JP2007139583A

JP2007139583A - ミリ波を用いた位置検出装置

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Publication number: JP2007139583A
Application number: JP2005333743A
Authority: JP
Inventors: Koji Shibata; 耕志柴田; Kenji Yamaguchi; 堅治山口; Fumio Kosuge; 文雄小菅; Keigen Sai; 景厳蔡; Yuichi Sato; 祐一佐藤; Akira Ikeda; 昭池田
Original assignee: Meisei Electric Co Ltd
Current assignee: Meisei Electric Co Ltd
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】水蒸気及び／又は粉塵を含む雰囲気下においても例えばスラブ等の被検出物を高精度に検出すること。
【解決手段】例えば製鉄所の圧延工程において、水蒸気及び／又は粉塵を豊富に含む雰囲気中を搬送手段例えばローラコンベア２２により搬送される被検出物であるスラブ２の搬送経路を横切るように、所定の周波数例えば６０ＧＨｚのミリ波を送信する発信部３と、この発信部３からのミリ波を受信する受信部４とを対向配置して構成される位置検知器を搬送方向に沿って複数組配置し、当該受信部４が受信した検出信号に基づいてスラブ２が通過したか否かを判別する。この場合、直進性の高いミリ波は水蒸気や粉塵などの浮遊微粒子に遮られることが少ないので、高精度にスラブ２を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば製鉄所において搬送手段により搬送される溶融スラブなどの被検出物の搬送位置をミリ波を用いて検出するミリ波を用いた位置検出装置に関する。

鋼材などの金属製品を製造する製鉄所においては、原料となる金属を加熱炉で加熱溶融し、この溶融金属を加熱炉から順次抽出して所定の形状のスラブ（金属スラブ）を鋳造し、さらに加熱装置にてこのスラブを所定の温度に加熱した後、圧延装置にて熱間圧延を行なうことにより、予定とする形状の鋼材を製造している。製鉄所内においてこれら装置間のスラブの搬送は、搬送手段例えば搬送用のコンベアを用いて高温状態のままで行なわれる。

図５は、加熱装置、圧延装置、及び圧延装置にスラブを搬入するための搬送手段を備えた圧延システムの概略を示す図である。例えば矩形面状に形成されたスラブ２は加熱装置１０にて所定の温度例えば１０００℃に加熱され、ローラコンベア１１により例えば上下一対の水平圧延ローラ１２ａ及び／又は図示しない左右一対の縦圧延ローラを備えた圧延装置１２に搬入されて熱間圧延される。

このような圧延システムにおいては、圧延ローラの圧入量の設定値を段階的に変えたり、また幅出し圧延，エッジング圧延，平圧延などの種々の圧延パターンの組み合せを変えたりなど、予定とする製品の形状に応じて圧延スケジュールが決められ、例えばロットの先頭にあたるスラブが圧延装置１２に搬入される前に、圧延スケジュールに対応したプロセス条件に圧延装置１２をセットアップする等の作業が行なわれる。

従って、圧延処理を良好かつ効率良く行なうためには搬送経路上におけるスラブ２の位置を正確に把握し、タイミングを合わせて圧延装置１２のセットアップを行なうことが必要である。従来においては、ローラコンベア１１の搬送経路上にあるスラブ２を検出する手法の一つとして光、例えばレーザ光線を用いた光センサが用いられている（例えば特許文献１，特許文献２参照）。

ここで、光センサによりスラブ２を検出する概略構成を上記図５を用いて説明する。光センサ１３は、コンベア１０の搬送経路の途中において、スラブ２の側面と対向する高さ位置にてスラブ２を挟むように投光部１３Ａと受光部１３Ｂとを対向して配置しておき、投光部１３Ａからレーザ光線を放射し、受光部１３Ｂが受光したレーザ光線の受光量に対応したアナログ電圧に変換し、出力する。そして投光部１３Ａ及び受光部１３Ｂとの間を通過するスラブ２がレーザ光線を遮断してアナログ電圧が減少することによりスラブ２の有無が判定される。このような光センサ１３は、ローラコンベア１１の長手方向に沿って所定の位置に複数配置され、これにより搬送経路上におけるスラブ２の現在位置を把握する。
特開平４−３７１３５５号公報（段落０００８及び段落００１０）特開平８−１９８４３０号公報（段落０００８，第２図）

しかしながら、上述の光センサを用いた検出手法においては、以下のような問題があった。即ち、圧延工程においては、圧延ローラに冷却水が噴霧されており、また必要に応じてスラブ２の表面にスケールを除去するための高圧水が噴射されているため、周囲の雰囲気の湿度が高くなっており、この雰囲気に高温状態のスラブ２が曝されると、雰囲気中の水分が表面で加熱されて水蒸気となる。特に、冬場になると、冷えた雰囲気とスラブ２との温度差が大きくなるため、水蒸気の発生量が益々多くなり、場合によっては目視ではスラブ２を確認するのが困難となるほど視程度が低くなる。

このような過酷な条件下、レーザ光線などの光は水蒸気を透過することができないため、発光部１３Ａと受光部１３Ｂとの間に水蒸気が介在すると途中で光が遮られてしまい、結果としてスラブ２を検出できないか、あるいは誤検出が起きてしまう場合がある。

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、例えば水蒸気及び／又は粉塵を含む雰囲気下においても例えばスラブ等の被検出物を高い精度で検出することのできるミリ波を用いた位置検出装置を提供することにある。

本発明の目的を実現するミリ波を用いた位置検出装置の第１の構成は、請求項１に記載のように、水蒸気及び／又は粉塵を豊富に含む雰囲気中を搬送手段により搬送される被検出物の搬送経路を横切るようにミリ波を送信する発信部と、この発信部からのミリ波を受信する受信部とを対向配置して構成される一組の位置検知器、あるいは前記一組の位置検知器を該搬送経路に沿って所定の間隔を有して複数組配置し、該一組みの位置検知器の発信部と受信部の間を前記被検出物が通過したか否かを該受信部で受信した検出信号に基づいて判断すること特徴とする。

本発明の目的を実現するミリ波を用いた位置検出装置の第２の構成は、請求項２に記載のように、上記第１の構成において、前記一組の位置検知器を複数組配置した場合、各組の受信部と発信部は同期信号が入力されるとミリ波の送信と受信を同時に行い、各位置検知器に対し前記被検出物の搬送方向上流側から下流側に向かって並ぶ位置検知器に順に所定のタイミングで前記同期信号を出力することを特徴とする。

本発明の目的を実現するミリ波を用いた位置検出装置の第３の構成は、請求項３に記載のように、上記いずれかの構成で、前記発信部は、送信されたミリ波が前記被検出物で反射し、該発信部に向かう反射波を受信する受信機能を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、水蒸気及び／又は粉塵を含む雰囲気中を搬送手段により搬送される被検出物に対し、所定の周波数のミリ波により検出する構成としたことにより、直進性の高いミリ波は水蒸気や粉塵などの浮遊微粒子により遮られることなく被検出物に向かって進むので、被検出物を高い精度で検出することができる。

本発明によるミリ波を用いた位置検出装置を実施の形態に係る例えば製鉄所の圧延工程におけるスラブの検出に用いた例について、図１を参照しながら説明する。

図中、２は検出対象である被検出物例えば矩形面状に形成されたスラブである。このスラブ２は図示しない加熱炉により原料金属を加熱溶融し、さらに加熱炉から抽出して所定の形状に鋳造されたものである。スラブ２は、種々の金属製品の原料（中間体）であり、この例では矩形面状体としてあるが、実際には予定とする製品の形状に応じて例えば帯状体，棒状に形成されることもある。

圧延工程において、前記スラブ２は加熱装置２１例えば加熱炉にて所定の温度例えば１０００℃に加熱され、搬送手段の一つであるローラコンベア２２により高温状態のまま順次搬送されて圧延装置２３に搬入されて予定とする製品に応じた形状に圧延される。この圧延装置２３は、図示は省略するが、例えば上下に配置された一対の水平圧延ローラ及び／又は左右に配置された一対の縦圧延ローラなどを備えたローラ方式の圧延装置である。但し、本例において圧延装置２３の構成はローラ方式に限られることはない。また圧延処理は１回（１パス）に限られず、粗圧延を行なった後に仕上げ圧延を行なうといったように段階を分けて圧延したり、また幅出し圧延，エッジング圧延，平圧延などの種々の圧延パターンを行なったりなど、必要に応じて加熱装置２１と圧延装置２３との間を往復移動させて複数回（複数パス）の圧延処理が行なわれることもある。

このようにスラブ２は、ローラコンベア２２により高温状態のままで搬送されるため、詳しくは「背景技術」の欄に記載したように、周囲の雰囲気に曝された際に水蒸気が発生し、またこの雰囲気中には例えばスケール除去用の高圧水によりスラブ２から除去されたスケールが粉塵となって拡散している。即ち、スラブ２は、水蒸気及び／又は粉塵を豊富に含む雰囲気中を搬送されることとなる。

また前記ローラコンベア２２の幅方向側縁の外側には、波長がミリメートル台となる周波数が例えば３０〜３００ＧＨｚ、好ましくは６０ＧＨｚのミリ波を送信するための送信機能を有する発振部３と、搬送経路上におけるある位置を通過するスラブ２を水平方向に挟んで対向するように配置され、当該発振部３から送信されたミリ波を受信するための受信部４とが設けられ、これを一組の位置検知器として複数組の位置検知器をローラコンベア２２の搬送方向に沿って所定間隔で配置しており、この複数組の位置検知器は電源装置５により駆動電源が供給されている。なお、本実施の形態のミリ波を用いた位置検出装置１は、複数組の位置検知器により構成しているが、１組の位置検知器から構成したものであっても良い。

位置検知器を構成する発振部３は送信機能を有しており、ミリ波を発生させるための半導体素子，水晶振動子などを有するミリ波発振器３１で発振されたミリ波がサーキュレータ３２を介してアンテナ部３３に送られる。

なお、ミリ波とは、前記したように波長がミリメートル台の周波数が例えば３０〜３００ＧＨｚの電磁波を意味するが、本発明においてはこの周波数により厳密に区別されるものではない。

また、サーキュレータ３２は該ミリ波の送信と受信を分離し、アンテナ３３で受信した受信波を検波ダイオードからなるアイソレータ３４に導く。アイソレータ３４で検波された受信信号は増幅器３６で増幅されてＣＰＵボード３７に入力され、この受信信号を第２の検出信号としてＩ/Ｆユニット３８から管理装置６に送信する。

管理装置６には、第２の検出信号に基づいてスラブ２の有無を判定する第２判定部が設けられている。スラブ２が発信部３の前を通過していない場合には、発信部３のアンテナ３３から発射されたミリ波は直進するため、発信部３のアンテナ３３にはミリ波が受信されないので、第２の検出信号は低レベルの信号となるのに対し、スラブ２が発信部３の前を通過すると、アンテナ３３から発射されたミリ波はスラブ２で反射しアンテナ３３で受信されるため、第２の検出信号は高レベルの信号となる。したがって、第２の検出信号が所定のレベルを越えたか否かにより、スラブ２の通過を判別することができる。第２の判定部は、このような処理を時系列的に各発信部毎に行う。

また、発信部３のＣＰＵボード３７には、管理装置６からの同期信号がＩ/Ｆユニット３８を介して入力し、この同期信号が入力すると制御回路３９に対しミリ波の発信を指示する。管理装置６は、複数配置された各発信部３に対し、スラブが通過すると推定されるタイミングでスラブ２の搬送方向上流側から下流側に前記同期信号をそれぞれ与え、発信部３からはこの同期信号が受信部４の受信信号処理部４Ｂに送信される。なお、発信部３にはＣＰＵボード３７により駆動制御されるＬＥＤ等からなる表示器３ａが設けられ、点灯あるいは点滅して通過判別を含む作動状態を示すようになっている。

一方、発信部３のアンテナ３３から発射（送信）されたミリ波は、対向配置されている受信部４の受信器４Ａにおいて受信可能となっている。

受信器４Ａは、ホーン状の受信アンテナ４１で受信した受信信号を検波器からなるアイソレータ４２で検波し、これを増幅器４３で増幅した受信信号４４を受信信号処理部４ＢのＣＰＵボード４６に入力する。

受信信号処理部４Ｂは、ＣＰＵボード４６に同期信号がＩ/Ｆユニット４７を介して入力されており、一組の位置検知器をなす発信部３と受信部４に対して同時に同期信号が入力されるため、ＣＰＵボード４６はこの同期信号が入力された時における受信信号を取出し、これをスラブ２が通過したか否かの判定を行うための第１の検出信号とし、Ｉ/Ｆユニット４７を介して管理装置６に出力する。なお、受信部４にはＣＰＵボード４６により駆動制御されるＬＥＤ等からなる表示器４８が設けられ、点灯あるいは点滅して通過判別を含む作動状態を示すようになっている。

管理装置６には、第１の検出信号に基づいてスラブ２の通過の有無を判定する第１の判定部が設けられている。スラブ２が発信部３と受信部４との間を通過すると、発信部３のアンテナ３３から受信器４Ａの受信アンテナ４１に向かうミリ波はスラブ２により遮られるため、第１の検出信号のレベルはスラブ２が通過する時は低レベルで、不通化の時は高レベルなので、第１の検出信号が所定のレベルを越えたか否かにより、スラブ２の通過を判別することができる。第１の判定部は、このような処理を時系列的に各受信部毎に行う。

なお、発信部３及び受信部４からの第１、第２の検出信号に基づいて管理装置６がスラブ２の通過、不通過の判別を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、発信部３および受信部４でそれぞれスラブ２の通過、不通過の判別を行なっても良い。

本実施の形態において、対向配置する一組の発信部３及び受信部４で構成される位置検知器は、スラブ２の搬送路に沿って例えば１００ｍｍの間隔で等間隔に複数配置されており、これらの各組の位置検知器の配置位置が決まっているので、各位置検知器でスラブ２を検出することで、スラブ２の位置を検出することができる。

なお、位置検知器の設置数及び設置間隔の設定値を実際にどのようにするかは、搬送路の長さやスラブの形状などに基づいて決めるのが好ましい。

また、電磁波であるミリ波は、レーザ光線などの光に比べて、発信アンテナの特性等により広がる性質を有するため、例えば図３（ａ），（ｂ）に模式的に示すように、予定とする検出ラインＳに向かって近づいて来るスラブ２の前端面２ａ又は、検出ラインＳを通過したスラブ２の後端面２ｂに反射した電波（反射波）を受信部４が検知して受信レベルが変化するいわゆるノイズＮが発生し、このノイズＮによりスラブ２の誤検出を起こしてしまうことがあるため、本例においては前記検出ラインＳ上にあるスラブ２にミリ波が遮られたときの受信レベルと同じか又はこれよりも若干高めに設定した受信レベルを予めしきい値として決めておき、このしきい値を超えないものについてはノイズＮとして除去し、反対にしきい値を超えたときにはスラブ２が有ると判定してＯＮの信号を出力するように制御される。

また上記したスラブ２からの予定としない反射波だけでなく、周囲に介在する被検出物からの反射波もノイズＮとして同様に除去する。即ち、処理部６は、受信部４が受信したミリ波の情報のうち、スラブ２からの予定としない反射波の情報を除外する手段を有している。このようにノイズＮを除去することで、例えば図３（ｃ）に模式的に示すような受信情報が得られ、これによりスラブ２の前端及び後端の通過タイミングを高精度に検出することができるようになる。

また、図中３５，４５は、発信部３の送信面及び、受信部４の受信面を覆うように設けられた例えば電波を通過可能な耐熱性の保護部材例えば強化ガラスである。このような構成とすれば、高温状態のスラブ２からの輻射熱の影響が少なくなり、スラブ２に対しより接近させて発信部３及び受信部４を配置することができるので、その分において水蒸気や粉塵さらには予定としない反射波の影響を少なくして検出精度の向上を図ることができる点で得策である。

上述の実施の形態によれば、例えば製鉄所の圧延工程においてローラコンベア２２により搬送されるスラブ２を、所定の周波数例えば６０ＧＨｚのミリ波を用いて検出する構成としたことにより、直進性の高いミリ波は水滴や粉塵などの浮遊微粒子により遮られることなくスラブ２に向かって進むので、高い精度でスラブ２を検出することができる。このため搬送経路上のスラブ２の位置を高精度に把握することができ、結果として最適なタイミングで圧延装置１２のセットアップを行なうことができるので、良好かつ効率の良い圧延処理を行なうことができる。即ち、本発明は、水滴や粉塵などの浮遊微粒子を透過することはできるが、スラブ２等の物体には遮断されるというミリ波の特性に着目し、製鉄所のように視程度が例えば０°という過酷な条件下においてもスラブ２を検出することを実現したのである。

更に上述の実施の形態によれば、波長の短いミリ波、好ましくは周波数が６０ＧＨｚのミリ波を用いた構成としたことにより、ミリ波検出器自体の小型化及び軽量化を図ることができる。搬送経路上におけるスラブ２の位置をより高精度に把握するためには、搬送経路に沿って狭い間隔でミリ波検出器を並べておくのが得策である。そのため、装置の小型化を図ることのできる本例は、より高精度化を図ることができる点で有効である。

ここで、図４は、本発明者らが実際に試験を行なうなどして作成した光、周波数６０ＧＨｚのミリ波、周波数２４ＧＨｚのマイクロ波を用いた検出器の特性対比表である。この特性対比表からも明らかなように、光は水蒸気を含む雰囲気中ではスラブ２を検出することができないが、波長の短いミリ波やマイクロ波はスラブ２の検出が可能であり、また粉塵の影響も光に比べて小さい。さらに電波はレーザ光線に比べて人体への影響が小さいという利点もある。

しかしながら、マイクロ波を用いた場合、その波長が長すぎるため、それに伴いアンテナ３３が大型化し、結果として装置が大型化してしまう。従って、複数のミリ波を並べる場合には、本発明のようにミリ波、好ましくは周波数６０ＧＨｚのミリ波を選択するのが得策である。

なお、本発明においては、スラブ２を検出して搬送路上の位置を把握する構成に限られず、スラブ２の先端又は後端を検出したタイミングでローラコンベア２２を停止するように制御してもよい。より具体的には、例えば加熱装置２１と圧延装置２３とを往復移動させて複数パスの圧延処理を行なう際に、スラブ２の先端又は後端を検出したタイミングにあわせてローラコンベア２２の搬送動作を停止し、さらに所定の距離だけスラブ２を搬送して加熱装置２１にスラブ２を搬入するようにする。このような構成とすれば、繰り返しスラブ２を加熱装置２１に搬入しても搬入位置を揃えることができるので、スラブ２毎に均一に加熱することができ得策である。

また、本発明においては、被検出物はスラブ２に限られず、水蒸気及び／又は粉塵を豊富に含む雰囲気中に置かれた物を被検出物とすることができる。さらに被検出物は必ずしも高温状態でなくともよい。

本発明の実施の形態によるミリ波を用いた位置検出装置の平面図。図１の位置検知器のブロック図。（ａ）は図１の位置検知器によりスラブを検出する様子を示す図、（ｂ）（ｃ）はその時の受信レベルを示す図。ミリ波、マイクロ波及び光を用いた検出器の特性対比結果を示す図表である。従来のスラブを検出する手法を示す説明図である。

符号の説明

１ミリ波を用いた位置検出装置
２スラブ（被検出物）
２１加熱装置２２ローラコンベア２３圧延装置
３発信部
３１ミリ波発振器３２サーキュレータ３３アンテナ部
３４アイソレータ３５，４５保護部材３６増幅器
３７、４６ＣＰＵボード３８、４７Ｉ/Ｆユニット
３９制御回路３ａ、６３表示器（ＬＥＤ）
４受信部
４Ａ受信器４Ｂ受信信号処理部４１受信アンテナ
４２アイソレータ４３増幅器４４受信信号
５電源装置
６管理装置

Claims

水蒸気及び／又は粉塵を豊富に含む雰囲気中を搬送手段により搬送される被検出物の搬送経路を横切るようにミリ波を送信する発信部と、この発信部からのミリ波を受信する受信部とを対向配置して構成される一組の位置検知器、あるいは前記一組の位置検知器を該搬送経路に沿って所定の間隔を有して複数組配置し、該一組みの位置検知器の送発信部と受信部の間を前記被検出物が通過したか否かを該受信部で受信した検出信号に基づいて判断すること特徴とするミリ波を用いた位置検出装置。
前記一組の位置検知器を複数組配置した場合、各組の受信部と発信部は同期信号が入力されるとミリ波の送信と受信を同時に行い、各位置検知器に対し前記被検出物の搬送方向上流側から下流側に向かって並ぶ位置検知器に順に所定のタイミングで前記同期信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のミリ波を用いた位置検出装置。
前記発信部は、送信されたミリ波が前記被検出物で反射し、該発信部に向かう反射波を受信する受信機能を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のミリ波を用いた位置検出装置。