(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３本のロール軸線が圧延材の直角断面を含む平面内で交差して正三角形を形成し、各ロールのカリバー形状が円弧と両側の逃がし面からなる３ロール圧延機の出側に、圧延材の同一直角断面内にて圧延材軸線に垂直にビームを投受光する投光器と受光器の対からなる投影ビーム法によるセンサーを、圧延材軸線の周囲に周方向等角度間隔で少なくとも６対固定配置し、内３対はビームの方向を前記３本のロール軸線とそれぞれ平行にして固定配置し、各センサーによって圧延材の外周点位置を同時に検出することにより圧延材の直角断面プロフィルを求めることを特徴とする３ロール圧延材のプロフィル測定方法。
【請求項２】
前記３ロール圧延機での圧延材の減面率を１２％以下とし、前記各センサーを前記３ロール圧延機の中心から圧延材直径の１００倍以内の位置に固定配置することを特徴とする請求項１記載の３ロール圧延材のプロフィル測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒鋼や鋼線材など金属材料の圧延材を対象とし、３ロール圧延機による圧延材の直角断面プロフィルを圧延機出側においてインライン測定するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
棒鋼や鋼線材など金属材料棒線材の圧延に際し、圧延ロールの圧下調整不良などにより圧延材にかみ出しや寸法不良が発生することがある。このため圧延材からサンプルを切り出して観察および直径測定を行い、あるいは圧延機出側でのインライン測定により圧延材の直角断面プロフィルを求め、フィードバックして圧下調整を行っている。
【０００３】
また圧延材の形状および寸法精度向上のため、仕上圧延の最終スタンド、あるいは最終スタンドおよび最終前スタンドに３ロール圧延機を採用した圧延ラインが知られている。
棒材や線材の圧延材には、ロールカリバーに接して圧延される部位の間に、カリバーに接触せずロールに拘束されない部位が生じる。本明細書では前者を拘束部位、後者を非拘束部位という。３ロール圧延機では、非拘束部位は１２０°間隔で周方向３カ所に生じ、かみ出しはこの部位に現れる。
【０００４】
圧延材直角断面プロフィルのインライン測定技術として、ハロゲンランプの光やレーザー光を投光レンズにより平行光線にして圧延材に照射し、圧延材の影の寸法をイメージセンサー等により測定する投影ビーム法が知られている。従来の投影ビーム法においては、投光器と受光器からなる光学系を圧延材の周方向に回転させることにより、圧延材の全周にわたって直径を測定しプロフィルを求めていた。
【０００５】
従来の投影ビーム法で３ロール圧延機による圧延材のプロフィルを測定すると、非拘束部位が直径方向に非対称であるため、かみ出し有無の検知が困難であり、さらに直径の最大値および最小値がともにかみ出しによって影響を受け、正確な測定ができないという問題があった。
【０００６】
この問題の対策として特開平７−２８６８２６号公報には、投光器から受光器に至る光路内にレーザーの一部を遮断する基準体を設け、被測定材および基準体の影に基づく距離信号と光学系の回転角とから演算して被測定材の断面形状を求める方法および装置が提案されている。この技術によれば、３ロール圧延機による場合でも圧延材の直角断面プロフィルを測定でき、かみ出しの有無、位置、高さ、および全周の直径を測定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記公報の技術は、投光器と受光器からなる光学系を圧延材を中心に回転させて測定するので、圧延材周方向での測定に時間差が生じる。また、回転方向と同一方向に圧延材が捩じれた場合は、ますます全周の測定が困難なものとなる。このため、圧延されて走行中の圧延材についてのインライン測定では、圧延材の同一直角断面プロフィルは測定できない。
【０００８】
したがって、圧延材端部からサンプルを採取して寸法測定および観察を行いロール圧下調整する必要があり、サンプル採取回数の増大、ライン停止や減速といった操業上の問題、および圧延材の歩留まり低下などの問題が生じていた。
そこで本発明が解決しようとする課題は、棒鋼や鋼線材など金属材料の圧延材を３ロール圧延機によって圧延後、圧延材直角断面プロフィルをインラインにおいて高精度に測定することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明法は、３本のロール軸線が圧延材の直角断面を含む平面内で交差して正三角形を形成し、各ロールのカリバー形状が円弧と両側の逃がし面からなる３ロール圧延機の出側に、圧延材の同一直角断面内にて圧延材軸線に垂直にビームを投受光する投光器と受光器の対からなる投影ビーム法によるセンサーを、圧延材軸線の周囲に周方向等角度間隔で少なくとも６対固定配置し、内３対はビームの方向を前記３本のロール軸線とそれぞれ平行にして固定配置し、各センサーによって圧延材の外周点位置を同時に検出することにより圧延材の直角断面プロフィルを求めることを特徴とする３ロール圧延材のプロフィル測定方法である。
そして本発明法において、前記３ロール圧延機での圧延材の減面率を１２％以下とし、前記各センサーを前記３ロール圧延機の中心から圧延材直径の１００倍以内の位置に固定配置するのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明法は、図１のように３ロール圧延機１の出側に投影ビーム法によるセンサー３を固定配置して、圧延材２の直角断面プロフィルを測定する方法である。３ロール圧延機１は１機のほか、２機以上連設されていてもよい。また圧延は熱間圧延でも冷間圧延でもよい。センサー３は投光器と受光器の対からなり、３ロール圧延機１の各ロール配置に応じた位置に６対以上固定配置し、従来法のように回転はさせない。
【００１１】
３ロール圧延機１では、図２の例に示すようにカリバーを有する３本のロール４，５，６がロール軸線７を軸に回転して圧延材２を圧延する。各ロール４，５，６のロール軸線７が、圧延材２の直角断面を含む平面内で交差して正三角形ＡＢＣを形成し、各ロール４，５，６のカリバー形状が円弧８と両側の逃がし面９からなる。圧延材２の直角断面は、圧延方向に直角な断面である。
圧延材２の表面には、ロールカリバーの円弧８に接して圧延される拘束部位２３と、逃がし面９との間でロールに拘束されない非拘束部位２４が生じる。
【００１２】
図２の例は６対のセンサー３を設けている。すなわち投光器１１と受光器１７、投光器１２と受光器１８、投光器１３と受光器１９、投光器１４と受光器２０、投光器１５と受光器２１、投光器１６と受光器２２の６対である。
各投光機１１，１２，１３，１４，１５，１６は、圧延材軸線（直角断面の中心を通る圧延方向の直線で、図２の紙面に垂直）の周囲に、周方向３０°の等角度間隔に固定配置し、圧延材２の同一直角断面にて圧延材軸線に垂直にビーム１０を投光し、各受光器１７，１８，１９，２０，２１，２２で受光し圧延材２の影２５を同時に測定する。
【００１３】
６対のセンサーの内３対は、ビームの方向を３本のロール軸線７（正三角形ＡＢＣの各辺に相当する）とそれぞれ平行にして固定配置する。図２の例では、投光器１１と受光器１７は辺ＣＡと平行に、投光器１３と受光器１９は辺ＡＢと平行に、投光器１５と受光器２１は辺ＢＣと平行に、それぞれ固定配置している。投光器１１、１３、１５の間の間隔は６０°である。
【００１４】
このように配置した３対のセンサーにより、圧延材２の同一直角断面の外周上、拘束部位２３のロールカリバー最底相当部位３点および該部位に対向する非拘束部位３点、合計６点の位置を検出する。ロールカリバー最底相当部位はカリバーの円弧８による拘束部位２３の中央である。
すなわち、投光器１１から発したビーム１０を受光器１７で受け、圧延材２による影２５を計測することで、圧延材２の斜線で示す直角断面外周上のロール５による拘束部位２３の中央部と、それに対向するロール６および４の間の非拘束部位２４の中央部の２点を検出する。
【００１５】
同様に、投光器１３から発したビーム１０を受光器１９で受けて、ロール４による拘束部位２３の中央部と、それに対向するロール５および６の間の非拘束部位２４の中央部の２点を検出し、投光器１５から発したビーム１０を受光器２１で受けて、ロール６による拘束部位２３の中央部と、それに対向するロール４および５の間の非拘束部位２４の中央部の２点を検出する。
【００１６】
また６対のセンサーの内その他の３対は、前記３対のセンサーの間に固定配置する。本例では投光器１１と投光器１３の間に投光器１２を、投光器１３と投光器１５の間に投光器１４を、投光器１５と受光器１７の間に投光器１６をそれぞれ固定配置し、投光器１２に対向して受光器１８を、投光器１４に対向して受光器２０を、投光器１６に対向して受光器２２を、それぞれ固定配置している。
本例では、６個の投光器１１〜１６および６個の受光器１７〜２２の間の間隔は３０°である。
【００１７】
投光器１２から発したビーム１０を受光器１８で受け、圧延材２による影２５を計測することで、圧延材２の斜線で示す直角断面外周上の、ロール４による拘束部位２３とロール５による拘束部位２３の２点を検出する。同様にして投光器１４と受光器２０でロール４による拘束部位２３とロール６による拘束部位２３の２点を、投光器１６と受光器２２でロール５による拘束部位２３とロール６による拘束部位２３の２点を、それぞれ検出する。
ここで検出される拘束部位２３の計６点は、前記３対のセンサーで検出される拘束部位２３の中央部３点から両側に３０°離れた点である。
【００１８】
本例では上記のように、圧延材軸線の周囲に６対のセンサーを周方向３０°の等間隔で固定配置し、内３対はビームの方向を３本のロール軸線７とそれぞれ平行にして配置したことで、圧延材２の直角断面外周上、３ロールによる拘束部位２３のうちカリバー円弧８の中央部および該中央部から３０°離れた点の合計９点と、非拘束部位２４の中央部３点、合計１２点を同時に検出することができる。
【００１９】
直角断面プロフィルの求め方としては、たとえばつぎのような方法を採用することができるが、これに限定されるものではない。
上記検出した１２点と３ロール圧延機の各ロール４，５，６のカリバー形状とに基づいて、圧延材２の直角断面プロフィルを求める。まず各ロール４，５，６の円弧８による拘束部位２３について、検出点各３点を結ぶ円弧を逃がし面９との境界に相当する位置まで描く。ついで該境界位置と非拘束部位２４の検出点各１点とを結ぶ。結ぶ線の形状については、同一材質、同一寸法の圧延材２についてのかみ出しなど、事前にサンプルで収集した非拘束部位の形状データに基づいて、予め定めることができる。また、同一直角断面内の各部直径も測定できることは勿論である。
【００２０】
本発明法において、３本のロール軸線７とそれぞれ平行にして配置する３対のセンサーの間に等間隔で配置するセンサーは、図２のように各１対とするほか、必要に応じて各２対以上配置することで、得られるプロフィルは実際のプロフィルにより近付く。なお前記３対の間の各センサーは、等間隔で配置するほか、適宜位置に配置することもできる。また前記３対の間に同数とするほか、たとえば２カ所には各１対、１カ所には２対とすることもできる。
【００２１】
本発明法では、３ロール圧延機１の各ロール４〜６とセンサー３の各投光器１１〜１６および受光器１７〜２２との位置関係を上記のように定め固定しているので、この位置関係と各受光器１７〜２２の検出点とに基づいて圧延材２の直角断面プロフィルを求めることができる。得られたプロフィルは、圧延後の高速走行中の圧延材についても、圧延材の同一直角断面プロフィルであり、従来法のように断面内の測定位置が圧延方向にずれるといった問題が解消される。
【００２２】
本発明法のようにセンサー３を固定配置して同時に測定したとしても、３ロール圧延機１を出た圧延材２が捩じれると、測定点とロールカリバーとの位置関係がずれるので、直角断面プロフィルを求める場合に誤差が生じる要因となる。
３ロール圧延機１では、圧延材２がロール４，５，６に噛み込むときの圧延材２の姿勢によって、圧延後に捩じれが発生し、また減面率が高すぎるとスラスト方向に回転しやすくなって捩じれが発生する。したがって、圧延機のロールにできるだけ近い位置で測定するのが望ましい。しかしロール径やセンサー形状等により、センサー３の固定位置は制限される。
【００２３】
本発明者らの実験結果、仕上圧延機のロールから圧延材直径の１００倍だけ離れた位置では、図３の例に示すような減面率と捩じれの関係がある。すなわち、この位置では、減面率１２％以下であれば捩じれが生じないことが判明した。センサー３は、３ロール圧延機のロールから圧延材直径の１００倍離れた位置では、十分に設置可能である。
したがって本発明法において、３ロール圧延機のロールから圧延材直径の１００倍以内の位置にセンサー３を固定配置するのが好ましい。なお、捩じれが生じない減面率の限界は、ロールに近付くと高減面率側に移行する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によると、３ロール圧延機で圧延された圧延材の直角断面プロフィルを測定するにあたり、投光器および受光器からなるセンサーを、圧延材周囲のロールに応じた適正位置に固定配置しているので、圧延材全周について同時測定できる。このため、従来のセンサー回転方式において、圧延材全周の測定時期がずれることによる測定誤差の問題が解消される。
また従来のような光学系を回転させるための機構が不要であるため、装置構成が簡易化できる。
【００２５】
したがって、棒鋼や鋼線材など金属材料棒線材の熱間圧延ラインなどにおいて、高精度のインラインプロフィル測定およびそれに基づくロール圧下調整が実現でき、かみ出しなどの形状不良や寸法不良の問題が効果的に解決され、生産性向上、品質の高位安定、歩留まり向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法の説明図である。
【図２】本発明法における圧延機とセンサーの配置例を示す説明図である。
【図３】本発明の対象とする圧延材の捩じれの例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…３ロール圧延機            ２…圧延材
３…センサー                  ４，５，６…ロール
７…ロール軸線                ８…円弧
９…逃がし面                １０…ビーム
１１，１２，１３，１４，１５，１６…投光器
１７，１８，１９，２０，２１，２２…受光器
２３…拘束部位                ２４…非拘束部位
２５…影
【図１】
0003845255.tif 000002
【図２】
0003845255.tif 000003
【図３】
0003845255.tif 000004