JP2013137197A

JP2013137197A - レーザ式厚さ測定システム、及びその校正方法

Info

Publication number: JP2013137197A
Application number: JP2011287010A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Furuta; 哲夫古田; Teruo Ishizuka; 照雄石塚
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-11
Also published as: CN103890540A; TW201333423A; CN103890540B; US20140268183A1; US9062963B2; TWI473965B; WO2013099870A1; KR20140064999A

Abstract

【課題】本発明は、レーザ距離計の支持点間の距離が温度により変動することに起因する測定誤差の影響を除去するとともに、特別の安全管理を必要としない連続測定が可能なレーザ式厚さ測定システム、及びその校正方法を提供することを目的とする。
【解決手段】レーザ式厚さ測定装置１、２は、予め定める間隔Ｌｄで設定し、第１のレーザ式厚さ測定装置が、厚さ基準板で厚さ校正処理を実行し、移動方向の下流側に置かれる他方の第２のレーザ式厚さ測定装置が、測定処理を実行中に動作モード設定部が第１のレーザ式厚さ測定装置に「測定」を設定し、さらに、第２のレーザ式厚さ測定装置に「厚さ補正」処理開始を指令し、第１の厚さ測定値を移動方向に間隔に対応する位置まで遅延し、第１の厚さ測定値と自身の第２の厚さ測定値との差を補正値として求め、第２のレーザ式厚さ測定装置の測定を中断することなく厚さ補正を実行するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ距離計を用いたレーザ式厚さ測定システム、及びその校正方法に関する。

従来、圧延機で圧延される板の厚さ測定装置としては、主に放射線を使用した放射線厚さ計が使用されてきた。この放射線厚さ計には、Ｘ線を使用するＸ線厚さ計や、γ線を使用するγ線厚さ計がある。これらの厚さ計の厚さ測定精度としては、０．１％の精度が確保されており、通常の板厚の品質管理には支障なく使用されてきた。

しかし、放射線厚さ計は、放射線のビーム系が絞れないことで空間分解能が不足すること、また、雑音の影響を除くために応答速度が遅くなることから、空間及び時間分解能が不足するために、圧延機の機械的な振動によるチャタマークや、圧延ロールの変形や損傷で発生するロールマークの様に、圧延される板の幅方向に長く、移動方向に一定のピッチで発生する板厚変動を検出することが困難であった。

即ち、チャタマークやロールマークを検出するには、厚さ測定精度として０．１％、絶対値で数μ以下を、また，移動する板の変動速度と変動形状に応答できる分解能が要求される。詳細には、測定空間分解能として１０ｍｍ、その応答速度は１ｍ秒以上が要求されるため、高分解能を要求される厚さ測定においては、放射線厚さ計に代えて、図５に示すようなレーザ光を利用したレーザ距離計によるレーザ式厚さ測定装置２００が使用されている。

レーザ式厚さ測定装置２００は、図５に示すように、Ｃ型フレーム１５の上下の腕部１５Ｔ、１５Ｂに被測定物５を挟み、距離Ｌｏの間隔をおいてレーザ距離計１１とレーザ距離計１２とを対向配置する。

夫々のレーザ距離計１１、１２は、図示しないレーザ光源部、ＣＣＤカメラ、及び距離演算部を備え、レーザ光源部から被測定物５の表面に照射したレーザ光の反射光をＣＣＤカメラで受光し、レーザ距離計１１及びレーザ距離計１２と被測定物１１との間の距離Ｌa、Ｌｂを、距離演算部で演算して求める。

そして、求めた夫々の距離Ｌａ、Ｌｂを厚さ演算部１１３に送り、厚さ演算部１１３において、下記（１）式を演算して被測定物５の厚さｔを求める。

ｔ＝Ｌｏ−（Ｌｔ＋Ｌｂ）・・・（１）
しかしながら、このレーザ式厚さ測定装置２００は（１）式に示す様に、レーザ距離計１１及びレーザ距離計１２を固定するＣ型フレーム１５の腕部１５Ｔ、１５Ｂ間の距離Ｌｏが、周囲温度の変化によって変動すると、この変動分そのものが測定誤差となる問題があるため、距離Ｌｏの変動を抑えるためにＣ型フレーム構造や材質の改良がなされ、また、従来から各種の温度ドリフトの補正方法が実施されている。

その１つには、Ｃ型フレーム１５の熱収縮時間変化率よりも早い校正インターバルで校正を行い、被測定物５の生産に影響を与えないように５秒以下の短時間で校正する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、レーザ式厚さ測定装置２００と、距離変動に強い放射線厚さ計とを併設して、高分解能であるレーザ式厚さ測定装置２００の温度ドリフトを、放射線厚さ計の出力とレーザ式厚さ測定装置の出力との差を補正値として求め、レーザ式厚計の測定装置の出力を補正する様にしたチャタマーク検出装置がある（例えば、特許文献２参照。）

特許第３８８０９０９号公報特許第４１３１８４３号公報

特許文献１に開示された方法によるレーザ式厚さ測定装置の校正方法は、被測定物が搬送される生産ラインでの測定位置に、短時間で校正サンプルの設定するための大型のスイングアームが必要となることから、校正装置が大型となる問題がある。

また、被測定物がない状態を設定する必要があるため、短時間ではあるが被測定物の生産を中断しなければならない問題がある。

特許文献２に開示された方法による校正方法は、連続測定が可能で生産を中断する問題は解消されるが、放射線を使用するため安全管理区域を設ける他、特別の放射線の安全管理が必要となる問題がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、レーザ式厚さ測定装置のレーザ距離計の支持点間の距離が温度変化により変動することに起因する測定誤差の影響を除去するとともに、特別の安全管理を必要としない連続測定が可能なレーザ式厚さ測定システム、及びその校正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、実施形態のレーザ式厚さ測定システムは、一対のレーザ式厚さ測定装置と、前記レーザ式厚さ測定装置の動作モードを設定する動作モード設定部と、前記レーザ式厚さ測定装置が測定する被測定物の移動速度を測定する速度検出器と、を備えるレーザ式厚さ測定システムであって、前記レーザ式厚さ測定装置は、移動する前記被測定物の上下を挟む腕部を有するＣ型フレームと、前記腕部の上下に対向して配置された１対のレーザ距離計と、前記レーザ距離計の距離出力に基づいて厚さを求める厚さ測定部と、前記動作モード設定部で設定された動作モードに基づいて、前記Ｃ型フレームを測定位置及び校正位置に設定する位置設定部と、を備え、前記一対のレーザ式厚さ測定装置は、前記被測定物の移動方向に対して予め定める間隔で設けられ、前記動作モード設定部は、移動方向の上流側に置かれる一方の第１のレーザ式厚さ測定装置を、予め設定される校正周期で厚さ校正を実行する「校正」モード設定信号を送り、前記第１のレーザ式厚さ測定装置は、前記「校正」モードに基づいて、当該第１のレーザ式厚さ測定装置を、校正位置に移動させ、予め設定される厚さ基準板で厚さ校正処理を実行し、前記動作モード設定部は、移動方向の下流側に置かれる他方の第２のレーザ式厚さ測定装置に被測定物の厚さ測定を指令する「測定」モード設定信号を送り、前記第２のレーザ式厚さ測定装置は、予め設定される測定位置で前記被測定物の厚さを連続して測定処理を実行し、前記動作モード設定部は、前記第１のレーザ式厚さ測定装置に対して「測定」モード設定信号を送り、前記第１のレーザ式厚さ測定装置から測定位置に位置設定を完了した位置設定完了信号を受信して、前記第２のレーザ式厚さ測定装置に「厚さ補正」処理開始信号を送り、前記第２のレーザ式厚さ測定装置の前記厚さ測定部は、前記「厚さ補正」処理開始信号を受信すると、測定位置に置かれた前記第１のレーザ厚さ計の第１の厚さ測定値と、前記速度検出器から前記被測定物の移動速度と、を受信して、前記第１の厚さ測定値を前記被測定物の移動方向に、前記間隔に対応する位置まで遅延（トラッキング）し、当該第１の厚さ測定値と自身の第２の厚さ測定値との差を補正値として求め、前記第２の厚さ測定装置が測定を中断することなく、測定中に前記第２の厚さ測定値を補正するようにしたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、実施形態のレーザ式厚さ測定システムの校正方法は、一対のレーザ式厚さ測定装置と、前記レーザ式厚さ測定装置の動作モードを設定する動作モード設定部と、前記レーザ式厚さ測定装置が測定する被測定物の移動速度を測定する速度検出器と、を備えるレーザ式厚さ測定システムの厚さ校正方法であって、前記一対のレーザ式厚さ測定装置は、前記被測定物の移動方向に対して予め定める間隔で設定され、前記動作モード設定部は、移動方向の上流側に置かれる一方の第１のレーザ式厚さ測定装置を予め定める校正周期で「校正」を設定するステップと、前記第１のレーザ式厚さ測定装置が、予め設定される校正位置に自身を移動させ、予め設定される厚さ基準板で厚さ校正処理を実行するステップと、前記動作モード設定部は、移動方向の下流側に置かれる他方の第２のレーザ式厚さ測定装置に「測定」を設定するステップと、第２のレーザ式厚さ測定装置は、前記被測定物の厚さを連続して測定処理を実行するステップと、前記動作モード設定部は、前記第１のレーザ式厚さ測定装置に「測定」を設定し、前記第１のレーザ式厚さ測定装置から測定位置に設定された測定位置設定完了信号を受信して、前記第２のレーザ式厚さ測定装置に「厚さ補正」処理開始を指令するステップと、前記第２のレーザ式厚さ測定装置は、前記「厚さ補正」処理開始信号を受信すると、測定位置に置かれた前記第１のレーザ式厚さ測定装置の第１の厚さ測定値と前記速度検出器から前記被測定物の移動速度を受信して、前記第１の厚さ測定値を移動方向に前記間隔に対応する位置まで遅延し、当該第１の厚さ測定値と自身の第２の厚さ測定値との差を補正値として求め、前記第２の厚さ測定値を測定中に補正するステップと、を備え、測定を中断することなく第２の厚さ測定装置の補正を実行するようにしたことを特徴とする。

実施形態のレーザ式厚さ測定システムの構成図。実施形態のレーザ式厚さ測定装置の断面構成図。実施形態のレーザ式厚さ測定システムのレーザ式厚さ測定装置の配置図。実施形態のレーザ式厚さ測定システムの測定位置及び校正位置の説明図従来のレーザ式厚さ測定装置の断面構成図。

以下、実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。先ず、本実施形態のレーザ式厚さ測定システム１００の構成について説明する。

図１は、レーザ式厚さ測定システム１００の構成を示す。図２は、被測定物５の搬送方向から見たレーザ式厚さ測定装置１または２の構造を説明するための断面図を示す。また、図３は、一対のレーザ式厚さ測定装置１、２が被測定物５の搬送方向に所定の間隔Ｌｄを置いて設けられた場合の平面図を示す。

図１に示すように、レーザ式厚さ測定システム１００は、一対の第１のレーザ式厚さ測定装置１、及び第２のレーザ式厚さ測定装置２と、第１のレーザ式厚さ測定装置１、第１のレーザ式厚さ測定装置２の夫々の動作モードを設定する動作モード設定部３と、第１のレーザ式厚さ測定装置１及び第２のレーザ式厚さ測定装置２が測定する被測定物５の移動速度を測定する速度検出器４と、を備える。

次に、第１のレーザ式厚さ測定装置１、及び第２のレーザ式厚さ測定装置２は、図２に示すように、移動する被測定物５の上下を挟む腕部を有するＣ型フレーム１５と、上下の腕部１５Ｔ、１５Ｂに対向して配置された１対のレーザ距離計１１、１２と、レーザ距離計１１、１２の出力に基づいて厚さを求める厚さ測定部１３と、動作モード設定部３で設定されたモードに基づいて、Ｃ型フレーム１５を測定位置、及び校正位置に設定する位置設定部１４と、を備える。

厚さ測定部１３は、Ｃ型フレーム１５に固定されても良く、Ｃ型フレーム１５とは別に設けてもよい。位置設定部１４は、図３に示すように、レーザ距離計１１及びレーザ距離計１２を固定するＣ型フレーム１５の校正位置Ｐｃ、及び測定位置Ｐｍを設定するもので、図２に示すように、被測定物５の搬送方向と直交する方向に所定の距離を移動して位置設定する駆動機構を備える。

この駆動機構の詳細は割愛するが、Ｃ型フレーム１５の走行方向に移動させるレールと、そのレールに固定されるＣ型フレームを走行させる駆動部とを備えたものであれば良く、Ｃ型フレーム１５に搭載されるレーザ距離計１１、１２に与える衝撃や振動が許容範囲内で、走行速度と停止位置とを制御、設定できる構成であれば良く、種々の方式で構成できる。

次に、動作モード設定部３について図３を参照して説明する。２台の第１のレーザ式厚さ測定装置１、及び第２のレーザ式厚さ測定装置２に対して、夫々の校正及び測定のモードを指令する動作モード設定信号を送る。

この動作モード設定信号は、第１のレーザ式厚さ測定装置１、及び第２のレーザ式厚さ測定装置２の位置設定部１４で受信し、夫々が設定された測定位置、または校正位置に装置を移動させる。

また、動作モード設定部３は、設定した動作モードに対応する位置に夫々の装置が移動したことを第１のレーザ式厚さ測定装置１、及び第２のレーザ式厚さ測定装置２から送られる位置設定完了信号として受信し、さらに、設定した動作モードでの処理開始指令信号を夫々の第１のレーザ式厚さ測定装置１、及び第２のレーザ式厚さ測定装置２に送信する。

図３に示すように、２台の第１のレーザ式厚さ測定装置１、第２のレーザ式厚さ測定装置２は、被測定物５が搬送される方向と直交する方向に移動し、通常、被測定物５の搬送方向の上流側にかれる第１のレーザ式厚さ測定装置１は、被測定物５の搬送位置から退避した校正位置Ｐｃに、また、第２のレーザ式厚さ測定装置２はその下流側に予め設定される間隔Ｌｄで、予め設定される被測定物５の測定位置Ｐｍに設定される。

また、図４に示すように第１のレーザ式厚さ測定装置１は、予め設定される校正周期Ｔｐｃで、校正位置で厚さ基準板５ｃによる厚さ校正を実施する。この校正周期Ｔｐｃは、第１のレーザ式厚さ測定装置１に要求される測定精度と、第１のレーザ式厚さ測定装置１が設置される周囲温度変化に対する温度ドリフト特性とから予め定められる。

例えば、周囲温度変化が１０℃／１０時間に対して、レーザ式厚さ測定装置１の温度ドリフトが０．５％で、要求精度が０．１％であるとすると、温度ドリフトが時間に対して直線的に変化（０．５％／１０時間）していると仮定した場合には、少なくとも校正周期Ｔｐｃは２時間以下で行う必要がある。

校正された第１のレーザ式厚さ測定装置１は、測定位置Ｐｍに移動し、測定を開始する。第１のレーザ式厚さ測定装置１が測定位置Ｐｍに設定され測定を開始すると、動作モード設定部３がこの測定位置での位置設定完了信号を受信して、厚さ測定中の第２のレーザ式厚さ測定装置２に対して、補正開始信号を送信する。

次に、レーザ式厚さ測定装置２の厚さ測定部１３に備える補正演算部１３ａについて説明する。補正演算部１３ａは、被測定物５の移動方向での測定位置が自身の測定位置と間隔Ｌｄずれているので、被測定物５の移動速度信号を速度検出器４から受信して、レーザ式厚さ測定装置１の測定値を間隔Ｌｄずれている分遅延して、自身の測定値位置と合わせ、夫々の測定値の差を補正値として求める。そして、この補正値は、次の「厚さ補正」タイミングまで記憶しておく。

次に、このように構成された、レーザ式厚さ測定システム１００の動作について、図１及び図４を参照して説明する。

動作モード設定部３は、一対のレーザ式厚さ測定装置１００は、一対の第１のレーザ式厚さ測定装置１、及び第１のレーザ式厚さ測定装置２は、被測定物５の移動方向に対して予め定める間隔Ｌｄで、また、夫々予め厚さ基準板で校正された後、初期位置である校正位置、及び測定位置に設定される。

次に、動作モード設定部３は、移動方向の上流側に置かれる一方の第１のレーザ式厚さ測定装置１を予め定める校正周期Ｔｐｃで「校正」を設定する。

すると、第１のレーザ式厚さ測定装置１が、予め設定される校正位置に自身を移動させ、予め設定される厚さ基準板で厚さ校正処理を実行する。

そして、動作モード設定部３は、移動方向の下流側に置かれる他方の第２のレーザ式厚さ測定装置２に「測定」を設定する。

すると、第２のレーザ式厚さ測定装置２は、被測定物５の厚さを連続して測定処理を実行する。

次に、動作モード設定部３は、次の校正周期Ｔｐｃが到来した時点で、校正を完了している第１のレーザ式厚さ測定装置１に「測定」を設定し、第１のレーザ式厚さ測定装置１から測定位置に設定された測定位置設定完了信号を受信して、第２のレーザ式厚さ測定装置２に「厚さ補正」処理開始信号をおくる。

第２のレーザ式厚さ測定装置２は、「厚さ補正」処理開始信号を受信すると、測定位置に置かれた第１のレーザ式厚さ測定装置１の第１の厚さ測定値と速度検出器４から被測定物５の移動速度を受信して、第１のレーザ式厚さ測定装置１の第１の厚さ測定値を移動方向に、間隔Ｌｄに対応する位置まで遅延して、当該第１の厚さ測定値と自身の第２の厚さ測定値との差を補正値として求め、第２の厚さ測定値を測定中に補正する。

以上述べた様に、一方のレーザ式厚さ測定装置を校正位置で予め設定される校正周期で校正し、測定中の他方のレーザ式厚さ測定装置の測定値と、一方のレーザ式厚さ測定装置の測定値の差を求めて、予め設定される校正周期で補正するようにした。

したがって、本実施形態によれば、レーザ式厚さ測定装置のレーザ距離計のレーザ距離計の支持点間の距離が温度変化により変動することに起因する測定誤差の影響を除去するとともに、特別の安全管理を必要としない連続測定が可能なレーザ式厚さ測定システム、及びその校正方法を提供することができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る
これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、２、２００レーザ式厚さ測定装置
３動作モード設定部
４速度検出器
５被測定物
５ｃ厚さ基準板
１１、１２レーザ距離計
１３厚さ測定部
１３ａ補正演算部
１４位置設定部
１５Ｃ型フレーム
１５Ｔ上部腕部
１５Ｂ下部腕部
１００レーザ式厚さ測定システム

Claims

一対のレーザ式厚さ測定装置と、前記レーザ式厚さ測定装置の動作モードを設定する動作モード設定部と、前記レーザ式厚さ測定装置が測定する被測定物の移動速度を測定する速度検出器と、を備えるレーザ式厚さ測定システムであって、
前記レーザ式厚さ測定装置は、移動する前記被測定物の上下を挟む腕部を有するＣ型フレームと、前記腕部の上下に対向して配置された１対のレーザ距離計と、前記レーザ距離計の距離出力に基づいて厚さを求める厚さ測定部と、前記動作モード設定部で設定された動作モードに基づいて、前記Ｃ型フレームを測定位置及び校正位置に設定する位置設定部と、を備え、
前記一対のレーザ式厚さ測定装置は、前記被測定物の移動方向に対して予め定める間隔で設けられ、
前記動作モード設定部は、移動方向の上流側に置かれる一方の第１のレーザ式厚さ測定装置を、予め設定される校正周期で厚さ校正を実行する「校正」モード設定信号を送り、
前記第１のレーザ式厚さ測定装置は、前記「校正」モードに基づいて、当該第１のレーザ式厚さ測定装置を、校正位置に移動させ、予め設定される厚さ基準板で厚さ校正処理を実行し、
前記動作モード設定部は、移動方向の下流側に置かれる他方の第２のレーザ式厚さ測定装置に被測定物の厚さ測定を指令する「測定」モード設定信号を送り、
前記第２のレーザ式厚さ測定装置は、予め設定される測定位置で前記被測定物の厚さを連続して測定処理を実行し、
前記動作モード設定部は、前記第１のレーザ式厚さ測定装置に対して「測定」モード設定信号を送り、前記第１のレーザ式厚さ測定装置から測定位置に位置設定を完了した位置設定完了信号を受信して、前記第２のレーザ式厚さ測定装置に「厚さ補正」処理開始信号を送り、
前記第２のレーザ式厚さ測定装置の前記厚さ測定部は、前記「厚さ補正」処理開始信号を受信すると、測定位置に置かれた前記第１のレーザ厚さ計の第１の厚さ測定値と、前記速度検出器から前記被測定物の移動速度と、を受信して、前記第１の厚さ測定値を前記被測定物の移動方向に、前記間隔に対応する位置まで遅延（トラッキング）し、当該第１の厚さ測定値と自身の第２の厚さ測定値との差を補正値として求め、前記第２のレーザ式厚さ測定装置が測定を中断することなく、測定中に前記第２の厚さ測定値を補正するようにしたことを特徴とするレーザ式厚さ測定システム。
一対のレーザ式厚さ測定装置と、前記レーザ式厚さ測定装置の動作モードを設定する動作モード設定部と、前記レーザ式厚さ測定装置が測定する被測定物の移動速度を測定する速度検出器と、を備えるレーザ式厚さ測定システムの厚さ校正方法であって、
前記一対のレーザ式厚さ測定装置は、前記被測定物の移動方向に対して予め定める間隔で設定され、
前記動作モード設定部は、移動方向の上流側に置かれる一方の第１のレーザ式厚さ測定装置を予め定める校正周期で「校正」を設定するステップと、
前記第１のレーザ式厚さ測定装置が、予め設定される校正位置に自身を移動させ、予め設定される厚さ基準板で厚さ校正処理を実行するステップと、
前記動作モード設定部は、移動方向の下流側に置かれる他方の第２のレーザ式厚さ測定装置に「測定」を設定するステップと、
第２のレーザ式厚さ測定装置は、前記被測定物の厚さを連続して測定処理を実行するステップと、
前記動作モード設定部は、前記第１のレーザ式厚さ測定装置に「測定」を設定し、前記第１のレーザ式厚さ測定装置から測定位置に設定された測定位置設定完了信号を受信して、前記第２のレーザ式厚さ測定装置に「厚さ補正」処理開始を指令するステップと、
前記第２のレーザ式厚さ測定装置は、前記「厚さ補正」処理開始信号を受信すると、測定位置に置かれた前記第１のレーザ式厚さ測定装置の第１の厚さ測定値と前記速度検出器から前記被測定物の移動速度を受信して、前記第１の厚さ測定値を移動方向に前記間隔に対応する位置まで遅延し、当該第１の厚さ測定値と自身の第２の厚さ測定値との差を補正値として求め、前記第２の厚さ測定値を測定中に補正するステップと、
を備え、測定を中断することなく第２の厚さ測定装置の補正を実行するようにしたことを特徴とするレーザ式厚さ測定システムの校正方法。