JP2012173132A - 熱間長尺材の長さ測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間圧延後の長尺材がその長さ方向に搬送されつつある時に、その長さを精度良く、しかも安価に、測定することができる、熱間長尺材の長さ測定方法および装置を提供する。
【解決手段】後端センサとしてのロードセル１０から搬送ライン下流側に順次所定のセンサ配置間隔で複数のアナログＨＭＤ１２_１、１２_２‥‥１２_ｎを配置し、最上流側のアナログＨＭＤ１２_１を用いて先端検出用の閾値を決定し、該決定した閾値を下流側のアナログＨＭＤ１２_２‥‥１２_ｎに設定してこれらを先端センサとして用いる。長尺材（鋼管）１の長さは、後端センサ（ロードセル）での後端検出時刻と、その直前に先端検出した先端センサ（アナログＨＭＤ）での先端検出時刻と、センサ配置間隔とから算出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱間長尺材の長さ測定方法および装置に関し、特に、熱間圧延直後の鋼管の長さ測定に好ましく適用できる、熱間長尺材の長さ測定方法および装置に関する。

鋼管、棒鋼、厚鋼板などの熱間で製造された鋼材の搬送ラインでは、熱間圧延後搬送中の熱間鋼材の長さを測定することが行われている。
この長さ測定には、メジャーリングロールを用いる方法、光電センサ、撮像装置、あるいはＨＭＤ（Hot Metal Detector：熱塊検出器）を用いる方法が知られている。メジャーリングロールを用いる方法は、外周長が既知のメジャーリングロールを搬送中の被測定材に接触させて、回転数から鋼材の長さを算出する方法である。

また、光電センサ、撮像装置、ＨＭＤを用いる方法は、被測定材の長さ方向を搬送方向として搬送ライン上を搬送される被測定材について、光電センサ、撮像装置、あるいはＨＭＤにより先端および後端の検出を行い、さらに、先端および後端の検出タイミングの間の熱間鋼材の搬送量をタイマーおよび搬送ロールのロール周速から求めることで、熱間鋼材の長さを算出することで行われる。

例えば、特許文献１には、熱間鋼管の先端部をリニアアレイカメラによって検出し、これと同時に熱間鋼管の後端部をＨＭＤによって検出し、これらの検出信号に基づいて鋼管の長さを非接触で測定する方法が開示されている。
また、特許文献２には、搬送経路直上に搬送方向に沿って所定間隔で一列に、かつ、撮像装置の各視野を隙間が生じないように複数の撮像装置を配置し、撮像装置により被搬送材の長さを測定するようにした被搬送材の測長装置が開示されている。

特開昭６０−１６９７０４号公報 実開昭６３−８３６０９号公報

しかしながら、測定対象が熱間鋼材であり、熱間鋼材ではその温度が１０００℃を超えるような場合があることを考慮すると、メジャーリングロールのような接触式の検出器を使用するのは、耐久性、保全性を考慮すると好ましくない。
光電センサにより先端および後端を検出する方法では、搬送ラインを挟んで投光器と受光器とを配置する必要があるが、圧延ライン等では搬送設備等の設備配列の制約から、投光器と受光器の双方を配置するスペースの確保が困難な場合もある。

また、特許文献２に記載されているような撮像装置を搬送経路に沿って複数台配置する方法では、多数の撮像装置が必要となり設備コストが高くなるという問題や、設備配列の制約からも、設置スペースの確保が困難な場合もある。
一方、熱間圧延機出側の鋼管の長さを測定する方法として、後端センサには前記熱間圧延機のロードセル、先端センサには搬送方向に複数配置したＨＭＤを用いる方法がある。この方法では、ロードセルのオン時刻（圧延材噛み込み）からオフ時刻（圧延材噛み抜け）までの間に、最後にオンしたＨＭＤを基準とし、この基準ＨＭＤとその１つ前にオンしたＨＭＤとのオン時間差で両ＨＭＤ間の距離を割って、これを、基準のオン時刻からロードセルオフ時刻までの時間内の先端移動速度とし、これに該時間を掛けて、基準位置からの先端部長さとし、一方、ロードセルオフ時刻には後端がロードセル位置にあるとして基準位置とロードセル位置間の距離を基準位置からの後端部長さとし、これに前記先端部長さを加えて全長さとする。

上記方法の例を図２に示す。鋼管１の後端センサは熱間圧延機のロードセル１０であり、先端センサは搬送方向に複数（ｎ個）配置したＨＭＤ１１_１、１１_２，１１_３‥‥１１_ｎである。この例の場合、ロードセル１０のオフ時刻（後端オフ時刻）までに順次オンしたＨＭＤのうち最後にオンしたのはＨＭＤ１１_３であり、これが基準である。基準ＨＭＤ１１_３とその１つ前にオンしたＨＭＤ１１_２とのオン時間差Ｔ１で両ＨＭＤ間の距離Ｍ１（既知）を割った値Ｖを、基準ＨＭＤ１１_３オン時刻から後端オフ時刻までの時間Δｔ内の先端移動速度とみなすと、先端から基準ＨＭＤ１１_３位置までの距離Ｌ_１＝Ｖ*Δｔが先端部長さであり、一方、後端オフ時刻には後端がロードセル位置にあるから、残りの長さは基準ＨＭＤ１１_３位置からロードセル位置までの距離Ｍ（センサ配置間隔から算出）に等しい。そこで、全長Ｌは、Ｌ＝Ｌ_１＋Ｍ、なる式で算出する。かかる長さ演算処理は、通常の回路構成技術の範囲内で構成された制御乃至演算回路を有する長さ演算手段２０によって自動的に実行される。

しかし、熱間圧延後の鋼管１は先端や後端から炎２が噴出していることがある。ＨＭＤは熱材からの輻射光を検出してその熱材の有無を判別するが、熱材有無を判別するために設定される輻射光強度ゲインはオフラインでの設定値に固定されるものであるため、図２のように、鋼管１先端から炎２が噴出していると、炎２と鋼管１との区別ができない場合があり、例えば、最悪の場合、炎２の先端を鋼管１の先端であると誤検出してしまって、炎２の噴出長さ分に相当する大きな誤差を生じる場合がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、熱間圧延後の長尺材がその長さ方向に搬送されつつある時に、その長さを精度良く、しかも安価に、測定することができる、熱間長尺材の長さ測定方法および装置を提供することを目的とする。

発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討し、次の知見を得た。
・図２において、ＨＭＤの代わりに放射温度計を用いると、先端の検出精度が向上するのであるが、放射温度計は高価であり、設置環境上の配慮も必要（例えば水や空気による冷却装置の搭載などが必要）である。
・図２において、ＨＭＤの代わりに、アナログＨＭＤ（すなわち、熱材からの輻射光量をアナログ電圧に変換して出力する機能を有し、該アナログ電圧に閾値を設定できるＨＭＤ；例えば、竹中電子工業（株）製、ファイバ式・アナログHMD FD-A300AN）を用いることで、前記アナログ電圧に炎と鋼管とを区別するための閾値を設定することができ、先端の検出精度が向上する。このアナログＨＭＤは、アナログ電圧を温度へ変換する電圧‐温度変換機能は具備していないので、かかる電圧‐温度変換機能を具備する放射温度計よりも格段に安価（価格が放射温度計価格の約１/１０）であり、又、信号線の養生や、本体の冷却装置も不要で、メンテナンス性もよい。
・前記閾値は、搬送される鋼管の１本ごとに最上流側のアナログＨＭＤのアナログ電圧出力データを基に決定し、該決定した値を下流側の各アナログＨＭＤへ送信することによってオンラインで設定できる。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）
熱間の長尺材をその長手方向に搬送するラインに沿って上流側から、１個の後端センサとしてのロードセルと、複数個の先端センサとしてのアナログＨＭＤとを、この順に所定の間隔で配置し、これらセンサを用いて前記長尺材の長さを測定する方法であって、
最上流側のアナログＨＭＤ位置を前記長尺材が通過している時に、当該最上流側のアナログＨＭＤの出力するアナログ電圧を基に前記長尺材の先端検出用の閾値を決定し、該閾値を下流側の各アナログＨＭＤに設定し、
該閾値設定後のアナログＨＭＤの中、前記ロードセルでの後端検出時刻の直前の時刻に先端検出したアナログＨＭＤを基準とし、該基準での先端検出時刻から前記後端検出時刻までの時間Δｔ内での先端移動距離Ｌ_１と、
前記基準から前記ロードセルまでの距離Ｍとから、
前記長尺材の長さＬを、Ｌ＝Ｌ_１＋Ｍ、なる式で算出することを特徴とする熱間長尺材の長さ測定方法。
（２）
熱間の長尺材をその長手方向に搬送するラインに沿って、上流側から順に所定の間隔で配置された、１個の後端センサとしてのロードセルと、複数個の先端センサとしてのアナログＨＭＤとを有し、
且つ、最上流側のアナログＨＭＤ位置を前記長尺材が通過している時に、当該アナログＨＭＤの出力するアナログ電圧を基に前記長尺材の先端検出用の閾値を決定し、該閾値を下流側の各アナログＨＭＤに設定する閾値設定手段と、
前記ロードセルでの後端検出時刻及び前記閾値設定後のアナログＨＭＤでの先端検出時刻を記録し、該記録した中の前記後端検出時刻の直前の先端検出時刻に対応するアナログＨＭＤを基準とし、該基準での先端検出時刻から前記後端検出時刻までの時間Δｔ内での先端移動距離Ｌ_１と、
前記基準から前記ロードセルまでの距離Ｍとから、
前記長尺材の長さＬを、Ｌ＝Ｌ_１＋Ｍ、なる式で算出する長さ演算手段とを備えたことを特徴とする熱間長尺材の長さ測定装置。

本発明によれば、熱間圧延後搬送中の熱間長尺材の長さを精度良く、しかも安価に測定することができる。

本発明の実施形態の１例を示す概略図である。 従来技術の実施形態及び問題点を示す概略図である。

図１は、本発明の実施形態の１例を示す概略図である。図１(a)のように、熱間の長尺材（ここでは鋼管）１をその長手方向に搬送するラインに沿って、１個の後端センサとしてロードセル１０（熱間圧延機に付属）と、複数個の先端センサとしてアナログＨＭＤ１２_１、１２_２、１２_３、‥‥１２_ｎとが、所定の間隔で配置されている。各アナログＨＭＤ１２は、輻射光量の変化に対応して同様の変化パターンで変化するアナログ電圧を出力する。例えば、アナログＨＭＤの出力するアナログ電圧Ｅが図１(b)のように変化するとき、この変化は輻射光量の変化を正しく反映したものとなっているので、このアナログ電圧Ｅに閾値を設け、アナログ電圧が閾値以上か未満かを判定することで、該閾値に対応する輻射光量以上の輻射光を発する熱材の有無を検出できる。

本発明では、この閾値をオンラインで搬送中の鋼管１の個々毎に設定するために、最上流側のアナログＨＭＤを用いる。すなわち、最上流側のアナログＨＭＤ１２_１位置を鋼管１が通過している時に、当該アナログＨＭＤ１２_１の出力するアナログ電圧Ｅは、鋼管１先端から炎２が噴出していると、炎２から鋼管１本体にかけての輻射光量の変化を反映し、図２(b)のように、時間と共に増加し安定値に達するが、この安定値に達する直前にアナログ電圧Ｅの立ち上がりの勾配が緩やかになり始める時点Ｂがあり、この時点Ｂにおいて鋼管１先端がアナログＨＭＤ１２_１位置をまさに通過中であるとみられる。この時点Ｂにおけるアナログ電圧Ｅ（Ｂ）は前記安定値の９０〜９５％を示す。そこで、前記安定値の９０〜９５％のアナログ電圧値を閾値と決定する。該決定した閾値は、直ちに下流側の各アナログＨＭＤ１２_２、１２_３‥‥１２_ｎに設定される。この閾値設定に係る一連の作業は、通常の回路構成技術の範囲内で構成された制御乃至演算回路を有する閾値設定手段３０によって自動的に実行される。閾値設定後のアナログＨＭＤ１２_２、１２_３‥‥１２_ｎは、それぞれの観測による輻射光量を変換してなるアナログ電圧が閾値以上となったときに、鋼管１の先端検出信号を出力する。すなわち、炎２があってもこれを無視し、鋼管１にのみ感応する。

そして、閾値設定後のアナログＨＭＤ１２_２、１２_３‥‥１２_ｎの中、ロードセル１０での後端検出時刻の直前の時刻に先端検出したアナログＨＭＤ（図１の例ではアナログＨＭＤ１２_３）を基準とし、該基準での先端検出時刻から前記後端検出時刻までの時間Δｔと、該時間Δｔ内での先端移動速度Ｖとして、前記基準とその１つ手前のアナログＨＭＤとの位置間隔Ｍ１（既知）及び先端検出時刻間隔Ｔ１から、Ｖ＝Ｍ１/Ｔ１、なる式で算出した値から求めた時間Δｔ内での先端移動距離Ｌ_１＝Ｖ＊Δｔと、前記基準から前記ロードセルまでの距離Ｍ（センサ配置間隔から算出）とから、前記長尺材の長さＬを、Ｌ＝Ｌ_１＋Ｍ、なる式で算出する。この長さ算出に係る一連の作業は、通常の回路構成技術の範囲内で構成された制御乃至演算回路を有する長さ演算手段２０によって自動的に実行される。この長さ演算手段２０自体は、最上流側の先端センサの先端検出信号をとりこまないという点を除けば、従来のものと同じである。

なお、本実施形態では、先端がアナログＨＭＤ１２_２通過後にロードセルが後端を検出するまでの間の先端移動速度が、アナログＨＭＤ１２_２とアナログＨＭＤ１２_３（基準）との間の先端移動速度と等しいと見なし、時間Δｔ内での先端移動速度Ｖとして、基準アナログＨＭＤとその一つ手前のアナログＨＭＤとの距離Ｍ１及び先端検出時刻間隔Ｔ１から、Ｖ＝Ｍ１／Ｔ１なる式で算出した値を用いたが、被測定材（本実施形態では鋼管１）の移動速度を速度計により実測し、その値を先端移動速度Ｖとして用いてもよい。この場合、時間Δｔの間に速度が変化する場合には、この時間内の最大速度Ｖmaxと最小速度Ｖminとから（Ｖmax＋Ｖmin）／２を速度Ｖとして、Ｌ_１＝Ｖ＊Δｔの式によりΔｔ間の先端移動距離Ｌ_１を算出したり、より、測定精度を向上させたい時には、時間Δｔ内の速度の時間変化Ｖ（ｔ）から、

但し、ｔ１は基準アナログＨＭＤの先端検出時刻、
ｔ２はロードセルでの後端検出時刻、
により、Δｔ間の先端移動距離Ｌ_１を算出するようにしてもよい。
以上のように、本発明では、熱間搬送される長尺材の１本ごとに、最上流側のアナログＨＭＤを用いて長尺材先端通過検出のための閾値を求めてこれを下流側の各アナログＨＭＤに設定するようにしたので、前記閾値設定後の下流側の各アナログＨＭＤは、炎は無視して長尺材にのみ感応できるようになり、従って長尺材先端の通過を１本ごとに誤りなく検出することができて、長さ測定精度が向上する。

尚、以上の実施形態説明では熱間長尺材が鋼管である場合を例に挙げて説明したが、鋼管以外の熱間長尺材に対しても本発明が適用できて同様の効果が得られることは自明である。

本実施例に述べる本発明例と比較例とは共に、継目無鋼管の熱間圧延製造ラインの圧延機出側での鋼管長さ測定を対象とした。
本発明例では、図１に示したのと同じ本発明実施形態において、アナログＨＭＤ１２は、圧延機出側の搬送ラインに沿って、圧延機のロードセル１０から２ｍおきに計７個配置し、最上流側（ロードセルに最も近い側）の１個を閾値設定用、残りを鋼管先端通過検出用とした。尚、前記閾値は前記安定値の９３％とした。

比較例では、図２に示したのと同じ従来形態において、ＨＭＤ１１は、圧延機出側の搬送ラインに沿って、圧延機のロードセル１０から２ｍおきに計７個配置し、鋼管先端通過検出用とした。
本発明例と比較例とで、同一圧延条件下の熱間圧延にて製造された目標長さ１２０００ｍｍの継目無鋼管の長さ測定を行い、測定精度（測定データのばらつき程度）を測定データ（測定した鋼管本数＝Ｎ）の標準偏差σで比較した。本発明例ではＮ＝３０の場合、σは５１．８ｍｍであった。比較例ではＮ＝３０の場合、σは90.5ｍｍであった。このように、本発明によれば測定データのばらつきが小さくなること、すなわち熱間長尺材の長さ測定精度が向上することが分る。

１ 鋼管（長尺材）
２ 炎
１０ ロードセル
１１ ＨＭＤ（熱塊検出器）
１２ アナログＨＭＤ
２０ 長さ演算手段
３０ 閾値設定手段

Claims (2)

1. 熱間の長尺材をその長手方向に搬送するラインに沿って上流側から、１個の後端センサとしてのロードセルと、複数個の先端センサとしてのアナログＨＭＤとを、この順に所定の間隔で配置し、これらセンサを用いて前記長尺材の長さを測定する方法であって、
   最上流側のアナログＨＭＤ位置を前記長尺材が通過している時に、当該最上流側のアナログＨＭＤの出力するアナログ電圧を基に前記長尺材の先端検出用の閾値を決定し、該閾値を下流側の各アナログＨＭＤに設定し、
   該閾値設定後のアナログＨＭＤの中、前記ロードセルでの後端検出時刻の直前の時刻に先端検出したアナログＨＭＤを基準とし、該基準での先端検出時刻から前記後端検出時刻までの時間Δｔ内での先端移動距離Ｌ_１と、
   前記基準から前記ロードセルまでの距離Ｍとから、
   前記長尺材の長さＬを、Ｌ＝Ｌ_１＋Ｍ、なる式で算出することを特徴とする熱間長尺材の長さ測定方法。
2. 熱間の長尺材をその長手方向に搬送するラインに沿って、上流側から順に所定の間隔で配置された、１個の後端センサとしてのロードセルと、複数個の先端センサとしてのアナログＨＭＤとを有し、
   且つ、最上流側のアナログＨＭＤ位置を前記長尺材が通過している時に、当該アナログＨＭＤの出力するアナログ電圧を基に前記長尺材の先端検出用の閾値を決定し、該閾値を下流側の各アナログＨＭＤに設定する閾値設定手段と、
   前記ロードセルでの後端検出時刻及び前記閾値設定後のアナログＨＭＤでの先端検出時刻を記録し、該記録した中の前記後端検出時刻の直前の先端検出時刻に対応するアナログＨＭＤを基準とし、該基準での先端検出時刻から前記後端検出時刻までの時間Δｔ内での先端移動距離Ｌ_１と、
   前記基準から前記ロードセルまでの距離Ｍとから、
   前記長尺材の長さＬを、Ｌ＝Ｌ_１＋Ｍ、なる式で算出する長さ演算手段とを備えたことを特徴とする熱間長尺材の長さ測定装置。
   
   

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