したが、上記投光器２及び受光器３を１つの筐体に収容してなる反射式光学センサにも本発明を有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光学式センサの構造（前面ガラス有り）を示した図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における光学式センサの構造（前面ガラス無しで貫通孔あり）を示した図である。
【図３】本発明の光学式センサを用いた鋼板のエッジ位置検出を行うときの概念図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  鋼板
２  投光器
３  受光器
１０  光学式センサ
１１  センサ本体部
１２  筐体
１３  エアー投入口
１４  中板
１５  耐熱材
１６  内部ガラス
１７  前面ガラス
１８  窓（開口部）
１９  窓（開口部）
２０  光学式センサ
２１  ステンレス板
２２  貫通孔
【図１】
2005283400.tif 000003
【図２】
2005283400.tif 000004
【図３】
2005283400.tif 000005