JP2005308494A

JP2005308494A - 圧延ラインの芯出し装置と芯ずれ測定方法

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Publication number: JP2005308494A
Application number: JP2004124579A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Takaoka; 克也高岡; Shoji Sugyo; 正二須尭
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: JP4238175B2

Abstract

【課題】レーザー光源と受光器を用いて線材の仕上げ圧延ラインなど、長い圧延ラインでの芯出しの際に、ビーム強度の中心位置を精度よく検出して圧延ラインの中心軸を指示できる芯出し装置と芯ずれ測定方法を提供することである。
【解決手段】圧延ラインの入側および出側に、その中心軸５に沿ってそれぞれ設けた基準点６、６ａにレーザー光源７と二次元分解能力を有するＣＣＤカメラ９とを設置し、このＣＣＤカメラ９に信号処理装置のパソコン１２を接続し、レーザー光源７に照射方向調整用の回転ステージ８を付設して圧延ラインの芯出し装置を構成し、前記パソコン１２でレーザービームの強度分布の最大ピーク位置を求め、この最大ピーク位置が基準点６、６ａを結ぶ圧延ラインの中心軸５と一致するように、レーザー光源７の照射方向を調整し、圧延ラインの測定対象装置の芯出しを行なうようにしたのである。
【選択図】図１

Description

この発明は、線材、棒鋼などの鋼材の圧延工場で、圧延ラインを形成している圧延機や水冷帯などの装置の芯だし作業工程で使用する芯出し装置とそれを用いた芯ずれ測定方法に関する。

例えば、線材の仕上げ圧延ラインでは、仕上げ圧延機をはじめ、水冷帯、圧延材のガイド類などが多数存在し、その長さは全長で３０ｍ以上に達する。この仕上げ圧延ラインでの圧延工程で、一般に、直径５ｍｍ〜２０ｍｍの線材を製造している。前記仕上げ圧延ラインに芯ずれが発生していると、加熱炉から抽出されて順調に圧延されてきた圧延材が、芯ずれ発生位置で曲がってしまい、ミスロールが発生したりして、安定して圧延することが難しくなる。一旦、ミスロールが発生すると、その復旧作業に多大な労力と時間を要し、生産面での大きな機会損失を招くことになる。また、圧延が安定しないと、大量の品質不良が発生するおそれがあり、この場合にも多大な損失を受けることになる。このため、仕上げ圧延ラインなど、圧延ラインの芯ずれをなくすことが安定な生産をする上で非常に重要となる。

従来から、圧延ラインの芯ずれをなくすために用いる方法として、（ａ）圧延ラインの入側と出側に基準点を設け、その間にピアノ線を張り、この基準点間に張設したピアノ線を基準として個々の装置の芯出しをする方法、（ｂ）建築や土木分野でよく使用されるトランシット測量法を用いて、圧延ラインの個々の装置についてその中心座標を計測し、適正な位置に合わせて芯出しを行なう方法、などが知られている。

一方、前記従来法（ａ）、（ｂ）のほかに、芯出し方法として、多段圧延機の第１スタンド入側に近接してレーザー照射部を、最終スタンド出側に近接してレーザー照射部の発射ビーム検出部を設け、レーザービームのセンターを基準線として各スタンドの圧延ロールの芯出しを行なう方法が開示されている（特許文献１参照）。同様に、レーザービームを用いた芯出し方法として、穿孔圧延機の後面のバーステディア出側に半導体位置検出器のセンサーヘッドをミル芯に合わせて設置し、穿孔圧延機の穿孔ロール入口側にレーザー発光装置を、出口側に二次元ＣＣＤカメラをそれぞれ設置し、二次元ＣＣＤカメラによりミル芯照射レーザースポットと穿孔ロールの両先端を撮影して画像処理し、ミル芯照射レーザースポットから各穿孔ロールの先端までの距離を測定し、この測定値を穿孔ロールの芯合わせに用いるミル芯計測装置が開示されている（特許文献２参照）。

特開昭５７−１２１８１０号公報（第１頁〜第３頁）特開平６−１５３２００号公報（［０００６］〜［０００８］）

しかし、前記従来法（ａ）では、長さが３０ｍ以上もの仕上げ圧延ラインの端から端までピアノ線を張ると、撓みが生じて水平方向でも芯出し精度が出難く、まして垂直方向では自重で撓みがより顕著となり、尚更芯出し精度が出難くなる。また、このピアノ線を張設する方法では、測定および準備に時間がかかるため、必要に応じて頻繁に実施することは困難である。また、前記従来法（ｂ）では、線材の最小直径が５ｍｍと極めて細い上に、複雑に機材が組み合わさった仕上げ圧延ラインの中でトランシットを使用して測量することは不可能である。このため、仕上げ圧延機や水冷帯などの測定対象装置ごとに別個に芯出し基準を設け、この基準に基づいて芯出しをする必要がある。この場合、実際に圧延ラインに組み込まれた状態で測定されていないため、芯出し基準がずれていても把握できず、信頼性の面で問題がある。さらに、従来法（ａ）の場合と同様に、測定および準備に時間がかかり、必要に応じて頻繁に実施することは困難である。

前記特許文献１および特許文献２にそれぞれ開示された、芯出し方法やミル芯計測装置では、圧延ライン全長ではなく、多段鋼管圧延機や穿孔圧延機のみを対象としている。一般に、多段圧延機や穿孔圧延機は長くても１０ｍ以下である。それに対し、仕上げ圧延ラインは、前述のように、３０ｍ以上の長さがある。前記レーザービームは横方向の広がりを有するため、３０ｍ以上もの距離を照射するのであれば、この横方向の広がりの影響を考慮する必要がある。一般に、レーザービームの広がり角θは以下のように表される。

ここに、λ：レーザーの波長Ｗ₀：照射部出側（元々の）ビーム径
レーザー光を一般的なＨｅ−Ｎｅレーザー光で、その波長λを６３３ｎｍとし、ビーム径Ｗ₀を一般的な数値である０．４ｍｍとすると、広がり角θ≒０．５ｍｒａｄとなる。従って、照射部出側から３０ｍ前方のレーザービーム径（直径）は、３０ｍ×０．５ｍｒａｄ×２＝３０ｍｍと元々のビーム径０．４ｍｍに比べて非常に大きくなり、最小で直径５ｍｍとなる圧延機内部のロール孔型をレーザービームが欠けずに通過することはできない。レンズを使用してフォーカシングを行なうと、ビーム径の広がりを抑制することはできるが、ビーム直径を５ｍｍ以下にすることは事実上困難であり、ビームは欠けざるを得ない。ビームの一部が欠けると、通常の位置検出素子（ＰＳＤ）などの受光器で採用されている、ビーム強度の重心を求めてビーム中心とする方法では精度よくビーム中心を求めることはできず、前述の仕上げ圧延ラインなどの圧延ラインでは、圧延機、水冷帯および案内ガイド類などの芯出しに利用することは不可能である。

前記のビームの欠けがもたらす影響を例示すると次のようになる。図５（ａ）および（ｂ）は、受光面におけるレーザービームの強度のプロファイルを示したもので、横軸は、Ｘ−Ｙ座標系に二次元展開したビームのＸ軸方向の位置を、縦軸はビームの強度を示す。図５（ａ）に示したように、このレーザービームはガウス分布で表せる強度分布を有する。いま、ビームの中心位置を、横軸のＸ＝１００の位置とすると、図５（ａ）に示したように、ビームの欠けがない場合、または左右同じ量だけ欠けている場合、即ち強度分布が左右対称である場合には、ビームの重心から求めたビーム中心位置と実際の中心位置とは一致する。これに対して、図５（ｂ）に示したように、ビームの一方が欠けて、強度分布が左右対称でなくなると、ビームの重心から求めたビーム中心位置は、欠けているビーム強度の弱い側と反対方向にシフトして、実際の中心位置とは一致しない。

そこで、この発明の課題は、レーザー光源と受光器を用いて線材の仕上げ圧延ラインなど、長い圧延ラインでの芯出しを行なう際に、欠けを生じたレーザービームを受光してもビーム中心位置を精度よく検出して圧延ラインの中心軸を指示できる圧延ラインの芯出し装置とそれを用いた正確な圧延ラインの芯ずれ測定方法を提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

請求項１に係る圧延ラインの芯出し装置は、圧延ラインの入側および出側の
一方に設置したレーザー光源と、他方に設置した受光器と、この受光器から出力される出力映像信号を処理する信号処理装置と、前記レーザー光源の照射方向の調整を可能とする動作手段とを備えた圧延ラインの芯出し装置であって、前記信号処理装置が、前記レーザー光源から照射されたレーザービームの強度の最大ピーク位置を検出の検出機能を備えるとともに、前記動作手段が、この最大ピーク位置を圧延ラインの中心軸と一致するようにレーザービームの照射方向を調整する調整機能を備えることを特徴とする。

圧延ラインの芯出しにレーザー光を用いる場合、前述のように、レーザー光源から３０ｍ以上離れた場所を照射すると、レーザービームが大きく広がる。このため、最小で直径５ｍｍの圧延材が通過する線材の仕上げ圧延ラインの内部にレーザー光を照射すると、ビームに部分欠けを生じて通常の受光器ではビームの中心位置を正確に求めることはできない。上記のように、ビーム強度の最大ピーク位置を求めることにより、ビームに部分欠けを生じた場合でも、この最大ピーク位置がビームの中心位置となるため、このビームの中心位置を圧延ラインの中心軸に一致させることにより、正確な芯出しが可能となる。

請求項２に係る圧延ラインの芯出し装置は、前記信号処理装置が、該信号処理装置に取り込んだ出力映像信号をＸ−Ｙ座標系に二次元展開し、座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度をα_jkから、複数の閾値β_i（ｉ＝１〜ｎ）の中、その小さい方の閾値から引いてビーム強度ｆ（α_jk−β_i）を求め、この各座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度ｆ（α_jk−β_i）からＸ軸方向およびＹ軸方向のレーザービームの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）を算出し、隣接する算出値であるＣ_x（ｉ）、Ｃ_x（ｉ＋１）およびＣ_y（ｉ）、Ｃ_y（ｉ＋１）の差Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)が設定した許容値以下にそれぞれ収まったときの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）を求め、この中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）を前記レーザービームの強度の最大ピーク位置とする検出機能を備えることを特徴とする。

このように、複数の閾値を用いて、レーザービームの受光強度から閾値を差し引いて求めた中心位置が、閾値を順次高くしていった場合、その変動量が極めて小さくなって予め設定した芯出し精度に関する許容値以内に収まると、ビームの欠けが前記中心位置に及ぼす影響は、もはや出ていないことを意味する。従って、ビーム強度の中心位置を容易に導出することができる。

また、上記のビーム強度の中心位置は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各位置でのビーム強度から前記閾値を差し引いたビーム強度を加算平均して算出しているため、ビーム強度の最大値を単純にビームの中心位置とする場合に比べて、平滑化の効果によりノイズの影響を受け難く、安定した測定が可能となる。なお、上記ビーム強度の中心位置は、受光強度から前記閾値を差し引いたビーム強度の重心位置に相当する。

請求項３に係る圧延ラインの芯ずれ測定方法は、複数の装置を備える圧延ラインの入側および出側の一方に設置した照射方向の調整を可能とする動作手段を備えたレーザー光源と、他方に設置した二次元分解力を有する受光器と、この受光器から出力される出力映像信号を処理する信号処理装置とを備え、前記レーザー光源から照射されたレーザービームを前記受光器で受光することにより出力映像信号を該受光器より出力し、この出力映像信号から検出したレーザービームの中心位置が前記圧延ラインの中心軸に一致するように前記動作手段によりレーザー光源の照射方向を調整する照射方向調整工程と、前記レーザー光源を固定したまま、前記複数の装置のうち芯ずれ量の測定を行なう対象装置の前記レーザー光源と反対側に前記受光器を配置し、前記レーザー光源から照射されたレーザービームを前記受光器で受光することにより出力映像信号を該受光器により出力し、この出力映像信号からレーザービームの中心位置を検出して前記対象装置の前記中心軸からの芯ずれ量を測定する芯ずれ量測定工程からなる圧延ラインの芯ずれ測定方法であって、前記照射方向調整工程で行なうレーザービームの中心位置の検出を、前記信号処理装置に取り込んだ出力映像信号をＸ−Ｙ座標系に二次元展開し、座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度α_jkから、複数の閾値β_i（ｉ＝１〜ｎ）の中、その小さい方の閾値から引いてビーム強度ｆ（α_jk−β_i）を求めるステップ１と、この各座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度ｆ（α_jk−β_i）からＸ軸方向およびＹ軸方向のレーザービームの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）を算出し、隣接する算出値Ｃ_x（ｉ）、Ｃ_x（ｉ＋１）およびＣ_y（ｉ）、Ｃ_y（ｉ＋１）の差Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)をそれぞれ求め、このＤ_x(i)、Ｄ_y(i)と予め設定した許容値と比較するステップ２と、前記Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)が設定した許容値以下にそれぞれ収まるまで、前記ステップ１とステップ２を繰り返し、前記Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)が許容値以下に収まったときの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）をレーザービーム強度の最大ピーク位置とするステップ３とから行うことを特徴とする。
請求項４に係る圧延ラインの芯ずれ測定方法は、上記芯ずれ量測定工程で行なうレーザービームの中心位置の検出を、前記信号処理装置に取り込んだ出力映像信号をＸ−Ｙ座標系に二次元展開し、座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度をα_jkから、複数の閾値β_i（ｉ＝１〜ｎ）の中、その小さい方の閾値から引いてビーム強度ｆ（α_jk−β_i）を求めるステップ４と、この各座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度ｆ（α_jk−β_i）からＸ軸方向およびＹ軸方向のレーザービームの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）を算出し、隣接する算出値Ｃ_x（ｉ）、Ｃ_x（ｉ＋１）およびＣ_y（ｉ）、Ｃ_y（ｉ＋１）の差Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)をそれぞれ求め、このＤ_x(i)、Ｄ_y(i)と予め設定した許容値と比較するステップ５と、前記Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)が予め設定した許容値以下にそれぞれ収まるまで、前記ステップ４とステップ５を繰り返し、前記Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)が設定した許容値以下に収まったときの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）をレーザービーム強度の最大ピーク位置とするステップ６とから行ない、前記最大ピーク位置の前記中心線からのずれ量を測定し、その測定値を芯ずれ量とすることを特徴とする。

このような測定方法によれば、前述のように、ビームの欠けの影響をなくして、ビーム強度の中心位置を容易に導出することができ、圧延ラインの中心軸の位置を精度よく求めて芯出しを行なうことができる。そして、圧延ラインの個々の対象装置について、この中心軸からのずれ量を測定することにより、圧延ラインの芯出しを容易かつ正確に行なうことができる。

この発明では、圧延ラインの入側および出側の一方の基準点にレーザー光源を、他方の基準点に受光器を設置して、この受光器の出力映像信号を処理することにより、照射方向調整用の動作手段を備えたレーザー光源から照射されるレーザー光のビーム強度の最大ピーク位置を求めて、この最大ピーク位置が圧延ラインの中心軸と一致するように前記動作手段によりレーザービームの照射方向を調整するようにしたので、細径の圧延材が通過する圧延ラインの内部にレーザー光を照射してビームに部分欠けを生じてもその影響を受けず、圧延ラインの正確な芯出しが可能となる。

また、前記最大ピーク位置を、複数の閾値を定めて、レーザービームの受光強度から閾値を差し引いて加算平均により算出した中心位置から求めるようにしたため、ビーム強度の中心位置を容易に導出することができる。さらに、ビーム強度の最大値を単純にビームの中心位置とする場合に比べて、平滑化の効果によりノイズの影響を受け難く、安定した測定が可能となる。

そして、前記受光器を、芯出しを行なう対象装置の出側の、圧延ラインの中心軸に沿った位置に配置することにより、この中心軸からの芯ずれ量を測定でき、その測定量に基づいて圧延ラインの芯出しを容易かつ正確に行なうことができる。

以下に、この発明の実施形態を添付の図１から図４に基づいて説明する
図１（ａ）は、線材の仕上げ圧延ライン１の装置の配置を模式的に示したもので、仕上げ圧延機２の出側に、圧延材を誘導するガイド３、圧延材を調整冷却する水冷帯４、および水冷された圧延材を誘導するガイド３ａが設置されている。仕上げ圧延ライン１の入側および出側、即ち仕上げ圧延機２の入側およびガイド３ａの出側には、基準点６および基準点６ａがそれぞれ設けられている。ここで、基準点６と６ａとを結ぶ直線が圧延ライン１の中心軸５（パスライン）である。図１（ｂ）に示したように、前記基準点６の位置に、レーザー光源７がその照射部の中心を合致させて設置され、このレーザー光源７には、照射方向の微調整を可能にするための、水平軸および垂直軸の直交する二軸の回りに回転できる動作手段である回転ステージ８が付設されている。前記基準点６ａの位置に、二次元分解能力を有する受光器のＣＣＤカメラ９がその受光部の中心を合致させて設置されている。このＣＣＤカメラ９には、例えば、１インチ型の撮像素子が組み込まれ、この撮像素子の前面に、減光効果があるＮＤフィルタ１０が取り付けられ、ＣＣＤカメラ９の輝度出力が最大値の約５０％になるようにして、ＣＣＤカメラ９が飽和しないようにしている。そしてＣＣＤカメラ９は、その出力映像信号を処理してレーザー光のビーム強度の中心位置を検出する信号処理装置である画像処理ボード１１を組み込んだパソコン１２に接続されている。

次に、前記レーザー光源７から照射されるレーザー光のビーム強度の最大ピーク位置を数値計算により求める方法（検出機能）について説明する。前記ＣＣＤカメラ９から出力された映像信号は、信号処理装置のパソコン１２の画像処理ボード１１に取り込まれ、レーザー光の強度を示す明るさである輝度を用いてＸ−Ｙ座標系の平面内に二次元展開されてＸ軸方向およびＹ軸方向の輝度分布がそれぞれ求まる。Ｘ軸の座標範囲を０〜Ｊ、Ｙ軸の座標範囲を０〜Ｋとし、任意の座標（ｊ，ｋ）の輝度をα_jkとする。また、複数個の閾値β_i（ｉ＝１〜ｎ）を準備しておく。ここで、β_i＜β_i+1である。いま、閾値がβ_iのときの、レーザービームのＸ軸方向およびＹ軸方向の中心位置をそれぞれＣ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）とすると、Ｃ_x（ｉ）、Ｃ_y（ｉ）は、次式でそれぞれ導出することができる。

ここで、ｆ(α_jk−β_i)は、次のようになる。

α_jk−β_i＞０のとき、ｆ(α_jk−β_i)＝α_jk−β_i
α_jk−β_i≦０のとき、ｆ(α_jk−β_i)＝０
上記Ｃ_x(i)、Ｃ_y(i)で表される座標は、閾値β_iを差し引いて加算平均により算出したビーム強度の重心位置に相当する。隣り合うＣ_x(i)、Ｃ_y(i)の差をそれぞれＤ_x(i)、Ｄ_y(i)と定義すると、

となる。ただし、ＡＢＳは絶対値を意味する。
ビーム強度の中心位置に及ぼすビームの部分欠けの影響がなくなると見なせるＤ_x(i)およびＤ_y(i)の許容値をそれぞれＴＨ_x、ＴＨ_yとすると、閾値β_iをその小さい方の閾値から順次増加させて前記計算を繰り返し、Ｄ_x(i)＜ＴＨ_x、Ｄ_y(i)＜ＴＨ_yとなったときのＣ_x(i)、Ｃ_y(i)がビーム強度の中心位置のＸ座標およびＹ座標に相当し、この中心位置を最大ピーク強度、すなわち照射されたレーザー光のビーム強度の中心位置とする。前記閾値ＴＨ_x、ＴＨ_yは、圧延ラインの芯出しの要求精度に基づいて決定することができる。上述の、受光したレーザー光のＣＣＤカメラ９（受光器）からの出力映像信号の処理のフローを図２に示す。

図３は、一例として、前記レーザー光源７から照射されたレーザー光を、レーザー光源７から３５ｍ離れた位置に配置したＣＣＤカメラ９で受光し、その出力映像信号を、信号処理装置の前記パソコン１２で画像処理ボード１１に取り込み、部分欠けを有するように処理データを加工した、平面内Ｘ軸方向のレーザービーム強度の分布を示す。このビーム強度の最大ピーク位置はＸ＝１００の位置である。前記閾値β_i（ｉ＝１〜５）として、表１に示すように、β₁〜β₅の５つの値を予め定め、それぞれの閾値β_iを用いて、前記式（２）により、Ｘ軸方向の中心位置Ｃ_x(i) （ｉ＝１〜５）を算出し、前記式（４）により、隣り合うＤ_x(i)の差を算出し、これらの算出値を表１に示した。また、図３には、各閾値β₁〜β₅を記入した。なお、前記閾値β_iは、必ずしも予め定めておく必要はなく、前記出力映像信号の処理過程で、例えば、０から順次増加させて、式（２）および式（３）に示したＣ_x(i)、Ｃ_y(i)を計算し、レーザービームの最大ピーク強度の位置を決定することもできる。

表１から、閾値β_iが０から０．２刻みに増加するにつれて、閾値β_iを差し引いて算出したＸ軸方向の中心位置Ｃ_x(i)の値は、Ｘ軸上で大きくなる方向にシフトし、この段階では、Ｄ_x(i)の値も、許容値ＴＨ_xとして通常設定する値よりも大きくなっており、ビームプロファイル（ビーム強度分布）の部分欠けの影響を受けていることがわかる。しかし、閾値をβ4の０．６からβ5の０．８に変化させても、中心位置Ｃ_x(4)およびＣ_x(5)はいずれも１００と変化せず、Ｄ_x(4)の値も０となり、閾値としてβ4およびβ5を用いた場合には、部分欠けの影響を受けていないことがわかる。これは、図３からわかるように、閾値がβ4の０．６に達すると、欠けを生じたビームの部分が除去されて、実質的に部分欠けのないビームの強度分布について中心位置Ｃ_x(i)の算出を行なうことができるためである。従って、閾値がβ4のときの重心位置Ｃ_x(4)をビーム強度の最大ピーク位置、即ちレーザー光のＸ軸方向の中心位置と判定することができる。なお、重心位置Ｃ_x(i)が閾値β_iによって変化したかどうかを判定する基準は、芯出しの要求精度によって異なる。例えば、芯出しの要求精度が０．５ｍｍであれば、許容値ＴＨ_xを０．５とし、式（４）のＤ_x(i)＜０．５となるｉの値を求めて、このときのＣ_x(i)を、ビーム強度のＸ方向の最大ピーク位置と判定することができる。また、Ｙ軸方向の最大ピーク位置についても、式（３）のＣ_y(i)および式（５）のＤ_y(i)と許容値ＴＨ_yを用い、同様にして判定することができる。

前記レーザー光源７から照射されたレーザー光の光軸が、図４（ａ）に示すように、圧延ラインの中心軸５からずれていると、ＣＣＤカメラ９で受光した出力映像信号を前記パソコン１２で画像処理した撮影像１３は、図４（ｂ）に示すように、ビーム強度の最大ピーク位置１４とレーザー光が受光された部分の中心位置１５、即ち圧延ライン１の中心軸５の位置とが一致しなくなる。上記のようにして求めたビーム強度のＸ軸方向およびＹ軸方向の最大ピーク位置、即ち中心位置に基づいて、図４（ｂ）に示した圧延ラインの中心軸５からのずれ量を算出し、このずれ量が解消するように回転ステージ８を回転させて、レーザー光の照射方向を圧延ラインの中心軸５に合わせて芯出しを行なうことができる（以上、照射方向の調整工程）。次に、図１（ｃ）に示したように、照射方向調整工程で調整したレ−ザー光源を固定したまま、芯出しを行なう圧延ラインに含まれる複数の装置のうち、対象装置、例えば、水冷帯４の出側の、前記中心軸５上の位置に、信号処理装置のパソコン１２に接続したＣＣＤカメラ９（受光器）を配置し、芯ずれ量測定工程で、その出力映像信号がパソコン１２の画像処理ボード１１に取り込まれて、レーザー光の強度を示す明るさである輝度を用いてＸ−Ｙ座標系の平面内に二次元展開され、前述のように式（２）〜式（５）を用いて、レーザービームの最大ピーク位置、即ち中心位置を求めることができる。そして、この中心位置に基づいて、測定対象装置である水冷帯４の、圧延ラインの中心軸５からの芯ずれ量を測定することができ、この測定した芯ずれ量に基づいて、個々の対象装置の芯出しを正確に行なうことができる。なお、上記の個々の対象装置についての芯出しは、図１（ｃ）に示したように、仕上げ圧延機２、ガイド３、水冷帯４の順に、即ち下流側に向かって、各測定対象装置の出側に順次ＣＣＤカメラ９（受光器）を設置して芯出しを行なうことが望ましい。

この発明は、金属材料の圧延ラインなどの芯出しに利用でき、とくに線材の仕上げ圧延ラインのように、その入側と出側の距離が長い場合の芯出しに好適に利用することができる。

（ａ）この発明の実施形態に係る圧延ラインの中心軸を示す説明図である。（ｂ）実施形態の装置構成の説明図である。（ｃ）実施形態の測定方法の説明図である。実施形態のレーザービームの重心位置を算出する処理フローを示す説明図である。部分欠けを有するレーザー光の強度分布と閾値との関係を示す説明図である。（ａ）レーザー光の光軸と圧延ラインの中心軸とがずれている状態を示す説明図である。（ｂ）（ａ）の画像処理例を模式的に示す説明図である。（ａ）ビーム欠けのないレーザー光の強度分布を示す説明図である。（ｂ）ビーム欠けを有するレーザー光の強度分布を示す説明図である。

符号の説明

１：仕上げ圧延ライン２：仕上げ圧延機３、３ａ：ガイド
４：水冷帯５：中心軸６、６ａ：基準点
７：レーザー光源８：回転ステージ９：ＣＣＤカメラ
１０：ＮＤフィルタ１１：画像処理ボード１２：パソコン
１３：撮影像１４：最大ピーク位置１５：中心位置

Claims

圧延ラインの入側および出側の一方に設置したレーザー光源と、
他方に設置した受光器と、
この受光器から出力される出力映像信号を処理する信号処理装置と、
前記レーザー光源の照射方向の調整を可能とする動作手段とを備えた圧延ラインの芯出し装置であって、
前記信号処理装置が、前記レーザー光源から照射されたレーザービームの強度の最大ピーク位置を検出の検出機能を備えるとともに、
前記動作手段が、この最大ピーク位置を圧延ラインの中心軸と一致するようにレーザービームの照射方向を調整する調整機能を備えることを特徴とする圧延ラインの芯出し装置。
前記信号処理装置が、該信号処理装置に取り込んだ出力映像信号をＸ−Ｙ座標系に二次元展開し、座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度をα_jkから、複数の閾値β_i（ｉ＝１〜ｎ）の中、その小さい方の閾値から引いてビーム強度ｆ（α_jk−β_i）を求め、この各座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度ｆ（α_jk−β_i）からＸ軸方向およびＹ軸方向のレーザービームの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）を算出し、隣接する算出値であるＣ_x（ｉ）、Ｃ_x（ｉ＋１）およびＣ_y（ｉ）、Ｃ_y（ｉ＋１）の差Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)が設定した許容値以下にそれぞれ収まったときの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）を求め、この中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）を前記レーザービームの強度の最大ピーク位置とする検出機能を備えることを特徴とする請求項１に記載の圧延ラインの芯出し装置。
複数の装置を備える圧延ラインの入側および出側の一方に設置した照射方向の調整を可能とする動作手段を備えたレーザー光源と、
他方に設置した二次元分解力を有する受光器と、
この受光器から出力される出力映像信号を処理する信号処理装置とを備え、
前記レーザー光源から照射されたレーザービームを前記受光器で受光することにより出力映像信号を該受光器より出力し、
この出力映像信号から検出したレーザービームの中心位置が前記圧延ラインの中心軸に一致するように前記動作手段によりレーザー光源の照射方向を調整する照射方向調整工程と、
前記レーザー光源を固定したまま、前記複数の装置のうち芯ずれ量の測定を行なう対象装置の前記レーザー光源と反対側に前記受光器を配置し、
前記レーザー光源から照射されたレーザービームを前記受光器で受光することにより出力映像信号を該受光器により出力し、
この出力映像信号からレーザービームの中心位置を検出して前記対象装置の前記中心軸からの芯ずれ量を測定する芯ずれ量測定工程からなる圧延ラインの芯ずれ測定方法であって、
前記照射方向調整工程で行なうレーザービームの中心位置の検出を、
前記信号処理装置に取り込んだ出力映像信号をＸ−Ｙ座標系に二次元展開し、座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度をα_jkから、複数の閾値β_i（ｉ＝１〜ｎ）の中、その小さい方の閾値から引いてビーム強度ｆ（α_jk−β_i）を求めるステップ１と、この各座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度ｆ（α_jk−β_i）からＸ軸方向およびＹ軸方向のレーザービームの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）を算出し、隣接する算出値Ｃ_x（ｉ）、Ｃ_x（ｉ＋１）およびＣ_y（ｉ）、Ｃ_y（ｉ＋１）の差Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)をそれぞれ求め、このＤ_x(i)、Ｄ_y(i)と予め設定した許容値と比較するステップ２と、前記Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)が設定した許容値以下にそれぞれ収まるまで、前記ステップ１とステップ２を繰り返し、前記Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)が許容値以下に収まったときの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）をレーザービーム強度の最大ピーク位置とするステップ３とから行うことを特徴とする圧延ラインの芯ずれ測定方法。
前記芯ずれ量測定工程で行なうレーザービームの中心位置の検出を、
前記信号処理装置に取り込んだ出力映像信号をＸ−Ｙ座標系に二次元展開し、座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度をα_jkから、複数の閾値β_i（ｉ＝１〜ｎ）の中、その小さい方の閾値から引いてビーム強度ｆ（α_jk−β_i）を求めるステップ４と、この各座標（ｊ，ｋ）でのビーム強度ｆ（α_jk−β_i）からＸ軸方向およびＹ軸方向のレーザービームの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）を算出し、隣接する算出値Ｃ_x（ｉ）、Ｃ_x（ｉ＋１）およびＣ_y（ｉ）、Ｃ_y（ｉ＋１）の差Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)をそれぞれ求め、このＤ_x(i)、Ｄ_y(i)と予め設定した許容値と比較するステップ５と、前記Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)が予め設定した許容値以下にそれぞれ収まるまで、前記ステップ４とステップ５を繰り返し、前記Ｄ_x(i)およびＤ_y(i)が設定した許容値以下に収まったときの中心位置Ｃ_x（ｉ）およびＣ_y（ｉ）をレーザービーム強度の最大ピーク位置とするステップ６とから行ない、前記最大ピーク位置の前記中心線からのずれ量を測定し、その測定値を芯ずれ量とすることを特徴とする請求項３に記載の圧延ラインの芯ずれ測定方法。