JP2000283837A - 液面振動測定方法、装置、及び、これを用いた液面振動抑制方法及び装置 - Google Patents

液面振動測定方法、装置、及び、これを用いた液面振動抑制方法及び装置

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JP2000283837A
JP2000283837A JP11088691A JP8869199A JP2000283837A JP 2000283837 A JP2000283837 A JP 2000283837A JP 11088691 A JP11088691 A JP 11088691A JP 8869199 A JP8869199 A JP 8869199A JP 2000283837 A JP2000283837 A JP 2000283837A
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JP
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vibration
liquid level
level
measured
sensor
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JP11088691A
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Hisafumi Tsuchida
尚史 土田
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象液面の一定面積のレベルの平均値を
測定するセンサを用いて、液面振動波形を精度良く計測
する。 【解決手段】 測定対象液面の一定面積のレベルの平均
値を測定するセンサ22を用いて測定対象液面8Sのレ
ベルを測定し、該センサの出力波形Y(t)をフーリエ
変換し、予め求めておいた、液面振動とセンサ出力波形
の関係を表わす周波数特性関数F(ω)を使って、液面
の振動データδ(ω)からδ(t)を再現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液面振動測定方
法、装置、及び、これを用いた液面振動抑制方法及び装
置に係り、特に、溶融金属めっき設備において製造され
るめっき板表面品質に関係のあるめっき浴面振動、特
に、ストリップのめっき浴への侵入時のめっき浴面振動
を測定する際に用いるのに好適な、液面振動測定方法、
装置、及び、これを用いた液面振動抑制方法及び装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、連続溶融亜鉛めっき設備等で
は、図1に示す如く、溶融金属(例えば亜鉛)めっき浴
8に連続的に鋼板10が供給され、ワイピングノズル1
2から噴射されるガスによるガスワイピング等で、一定
めっき付着量に制御しながらめっき処理される。図にお
いて、14は、鋼板10のめっき浴8への侵入部に設け
られた嘴状のスナウト、16は、めっき浴8中で鋼板1
0の進行方向を変換するためのシンクロール、18は一
対のサポートロールである。
【0003】この連続めっきに際して、鋼板10がめっ
き浴8に浸漬する浴面8Sは、鋼板10の波打ち形状や
めっき浴8中のシンクロール16やサポートロール18
等の機器の振動により波が発生し、この浴面の波が一定
レベルを越えると、浴表面のドロスや酸化膜を巻き込ん
で、鋼板表面の品質不良を招く。
【0004】従って従来は、浴面、特に鋼板10がめっ
き浴8に侵入する部分の振動を、例えばスナウト14の
側面に設けた覗き窓14Wから浴面を監視するITV2
0等で監視し、振動が大きくなった場合は、運転速度を
下げる等の対応を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ITV
20による監視は、定量的でなく客観性に欠ける、めっ
き浴8から発生する亜鉛の蒸気により、スナウト側面の
覗き窓14Wが曇り、長期間の連続した監視ができな
い、等の問題があった。
【0006】一方、距離計22をスナウト14内側の上
部に設けて、めっき浴の浴面8Sからの距離を測定する
ことにより、めっき浴面8Sの振動を測定することも考
えられるが、次のような問題を有していた。
【0007】図2に示す如く、レーザ式距離計22L
等光学系による三角測量法を用いる場合には、めっき浴
面8Sが正常な鏡面状である場合、正反射のみで拡散反
射がほとんど無く、測定が困難である。正反射光も、方
向が変化するので捉えることが難しい。又、ITV20
と同様に、蒸気による汚れの問題もある。
【0008】接触式の距離計は、めっき浴面8Sが高
温で、長期間の使用に耐えない。
【0009】例えば渦流式距離計22Eのような、そ
の他の非接触測定方式の距離計では、図3に示す如く測
定面積が広く、測定値が平均化されてしまい振動が小さ
く測定されるため、測定値の変動がめっき浴面の波の振
幅とはならない。
【0010】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、渦流式距離計のような、測定面積の
広い距離計を用いて、定量的に浴面振動量を測定するこ
とを第1の課題とする。
【0011】本発明は、又、該測定技術を用いて、液面
振動を確実に抑制することを第2の課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、液面振動測定
に際して、測定対象液面の一定面積のレベルの平均値を
測定するセンサを用いて測定対象液面のレベルを測定
し、該センサの出力波形をフーリエ変換し、予め求めて
おいた、液面振動とセンサ出力波形の関係を表わす周波
数特性関数を使って、液面の振動データを再現すること
により、前記第1の課題を解決したものである。
【0013】又、液面振動測定装置において、測定対象
面の一定面積のレベルの平均値を測定するセンサと、該
センサの出力波形をフーリエ変換するフーリエ変換手段
と、予め求められた、液面振動とセンサ出力波形の関係
を表わす周波数特性関数を記憶しておく記憶手段と、前
記フーリエ変換後のデータと周波数特性関数を使って、
液面の振動データを再現する振幅再現手段と、再現され
た振幅を周波数の関数から時間の関数に戻す逆フーリエ
変換手段とを備えることにより、同じく前記第1の課題
を解決したものである。
【0014】本発明は、又、液面振動の抑制に際して、
前記液面振動測定方法を用いて液面振動を測定し、測定
された液面振動が所定レベルより大きい時に、運転速度
(例えば測定対象の搬送速度)を下げることにより、前
記第2の課題を解決したものである。
【0015】又、液面振動抑制装置において、前記液面
振動測定装置と、該液面振動測定装置により測定された
液面振動が所定レベルより大きい時に、運転速度を下げ
る速度制御手段とを備えることにより、同じく前記第2
の課題を解決したものである。
【0016】本発明は、液面の波と、渦流式距離計等、
測定対象液面の一定面積のレベルの平均値を測定するセ
ンサの測定値に周波数で決まる関係が成立し、両者の比
が、波の周波数の関数で表わすことができることに着目
してなされたもので、センサの出力波形を、液面振動と
センサ出力波形の関係を表わす周波数特性関数を用い
て、液面振動に変換し、振動の大きさを把握できるよう
にしたものである。
【0017】以下、渦流式距離計を用いる場合を例にと
って、本発明の原理を説明する。
【0018】まず、渦流式距離計の距離測定方向と直角
な外径方向の応答特性は、図4に示す如くであり、この
距離計外径方向特性関数h(x)を用いて、渦流式距離
計の出力Yは、次式で表わされる。図において、Dは距
離計の外径である。
【0019】
【数1】 ここで、Y:距離計出力[mm] h(x):距離計外径方向特性関数 δ(x):外径方向x点での距離計と測定対象の距離
【0020】一方、液面の波の速さvは、液体の深さが
波の高さに比べて十分深く、底面の影響が無視でき、波
の形状が正弦波で近似できるほどのさざ波であれば、次
式で近似できることが知られている。
【0021】
【数2】 ここで、v:波の速度[m/s] λ:波の波長[m] γ:液体の表面張力[N/m] ρ:液体の密度[kg/m3] g:重力加速度[m/s2
【0022】波を正弦波とみなし、角速度をωとする
と、v=ωλ/(2π)なので、(2)式より、次の角
速度ωと波長λの関係が得られる。
【0023】
【数3】
【0024】又、渦流式距離計出力値と液面振動(振
幅)の関係は、液面の振動を波長λ、角速度ω、振幅A
の正弦波とすると、次式で表わすことができる。
【0025】 δ(x)=y0+A・sin{ωt+(2πx/λ)} …(4)
【0026】これを(1)式に代入して変形すると、時
間tの関数としてのセンサ出力Y(t)は、次式で表わ
される。
【0027】
【数4】
【0028】(5)式より、センサ出力の周波数は、液
面振動の周波数と一致し、振幅は、液面振動の振幅に次
の係数Kを乗じた値であると言える。
【0029】
【数5】
【0030】一方、波の性質を表わした(3)式から、
波の波長λは角速度ω(又は周波数)の関数で表わすこ
とができるので、次の(7)式を定義すると、波の振幅
Aは、センサ出力の振幅A′から、次の(8)式で求め
ることができる。
【0031】
【数6】
【0032】ここで、F(ω)は、センサの特性h
(x)と液体の性質(密度ρ、表面張力γ)で決まる、
センサの出力振幅を波の振幅に変換するための周波数特
性関数である。この周波数特性関数F(ω)は、波の振
幅によらず、振動の角速度(又は周波数)の関数であ
り、事前に既知の波の周波数成分と測定値の周波数成分
の比を計算することで求めることができる。
【0033】図5に、溶融亜鉛の表面張力γ=0.80
7N/m、密度ρ=6623kg/m3とし、図4のセ
ンサ特性を使って周波数特性関数F(ω)を求めた例を
示す。図5における、角速度ωが約45rad/s程度未
満の領域Sにおいて、1対1の変換が可能である。
【0034】本発明は、このような知見を用いてなされ
たものである。
【0035】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【0036】本発明の第1実施形態は、本発明をめっき
浴面の振動測定に適用したもので、図6に示す如く、ス
ナウト14の内側に配設された渦流式距離計22Eと、
該距離計22Eの出力を増幅して距離データY(t)と
するアンプ24と、該アンプ24の出力波形Y(t)を
フーリエ変換するフーリエ変換器32、予め求められ
た、液面振動とセンサ出力波形の関係を表わす周波数特
性関数F(ω)を記憶しておくメモリ34、前記フーリ
エ変換後のデータY(ω)と周波数特性関数F(ω)を
使って、液面の振動データを再現するための演算 δ(ω)=Y(ω)/F(ω) …(10) を行う振幅変換器36、該振幅変換器36出力の関数δ
(ω)を逆フーリエ変換して、時間tの関数である浴面
振動波形δ(t)を求めて出力する逆フーリエ変換器3
8を含む浴面振動演算装置30とを備えている。
【0037】このようにして、センサ出力波形Y(t)
をフーリエ変換し、フーリエ変換後のデータY(ω)
と、予め求めておいた周波数特性関数F(ω)を使っ
て、浴面の振動データδ(ω)からδ(t)を再現する
ようにしたので、渦流式距離計22Eを使って、浴面の
振動を、非接触で溶融金属蒸気による影響が小さく、安
定して計測できる。
【0038】図7は、溶融亜鉛面で測定した、周波数特
性関数F(ω)の実測値、及び、これから求められる特
性曲線Cを示す。この周波数特性関数F(ω)は、予め
既知の波を距離計で測定し、周波数毎の波の振幅と測定
値振幅の比を使って求めたものである。波の波形の真値
は、レーザ距離計による測定波形とし、レーザ距離計で
測定可能となるように、亜鉛浴表面に亜鉛酸化物の薄膜
のある状態で測定した。
【0039】図8は、前記実施形態による亜鉛浴面の振
動測定例である。亜鉛浴面の振動が再現できていること
が分かる。
【0040】次に、前記第1実施形態を用いてめっき浴
の浴面振動を抑制するようにした、本発明の第2実施形
態を詳細に説明する。
【0041】本実施形態は、図9に示す如く、第1実施
形態と同じ浴面振動演算装置30出力の浴面振動波形δ
(t)から求められる浴面振動の振幅が所定レベルより
大きいときに、鋼板10の搬送速度を下げるためのライ
ン速度補正量を算出するライン速度補正量演算装置40
と、ライン速度設定値と該ライン速度補正量演算装置4
0から入力されるライン速度補正量に基づいて、ライン
速度を制御するライン速度制御装置42と、該ライン速
度制御装置42の出力により、鋼板10を搬送している
電動機の速度を制御する電動機速度制御装置44とを備
えている。
【0042】前記ライン速度補正量演算装置40では、
図10に示す如く、所定時間毎にサンプリングを行い、
サンプリング時点における振動波形の振幅が所定値X以
上であるときには、速度が零となる迄速度を下げて行く
べく、速度補正量を−αとし、振動波形の振幅が所定値
X未満であるときには、速度補正量を零とする演算を行
う。
【0043】従って、振動波形の振幅が所定値以上とな
った場合には、運転速度が下げられ、振動が大きくなら
ないようにされ、品質不良の発生が防止される。
【0044】なお、前記実施形態においては、いずれ
も、センサとして渦流式距離計が用いられていたが、セ
ンサの種類はこれに限定されず、測定対象液面の一定面
積のレベルの平均値を測定することが可能なセンサであ
れば、他のセンサを用いることも可能である。
【0045】前記実施形態においては、本発明が溶融亜
鉛めっき浴面の振動測定及び振動抑制に用いられていた
が、本発明の適用対象はこれに限定されず、亜鉛以外の
溶融金属めっき設備、あるいは、めっき設備以外の液面
振動が問題となる設備の液面振動の測定や抑制にも同様
に適用できることは明らかである。
【0046】
【発明の効果】本発明によれば、溶融金属蒸気等で、レ
ーザ等光学式では安定して測定することが困難な溶融金
属面等の液面の振動を測定することが可能とする。
【0047】更に、液面振動が所定レベルより大きくな
った場合に運転速度を下げて振動を抑制するようにした
場合には、品質不良を削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される溶融亜鉛めっき設備の要部
構成を示す断面図
【図2】レーザ距離計を用いてめっき浴面を測定してい
る状態を示す正面図
【図3】渦流式距離計を用いてめっき浴面を測定してい
る状態を示す正面図
【図4】本発明の原理を説明するための、渦流式距離計
の外径方向の応答特性の例を示す線図
【図5】同じく、センサ出力の振幅を波に変換するため
の周波数特性関数の例を示す線図
【図6】本発明に係る第1実施形態である、めっき浴面
振動測定装置の構成を示すブロック線図
【図7】第1実施形態における周波数特性関数の実測例
を示す線図
【図8】同じく浴面振動波形の実測例を示す線図
【図9】本発明の第2実施形態である、めっき浴面振動
抑制装置の構成を示すブロック線図
【図10】第2実施形態におけるライン速度補正量計算
手順を示す流れ図
【符号の説明】
8…亜鉛めっき浴 8S…めっき浴面 10…鋼板 12…ワイピングノズル 14…スナウト 22E…渦流式距離計 24…アンプ 30…浴面振動演算装置 32…フーリエ変換器 34…メモリ 36…振幅変換器 38…逆フーリエ変換器 40…ライン速度補正量演算装置 42…ライン速度制御装置 44…電動機速度制御装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】測定対象液面の一定面積のレベルの平均値
    を測定するセンサを用いて測定対象液面のレベルを測定
    し、 該センサの出力波形をフーリエ変換し、 予め求めておいた、液面振動とセンサ出力波形の関係を
    表わす周波数特性関数を使って、液面の振動データを再
    現することを特徴とする液面振動測定方法。
  2. 【請求項2】測定対象面の一定面積のレベルの平均値を
    測定するセンサと、 該センサの出力波形をフーリエ変換するフーリエ変換手
    段と、 予め求められた、液面振動とセンサ出力波形の関係を表
    わす周波数特性関数を記憶しておく記憶手段と、 前記フーリエ変換後のデータと周波数特性関数を使っ
    て、液面の振動データを再現する振幅再現手段と、 再現された振幅を周波数の関数から時間の関数に戻す逆
    フーリエ変換手段と、 を備えたことを特徴とする液面振動測定装置。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の液面振動測定方法を用い
    て液面振動を測定し、 測定された液面振動が所定レベルより大きい時に、運転
    速度を下げることを特徴とする液面振動抑制方法。
  4. 【請求項4】請求項2に記載の液面振動測定装置と、 該液面振動測定装置により測定された液面振動が所定レ
    ベルより大きい時に、運転速度を下げる速度制御手段
    と、 を備えたことを特徴とする液面振動抑制装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101189223B1 (ko) 2006-11-21 2012-10-09 현대자동차주식회사 차량의 요철로 주행 판단장치 및 방법
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