JP2019007743A - 板厚測定装置及び板厚測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】測定精度が高く、応答性が高い、板厚測定装置及び板厚測定方法を提供する。【解決手段】本発明の板厚測定装置は、被測定物の板厚dを測定する板厚測定装置であって、被測定物までの第1の距離L1を測定する第1のアンテナ11と、被測定物を挟んで第1のアンテナ11に対向して設けられ、被測定物までの第2の距離L2を測定する第2のアンテナ12と、第1のアンテナ11に並んで設けられ、被測定物までの第3の距離L3,L4を測定する第3のアンテナ13A,13Bと、傾斜形状演算回路と、測定指向補正回路と、仮板厚演算回路と、真板厚演算回路とを有し、第1の距離L1と第2の距離L2と第3の距離L3,L4とに基づいて、被測定物の板厚dを算出する板厚演算部とを備える。【選択図】図4
Description
本発明は、板厚測定装置及び板厚測定方法に関する。
厚鋼板の製造工程では、仕上圧延工程として仕上圧延機で複数回(パス)の圧延処理を行うことで、最終的な目標厚みの厚鋼板を製造する。この際、各圧延処理の間には、被圧延材の板厚の測定が行われ、板厚の測定結果に基づいて、圧延処理での圧下量が調整される。このような板厚測定方法としては、移動する厚鋼板にγ線を透過させ、γ線が透過する際の減衰度合いから板厚を求める方法が知られている(例えば、特許文献1〜3)。
ところで、γ線を用いた板厚測定方法では、板厚が厚くなると測定精度が低くなり、測定ができなくなる。また、γ線を用いた板厚測定方法では、応答性が低いため、移動する厚鋼板を測定する際には、測定精度が低くなる。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、測定精度が高く、応答性が高い、板厚測定装置及び板厚測定方法を提供することを目的としている。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、測定精度が高く、応答性が高い、板厚測定装置及び板厚測定方法を提供することを目的としている。
本発明の一態様によれば、板状の被測定物の板厚を測定する板厚測定装置であって、上記被測定物に向けて設けられ、上記被測定物までの第1の距離を測定する、マイクロ波距離計アンテナである第1のアンテナと、上記被測定物を挟んで上記第1のアンテナに対向して設けられ、上記被測定物までの第2の距離を測定する、マイクロ波距離計アンテナである第2のアンテナと、上記第1のアンテナと一方向に並んで設けられ、上記被測定物までの第3の距離を測定する、少なくとも1つのマイクロ波距離計アンテナである第3のアンテナと、傾斜形状演算回路と、測定指向補正回路と、仮板厚演算回路と、真板厚演算回路とを有し、上記第1の距離と上記第2の距離と上記第3の距離とに基づいて、上記被測定物の板厚を算出する板厚演算部とを備え、上記傾斜形状演算回路は、上記第1の距離と上記第3の距離とに基づいて、上記被測定物の傾斜形状を算出し、上記測定指向補正回路は、上記傾斜形状と上記第1の距離とに基づいて、上記第1のアンテナと上記第2のアンテナとの対向方向における上記第1のアンテナから上記被測定物までの第4の距離を算出し、上記傾斜形状の算出結果と上記第2の距離とに基づいて、上記対向方向における上記第2のアンテナから上記被測定物までの第5の距離を算出し、上記仮板厚演算回路は、上記第4の距離と、上記第5の距離と、上記対向方向における上記第1のアンテナから上記第2のアンテナまでの距離とに基づいて、上記被測定物の上記対向方向における厚みを仮板厚として算出し、上記真板厚演算回路は、上記傾斜形状と、上記仮板厚とに基づいて、上記被測定物の上記板厚を算出することを特徴とする板厚測定装置が提供される。
本発明の一態様によれば、板状の被測定物の板厚を測定する板厚測定方法であって、上記被測定物に向けて設けられるマイクロ波距離計アンテナである第1のアンテナを用いて上記被測定物までの第1の距離を測定し、上記被測定物を挟んで上記第1のアンテナに対向して設けられるマイクロ波距離計アンテナである第2のアンテナを用いて上記被測定物までの第2の距離を測定し、上記第1のアンテナと一方向に並んで設けられる少なくとも1つのマイクロ波距離計アンテナである第3のアンテナを用いて上記被測定物までの第3の距離を測定する測定工程と、上記第1の距離と上記第3の距離とに基づいて、上記被測定物の傾斜形状を算出する傾斜形状演算工程と、上記傾斜形状と上記第1の距離とに基づいて、上記第1のアンテナと上記第2のアンテナとの対向方向における上記第1のアンテナから上記被測定物までの第4の距離を算出し、上記傾斜形状の算出結果と上記第2の距離とに基づいて、上記対向方向における上記第2のアンテナから上記被測定物までの第5の距離を算出する測定指向補正工程と、上記第4の距離と、上記第5の距離と、上記対向方向における上記第1のアンテナから上記第2のアンテナまでの距離とに基づいて、上記被測定物の上記対向方向における厚みを仮板厚として算出する仮板厚演算工程と、上記傾斜形状と、上記仮板厚とに基づいて、上記被測定物の上記板厚を算出する真板厚演算工程と、を備えることを特徴とする板厚測定方法が提供される。
本発明の一態様によれば、測定精度が高く、応答性が高い、板厚測定装置及び板厚測定方法が提供される。
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても1つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
本発明者らは、測定精度が高く、応答性が高い板厚測定方法として、マイクロ波距離計を用いた方法に着目し、鋭意研究を重ねた結果、本発明をするに至った。マイクロ波距離計を用いた測定装置としては、移動する被測定物を上下方向または左右方向に挟むC型またはO型の枠体のアーム部に、一対のマイクロ波距離計アンテナを設けた板厚測定装置が考えられる。しかしながら、マイクロ波には広いビーム波を持つという特性があるため、被測定物が傾斜変動した場合には、被測定物の表面の測定位置がズレ、測定誤差が生じるという問題があった。このため、マイクロ波距離計を用いた板厚測定装置を構築することができていなかった。
この傾斜変動の要因による測定誤差発生の状況の一例について、図7〜図9を用いて説明する。図7にマイクロ波距離計を用いた板厚測定装置1’を示す。板厚測定装置1’は、移動する鋼板2の板厚を測定する装置であり、枠体10’と、第1のアンテナ11’と、第2のアンテナ12’とを備える。図7〜図9において、x軸、y軸及びz軸は互いに直交する軸である。また、x軸及びy軸は水平方向に平行な軸であり、z軸は鉛直方向に平行な軸である。さらに、板厚測定装置1’は、x軸の正方向側へと移動する鋼板2の板厚を測定する。
枠体10’は、x軸方向からみてC型の形状を有し、移動する鋼板2を挟んで配される。
第1のアンテナ11’は、マイクロ波距離計アンテナであり、マイクロ波を用いて第1のアンテナ11’から鋼板2までの距離である第1の距離L1[mm]を測定する。第1のアンテナ11’は、マイクロ波を照射する送信用のアンテナと反射したマイクロ波を受信する受信用のアンテナとを有する。また、第1のアンテナ11’は、C型の枠体10’のz軸正方向側の先端に、マイクロ波の照射方向がz軸負方向側となるように設けられる。
第1のアンテナ11’は、マイクロ波距離計アンテナであり、マイクロ波を用いて第1のアンテナ11’から鋼板2までの距離である第1の距離L1[mm]を測定する。第1のアンテナ11’は、マイクロ波を照射する送信用のアンテナと反射したマイクロ波を受信する受信用のアンテナとを有する。また、第1のアンテナ11’は、C型の枠体10’のz軸正方向側の先端に、マイクロ波の照射方向がz軸負方向側となるように設けられる。
第2のアンテナ12’は、第1のアンテナ11’と同様な、マイクロ波距離計アンテナであり、マイクロ波を用いて第2のアンテナ12’から鋼板2までの距離である第2の距離L2[mm]を測定する。第2のアンテナ12’は、マイクロ波を照射する送信用のアンテナと反射したマイクロ波を受信する受信用のアンテナとを有する。また、第2のアンテナ12’は、C型の枠体10’のz軸負方向側の先端に、マイクロ波の照射方向がz軸正方向側となるように設けられる。さらに、第1のアンテナ11’及び第2のアンテナ12’は、移動する鋼板2を挟んで、z軸方向に互いに対向して設けられる。第1のアンテナ11’と第2のアンテナ12’とが対向する、z軸方向に平行な軸を、対向軸Cという。
このような板厚測定装置1’では、図8に示すように、第1のアンテナ11’と第2のアンテナ12’とから鋼板2にマイクロ波を照射し、その反射波を測定する。これにより、第1のアンテナ11’から鋼板2の表面までの第1の距離L1、第2のアンテナ12’から鋼板2の表面までの第2の距離L2が測定される。図8に示すように、鋼板2の板厚方向がz軸に平行となり、鋼板2の平面(図8における上下方向の端面)が移動方向であるx軸に平行となる場合には、鋼板2の板厚d[mm]は、下記(1)式で算出される。(1)式において、La[mm]は第1のアンテナ11’と第2のアンテナ12’との離間距離を示す。
d=La−(L1+L2) ・・・(1)
d=La−(L1+L2) ・・・(1)
しかしながら、鋼板2には、圧延によって波うちや反りといった形状不良が発生することがある。このような形状不良が発生した場合、図9に示すように、鋼板2の板厚方向が対向軸Cに対して傾斜し、鋼板2の平面がx軸に対して傾斜した状態(鋼板2が形状変動した状態)となる。なお、この形状不良は圧延によって生じるものであるため、幅方向(図9の前後方向)における鋼板2の形状は同じものとなる。ここで、マイクロ波距離計は、正反射特性を有しており、被測定物に対して正反射した反射波から距離を測定する。また、図8及び図9に示すように、第1のアンテナ11’及び第2のアンテナ12’から照射されるマイクロ波ビームは、x軸方向に幅を持ったものとなる。このため、図9のように鋼板2が形状変動した状態では、第1のアンテナ11’及び第2のアンテナ12’による測定距離である第1の距離L1及び第2の距離L2は、図8に比べて短くなる。そして、(1)式を用いて鋼板2の板厚を算出した場合、算出される板厚は実際の板厚よりも厚くなる。つまり、マイクロ波距離計を用いた板厚の測定方法では、鋼板2が傾斜変動した場合には、板厚測定装置としては致命的な測定誤差が生じることとなる。
本発明者らは、後述する板厚測定装置及び板厚測定方法を用いることにより、マイクロ波距離計における上記の問題を解決することができ、マイクロ波距離計を用いた板厚測定装置及び板厚測定方法を実用化できることを知見した。
本発明者らは、後述する板厚測定装置及び板厚測定方法を用いることにより、マイクロ波距離計における上記の問題を解決することができ、マイクロ波距離計を用いた板厚測定装置及び板厚測定方法を実用化できることを知見した。
<板厚測定装置>
本発明の一実施形態に係る板厚測定装置1について説明する。図1に示すように、板厚測定装置1は、枠体10と、第1のアンテナ11と、第2のアンテナ12と、2つの第3のアンテナ13A,13Bと、板厚演算部14とを備える。図1における、x軸、y軸及びz軸は、図7における軸と同じである。
本発明の一実施形態に係る板厚測定装置1について説明する。図1に示すように、板厚測定装置1は、枠体10と、第1のアンテナ11と、第2のアンテナ12と、2つの第3のアンテナ13A,13Bと、板厚演算部14とを備える。図1における、x軸、y軸及びz軸は、図7における軸と同じである。
枠体10は、図7と同様に、C型の枠体である。
第1のアンテナ11及び第2のアンテナ12は、図7と同様に、マイクロ波距離計アンテナであり、z軸に対向して離間距離La[mm]だけ離間して枠体10の先端にそれぞれ設けられる。なお、図7と同様に、第1のアンテナ11による測定距離を第1の距離L1とし、第2のアンテナ12による測定距離を第2の距離L2とする。図2に示すように、第1のアンテナ11及び第2のアンテナ12は、各受信アンテナに接続され、信号を増幅させる距離計アンプ110,120をそれぞれ有する。距離計アンプ110,120は、板厚演算部14に接続され、マイクロ波の受信結果である第1の距離及び第2の距離L1,L2を板厚演算部14に送信する。
第1のアンテナ11及び第2のアンテナ12は、図7と同様に、マイクロ波距離計アンテナであり、z軸に対向して離間距離La[mm]だけ離間して枠体10の先端にそれぞれ設けられる。なお、図7と同様に、第1のアンテナ11による測定距離を第1の距離L1とし、第2のアンテナ12による測定距離を第2の距離L2とする。図2に示すように、第1のアンテナ11及び第2のアンテナ12は、各受信アンテナに接続され、信号を増幅させる距離計アンプ110,120をそれぞれ有する。距離計アンプ110,120は、板厚演算部14に接続され、マイクロ波の受信結果である第1の距離及び第2の距離L1,L2を板厚演算部14に送信する。
2つの第3のアンテナ13A,13Bは、第1のアンテナ11と同様に、マイクロ波距離計アンテナである。2つの第3のアンテナ13A,13Bは、C側の枠体10のz軸負方向側の先端に、マイクロ波(300MHz〜3THz)の照射方向及び受信方向がz軸負方向側となるように設けられる。また、2つの第3のアンテナ13A,13Bは、x軸方向に第1のアンテナ11を挟んでそれぞれ設けられる。さらに、2つの第3のアンテナ13A,13Bは、第1のアンテナ11のz軸方向の同じ高さに、第1のアンテナ11からx軸方向に設置間隔D1,D2だけ離間してそれぞれ設けられる。つまり、第1のアンテナ11及び2つの第3のアンテナ13A,13Bは、x軸方向に並んで設けられる。なお、2つの第3のアンテナ13A,13Bによる測定距離、つまり2つの第3のアンテナ13A,13Bから鋼板2の表面までの距離を、第3の距離L3,L4[mm]とする。図2に示すように、2つの第3のアンテナ13A,13Bは、各受信アンテナに接続され、信号を増幅させる距離計アンプ130A,130Bをそれぞれ有する。また、距離計アンプ130A,130Bは、板厚演算部14に接続され、マイクロ波の受信結果である第3の距離L3,L4を板厚演算部14に送信する。さらに、設置間隔D1,D2は、測定精度の観点からは50mm〜300mmとすることが好ましい。
板厚演算部14は、図2に示すように、傾斜形状演算回路140と、測定指向補正回路141と、仮板厚演算回路142と、真板厚演算回路143とを有する。
傾斜形状演算回路140は、距離計アンプ110,130A,130B、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路144に接続され、距離計アンプ110,130A,130Bから第1の距離L1及び第3の距離L3,L4を取得する。そして、傾斜形状演算回路140は、第1の距離L1及び第3の距離L3,L4に基づいて、鋼板2の傾斜形状を算出する。傾斜形状演算回路140は、算出した傾斜形状を、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路144に送信する。
傾斜形状演算回路140は、距離計アンプ110,130A,130B、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路144に接続され、距離計アンプ110,130A,130Bから第1の距離L1及び第3の距離L3,L4を取得する。そして、傾斜形状演算回路140は、第1の距離L1及び第3の距離L3,L4に基づいて、鋼板2の傾斜形状を算出する。傾斜形状演算回路140は、算出した傾斜形状を、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路144に送信する。
測定指向補正回路141は、距離計アンプ110,120、傾斜形状演算回路140及び仮板厚演算回路142に接続され、距離計アンプ110,120及び傾斜形状演算回路140から第1の距離L1、第2の距離L2及び鋼板2の傾斜形状を取得する。そして、測定指向補正回路141は、第1の距離L1と傾斜形状とに基づいて、第1の距離L1の測定指向を補正し、対向軸C方向における第1のアンテナ11から鋼板2の表面までの距離である第4の距離L1’ [mm]を算出する。また、測定指向補正回路141は、第2の距離L2と傾斜形状とに基づいて、第2の距離L2の測定指向を補正し、対向軸C方向における第2のアンテナ12から鋼板2の表面までの距離である第5の距離L2’ [mm]を算出する。測定指向補正回路141は、算出した第4の距離L1’及び第5の距離L2’を仮板厚演算回路142に送信する。
仮板厚演算回路142は、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路143に接続され、測定指向補正回路141から第4の距離L1’及び第5の距離L2’を取得する。そして、仮板厚演算回路142は、第4の距離L1’と、第5の距離L2’と、予め記憶された第1のアンテナ11と第2のアンテナ12との離間距離Laとに基づいて、対向軸C方向における鋼板2の厚みである仮板厚dtを算出する。仮板厚演算回路142は、算出した仮板厚dtを真板厚演算回路144に送信する。
真板厚演算回路144は、傾斜形状演算回路140及び仮板厚演算回路142に接続され、傾斜形状及び仮板厚dtを取得する。そして、真板厚演算回路144は、傾斜形状と仮板厚dtとに基づいて、鋼板2の真の板厚dを算出する。
上記構成の板厚演算部14は、コンピュータ等の計算機等によって実現することができる。
上記構成の板厚演算部14は、コンピュータ等の計算機等によって実現することができる。
<板厚測定方法>
次に、本実施形態に係る板厚測定方法について説明する。まず、図3及び図4に示すように、第1のアンテナ11、第2のアンテナ12、及び2つの第3のアンテナ13A,13Bを用いて、各アンテナから鋼板2の表面までの距離である、第1の距離L1、第2の距離L2及び第3の距離L3をそれぞれ測定する(距離測定工程,S100)。鋼板2は、圧延された直後の熱間のものであり、x軸正方向側に移動する。図4には、鋼板2が傾斜変動し、鋼板2の平面がx軸に対して角度θ傾いた状態を示す。測定された第1の距離L1、第2の距離L2及び第3の距離L3は、板厚演算部14に送信される。
次に、本実施形態に係る板厚測定方法について説明する。まず、図3及び図4に示すように、第1のアンテナ11、第2のアンテナ12、及び2つの第3のアンテナ13A,13Bを用いて、各アンテナから鋼板2の表面までの距離である、第1の距離L1、第2の距離L2及び第3の距離L3をそれぞれ測定する(距離測定工程,S100)。鋼板2は、圧延された直後の熱間のものであり、x軸正方向側に移動する。図4には、鋼板2が傾斜変動し、鋼板2の平面がx軸に対して角度θ傾いた状態を示す。測定された第1の距離L1、第2の距離L2及び第3の距離L3は、板厚演算部14に送信される。
次いで、傾斜形状演算回路140は、第1の距離L1、第2の距離L2及び第3の距離L3に基づいて、鋼板2の傾斜形状を算出する(傾斜形状算出工程,S102)。ステップS102では、平面状の傾斜形状、具体的には傾斜の角度θを以下の方法で算出する。はじめに、下記の(2)式及び(3)式を用いて、tanθ1及びtanθ2を算出する。角度θ1,θ2は、第1のアンテナ11と第3のアンテナ13Aとの間、及び第1のアンテナ11と第3のアンテナ13Bとの間での鋼板2の傾きである。
tanθ1=(L1−L3)/D1 ・・・(2)
tanθ2=(L4−L1)/D2 ・・・(3)
そして、下記の(4)式のようにtanθ1とtanθ2とを平均化したtanθを算出することで、角度θが得られる。得られた角度θは、傾斜形状として、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路144に送信される。
tanθ=(tanθ1+tanθ2)/2 ・・・(4)
tanθ1=(L1−L3)/D1 ・・・(2)
tanθ2=(L4−L1)/D2 ・・・(3)
そして、下記の(4)式のようにtanθ1とtanθ2とを平均化したtanθを算出することで、角度θが得られる。得られた角度θは、傾斜形状として、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路144に送信される。
tanθ=(tanθ1+tanθ2)/2 ・・・(4)
ステップS100の後、測定指向補正回路141は、傾斜形状と第1の距離L1と第2の距離L2とに基づいて、第4の距離L1’及び第5の距離L2’を算出する(測定指向補正工程、S102)。図5に示すように、第4の距離L1’は、対向軸C方向における第1のアンテナ11から鋼板2の表面までの距離である。また、第5の距離L2’は、対向軸C方向における第2のアンテナ12から鋼板2の表面までの距離である。ここで、図5のように鋼板2が傾斜変動している場合、上述のように、第1のアンテナ11及び第2のアンテナ12で測定される第1の距離L1及び第2の距離L2は、各アンテナから対向軸Cに対して角度θ傾いた方向における距離となる。ステップS102では、傾斜形状を用いて、第1のアンテナ11及び第2のアンテナ12の測定結果の指向性を補正することで、第4の距離L1’及び第5の距離L2’を算出する。具体的には、下記の(5)式及び(6)式を用いて第4の距離L1’及び第5の距離L2’を算出する。算出された第4の距離L1’及び第5の距離L2’は、仮板厚演算回路143に送信される。
L1’=L1/cosθ ・・・(5)
L2’=L2/cosθ ・・・(6)
L1’=L1/cosθ ・・・(5)
L2’=L2/cosθ ・・・(6)
ステップS102の後、仮板厚演算回路142は、第4の距離L1’と第5の距離L2’とに基づいて、鋼板2の対向軸C方向における厚みである仮板厚dt[mm]を算出する(仮板厚演算工程、S104)。ステップS104では、下記の(7)式を用いることで、仮板厚dtが算出される。算出された仮板厚dtは、真板厚演算回路144に送信される。
dt=La−(L1’+L2’) ・・・(7)
dt=La−(L1’+L2’) ・・・(7)
ステップS104の後、真板厚演算回路144は、仮板厚dtと傾斜形状とに基づいて、鋼板2の傾斜がない状態(傾き角零)における、真の板厚d[mm]を算出する(真板厚演算工程、S106)。ステップS106では、下記の(8)式を用いることで、真の板厚dが算出される。
d=dt/cosθ ・・・(8)
d=dt/cosθ ・・・(8)
以上のステップS100〜S106で説明した一連の工程を経ることで、第1のアンテナ11と第2のアンテナ12とで挟まれた位置における鋼板2の板厚dを算出することができる。本実施形態では、ステップS100〜S106による板厚dの算出を、所定の周期で繰り返し行うことで、移動する鋼板2の全長にわたって板厚dを測定することができる。板厚dを測定する周期は、鋼板2の移動速度に応じて設定されることが好ましいが、例えば3msec〜50msecとしてもよい。
<変形例>
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
例えば、上記実施形態では、2つの第3のアンテナ13A,13Bを用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図6に示す構成の板厚測定装置1を用いてもよい。図6に示す板厚測定装置1は、上記実施形態に係る板厚測定装置1の構成に加えて、第2のアンテナ12側に設けられた2つの第3のアンテナ13C,13Dをさらに備える。第3のアンテナ13C,13Dは、第3のアンテナ13A、3Bとz軸方向にそれぞれ対向して配される。また、第3のアンテナ13C,13Dは、第3のアンテナ13A、3Bから、z軸方向に距離Laだけ離間して配される。さらに、第3のアンテナ13Cと第3のアンテナ13Aとが対向する対向軸C1、及び第3のアンテナ13Dと第3のアンテナ13Bとが対向する対向軸C2は、第1のアンテナ11と第2のアンテナ12とが対向する軸と平行となる。このような構成の板厚測定装置1を用いた板厚測定方法では、距離測定工程にて、第1の距離L1、第2の距離L2及び第3の距離L3,L4に加えて、第3のアンテナ13C,13Dを用いて第6の距離L5,L6を測定する。傾斜形状演算工程では、傾斜の角度θ1,θ2に加えて、第2のアンテナ12と第3のアンテナ13Cとの間、及び第2のアンテナ12と第3のアンテナ13Dとの間における傾斜角度も、上記実施形態と同様に算出する。そして、算出され傾斜角度を上記実施形態と同様に平均化することで、鋼板2の傾斜の角度θを求める。このような板厚測定方法を用いることで、鋼板2の傾斜の角度θを精度良く求めることができる。
また、第1のアンテナ11側に設けられる第3のアンテナは、1つでもよく3つ以上であってもよい。このような場合でも、各アンテナ間の傾斜を求め、平均化することで、鋼板2の傾斜の角度θを求めてもよい。
さらに、上記実施形態では、被測定物を鋼板2としたが、本発明はかかる例に限定されない。被測定物は、板状であれば、他のものであってもよい。また、被測定物は、静止した状態であってもよい。
さらに、上記実施形態では、被測定物を鋼板2としたが、本発明はかかる例に限定されない。被測定物は、板状であれば、他のものであってもよい。また、被測定物は、静止した状態であってもよい。
さらに、上記実施形態では、傾斜形状演算工程において、第1のアンテナ11側の各アンテナ間の傾斜の角度θ1,θ2を求め、平均化することで傾斜の角度θを求めるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、設置間隔D1,D2から得られるx軸方向の位置を横軸とし、第1の距離L1及び第3の距離L3,L4から得られるz軸方向の位置を縦軸として、グラフ上の3点を求め、この3点を直線近似して得られる傾きから傾斜の角度θを求めてもよい。
さらに、上記実施形態では、傾斜形状演算工程において、傾斜形状として平面形状のみを考慮するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、平面形状に加えて曲面形状を傾斜形状として考慮してもよい。この場合、傾斜形状演算工程では、tanθ1及びtanθ2を算出した後、tanθ1とtanθ2との差分を算出する。次いで、算出した差分が極小(例えば、0.00873以下)であるか否かを判断する。さらに、差分が極小である場合には、鋼板2の傾斜形状が平面形状であると判断し、上記実施形態と同様に傾斜の角度θを算出する。一方、差分が極小でない場合には、鋼板2の傾斜形状が曲面形状であると判断する。この場合、上記のグラフ上の3点を直線近似して傾斜の角度θを求める方法と同様に、グラフ上の3点を求め、この3点を二次曲線近似することで得られる二次曲線から、第1のアンテナ11及び第2のアンテナ12による測定点での傾斜の角度θを算出してもよい。
さらに、上記実施形態では、C型の枠体10に第1のアンテナ11、第2のアンテナ12及び第3のアンテナ13A,13Bを設けるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、枠体10は、O型等の他の形状であってもよい。また、例えば、図1に示すようなアンテナ同士の配置が得られれば、第1のアンテナ11、第2のアンテナ12及び第3のアンテナ13A,13Bが、同じ部材に設けられなくてもよい。
<実施形態の効果>
(1)本発明の一実施形態に係る板厚測定装置1は、板状の被測定物(例えば、鋼板2)の板厚dを測定する板厚測定装置1であって、被測定物に向けて設けられ、被測定物までの第1の距離L1を測定する、マイクロ波距離計アンテナである第1のアンテナ11と、被測定物を挟んで第1のアンテナ11に対向して設けられ、被測定物までの第2の距離L2を測定する、マイクロ波距離計アンテナである第2のアンテナ12と、第1のアンテナ11と一方向(x軸方向)に並んで設けられ、被測定物までの第3の距離L3,L4を測定する、少なくとも1つのマイクロ波距離計アンテナである第3のアンテナ13A,13Bと、傾斜形状演算回路140と、測定指向補正回路141と、仮板厚演算回路142と、真板厚演算回路143とを有し、第1の距離L1と第2の距離L2と第3の距離L3,L4とに基づいて、被測定物の板厚dを算出する板厚演算部14とを備え、傾斜形状演算回路140は、第1の距離L1と第3の距離L3,L4とに基づいて、被測定物の傾斜形状を算出し、測定指向補正回路141は、傾斜形状と第1の距離L1とに基づいて、第1のアンテナ11と第2のアンテナ12との対向方向(対向軸C方向)における第1のアンテナ11から被測定物までの第4の距離L1’を算出し、傾斜形状の算出結果と第2の距離L2とに基づいて、対向方向における第2のアンテナ12から被測定物までの第5の距離L2’を算出し、仮板厚演算回路142は、第4の距離L1’と、第5の距離L2’と、対向方向における第1のアンテナから第2のアンテナまでの距離Laとに基づいて、被測定物の対向方向における厚みを仮板厚dtとして算出し、真板厚演算回路143は、傾斜形状と、仮板厚dtとに基づいて、被測定物の板厚dを算出する。
(1)本発明の一実施形態に係る板厚測定装置1は、板状の被測定物(例えば、鋼板2)の板厚dを測定する板厚測定装置1であって、被測定物に向けて設けられ、被測定物までの第1の距離L1を測定する、マイクロ波距離計アンテナである第1のアンテナ11と、被測定物を挟んで第1のアンテナ11に対向して設けられ、被測定物までの第2の距離L2を測定する、マイクロ波距離計アンテナである第2のアンテナ12と、第1のアンテナ11と一方向(x軸方向)に並んで設けられ、被測定物までの第3の距離L3,L4を測定する、少なくとも1つのマイクロ波距離計アンテナである第3のアンテナ13A,13Bと、傾斜形状演算回路140と、測定指向補正回路141と、仮板厚演算回路142と、真板厚演算回路143とを有し、第1の距離L1と第2の距離L2と第3の距離L3,L4とに基づいて、被測定物の板厚dを算出する板厚演算部14とを備え、傾斜形状演算回路140は、第1の距離L1と第3の距離L3,L4とに基づいて、被測定物の傾斜形状を算出し、測定指向補正回路141は、傾斜形状と第1の距離L1とに基づいて、第1のアンテナ11と第2のアンテナ12との対向方向(対向軸C方向)における第1のアンテナ11から被測定物までの第4の距離L1’を算出し、傾斜形状の算出結果と第2の距離L2とに基づいて、対向方向における第2のアンテナ12から被測定物までの第5の距離L2’を算出し、仮板厚演算回路142は、第4の距離L1’と、第5の距離L2’と、対向方向における第1のアンテナから第2のアンテナまでの距離Laとに基づいて、被測定物の対向方向における厚みを仮板厚dtとして算出し、真板厚演算回路143は、傾斜形状と、仮板厚dtとに基づいて、被測定物の板厚dを算出する。
上記(1)の構成によれば、マイクロ波距離計アンテナの測定結果から傾斜形状を算出し、傾斜形状を用いて測定結果を補正することで、マイクロ波を用いて被測定物の板厚dを測定することができる。このような測定装置は、被測定物の板厚の厚さに関係なく測定することができる。このため、γ線を用いた測定装置では測定できないような100mm以上の板厚も測定することができる。また、マイクロ波を用いた測定装置は、その測定原理から、γ線を用いた測定装置の応答性が200msec程度であるのに対して、応答性を数msec程度に向上することができる。つまり、上記(1)の構成によれば、測定精度が高く、応答性が高い、板厚測定装置が提供される。
(2)上記の(1)の構成において、第2のアンテナ12と一方向に並んで設けられ、被測定物までの第6の距離L5,L6を測定する、少なくとも1つのマイクロ波距離計アンテナである、第4のアンテナ13C,13Dをさらに備え、傾斜形状演算回路140は、第1の距離L1と、第2の距離L2と、第3の距離L3,L4と、第6の距離L5,L6とに基づいて、被測定物の傾斜形状を算出する。
上記(2)の構成によれば、傾斜形状を精度よく算出することができるため、測定精度をより高めることができる。
(3)上記(1)または(2)の構成において、被測定物は、熱間の鋼板2である。
被測定物が熱間(900℃程度)の鋼板2である場合、周辺環境問題もあり、レーザ式の距離計を用いた板厚測定装置では、精度良く安定して測定することができない。しかし、上記(3)の構成によれば、被測定物の温度に関係なく、精度良く板厚dを測定することができる。
上記(2)の構成によれば、傾斜形状を精度よく算出することができるため、測定精度をより高めることができる。
(3)上記(1)または(2)の構成において、被測定物は、熱間の鋼板2である。
被測定物が熱間(900℃程度)の鋼板2である場合、周辺環境問題もあり、レーザ式の距離計を用いた板厚測定装置では、精度良く安定して測定することができない。しかし、上記(3)の構成によれば、被測定物の温度に関係なく、精度良く板厚dを測定することができる。
(4)本発明の一態様に係る板厚測定方法は、板状の被測定物の板厚を測定する板厚測定方法であって、被測定物に向けて設けられるマイクロ波距離計アンテナである第1のアンテナ11を用いて被測定物(例えば、鋼板2)までの第1の距離L1を測定し、被測定物を挟んで第1のアンテナ11に対向して設けられるマイクロ波距離計アンテナである第2のアンテナ12を用いて被測定物までの第2の距離L2を測定し、第1のアンテナ11に並んで設けられる少なくとも1つのマイクロ波距離計アンテナである第3のアンテナ13A,13Bを用いて被測定物までの第3の距離L3,L4を測定する測定工程(ステップS100)と、第1の距離L1と第3の距離L3,L4とに基づいて、被測定物の傾斜形状を算出する傾斜形状演算工程(ステップS102)と、傾斜形状と第1の距離L1とに基づいて、第1のアンテナ11と第2のアンテナ12との対向方向(対向軸C方向)における第1のアンテナ11から被測定物までの第4の距離L1’を算出し、傾斜形状の算出結果と第2の距離L2とに基づいて、対向方向における第2のアンテナ12から被測定物までの第5の距離L2’を算出する測定指向補正工程(ステップS104)と、第4の距離L1’と、第5の距離L2’と、対向方向における第1のアンテナ11から第2のアンテナ12までの距離Laとに基づいて、被測定物の対向方向における厚みを仮板厚dtとして算出する仮板厚演算工程(ステップS104)と、傾斜形状と、仮板厚dtとに基づいて、被測定物の板厚dを算出する真板厚演算工程(ステップS106)と、を備える。
上記(4)の構成によれば、上記(1)の構成と同様な効果を得ることができる。
上記(4)の構成によれば、上記(1)の構成と同様な効果を得ることができる。
1,1’ 板厚測定装置
10,10’ 枠体
11,11’ 第1のアンテナ
110 距離計アンプ
12,12’ 第2のアンテナ
120 距離計アンプ
13A〜13D 第3のアンテナ
130A,130B 距離計アンプ
14 板厚演算部
140 傾斜形状演算回路
141 測定指向補正回路
142 仮板厚演算回路
143 真板厚演算回路
2 鋼板
10,10’ 枠体
11,11’ 第1のアンテナ
110 距離計アンプ
12,12’ 第2のアンテナ
120 距離計アンプ
13A〜13D 第3のアンテナ
130A,130B 距離計アンプ
14 板厚演算部
140 傾斜形状演算回路
141 測定指向補正回路
142 仮板厚演算回路
143 真板厚演算回路
2 鋼板
板厚演算部14は、図2に示すように、傾斜形状演算回路140と、測定指向補正回路141と、仮板厚演算回路142と、真板厚演算回路143とを有する。
傾斜形状演算回路140は、距離計アンプ110,130A,130B、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路143に接続され、距離計アンプ110,130A,130Bから第1の距離L1及び第3の距離L3,L4を取得する。そして、傾斜形状演算回路140は、第1の距離L1及び第3の距離L3,L4に基づいて、鋼板2の傾斜形状を算出する。傾斜形状演算回路140は、算出した傾斜形状を、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路143に送信する。
傾斜形状演算回路140は、距離計アンプ110,130A,130B、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路143に接続され、距離計アンプ110,130A,130Bから第1の距離L1及び第3の距離L3,L4を取得する。そして、傾斜形状演算回路140は、第1の距離L1及び第3の距離L3,L4に基づいて、鋼板2の傾斜形状を算出する。傾斜形状演算回路140は、算出した傾斜形状を、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路143に送信する。
仮板厚演算回路142は、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路143に接続され、測定指向補正回路141から第4の距離L1’及び第5の距離L2’を取得する。そして、仮板厚演算回路142は、第4の距離L1’と、第5の距離L2’と、予め記憶された第1のアンテナ11と第2のアンテナ12との離間距離Laとに基づいて、対向軸C方向における鋼板2の厚みである仮板厚dtを算出する。仮板厚演算回路142は、算出した仮板厚dtを真板厚演算回路143に送信する。
真板厚演算回路143は、傾斜形状演算回路140及び仮板厚演算回路142に接続され、傾斜形状及び仮板厚dtを取得する。そして、真板厚演算回路143は、傾斜形状と仮板厚dtとに基づいて、鋼板2の真の板厚dを算出する。
上記構成の板厚演算部14は、コンピュータ等の計算機等によって実現することができる。
上記構成の板厚演算部14は、コンピュータ等の計算機等によって実現することができる。
次いで、傾斜形状演算回路140は、第1の距離L1、第2の距離L2及び第3の距離L3に基づいて、鋼板2の傾斜形状を算出する(傾斜形状算出工程,S102)。ステップS102では、平面状の傾斜形状、具体的には傾斜の角度θを以下の方法で算出する。はじめに、下記の(2)式及び(3)式を用いて、sinθ1及びsinθ2を算出する。角度θ1,θ2は、第1のアンテナ11と第3のアンテナ13Aとの間、及び第1のアンテナ11と第3のアンテナ13Bとの間での鋼板2の傾きである。
sinθ1=(L1−L3)/D1 ・・・(2)
sinθ2=(L4−L1)/D2 ・・・(3)
そして、下記の(4)式のようにsinθ1とsinθ2とを平均化したsinθを算出することで、角度θが得られる。得られた角度θは、傾斜形状として、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路143に送信される。
sinθ=(sinθ1+sinθ2)/2 ・・・(4)
sinθ1=(L1−L3)/D1 ・・・(2)
sinθ2=(L4−L1)/D2 ・・・(3)
そして、下記の(4)式のようにsinθ1とsinθ2とを平均化したsinθを算出することで、角度θが得られる。得られた角度θは、傾斜形状として、測定指向補正回路141及び真板厚演算回路143に送信される。
sinθ=(sinθ1+sinθ2)/2 ・・・(4)
ステップS100の後、測定指向補正回路141は、傾斜形状と第1の距離L1と第2の距離L2とに基づいて、第4の距離L1’及び第5の距離L2’を算出する(測定指向補正工程、S102)。図5に示すように、第4の距離L1’は、対向軸C方向における第1のアンテナ11から鋼板2の表面までの距離である。また、第5の距離L2’は、対向軸C方向における第2のアンテナ12から鋼板2の表面までの距離である。ここで、図5のように鋼板2が傾斜変動している場合、上述のように、第1のアンテナ11及び第2のアンテナ12で測定される第1の距離L1及び第2の距離L2は、各アンテナから対向軸Cに対して角度θ傾いた方向における距離となる。ステップS102では、傾斜形状を用いて、第1のアンテナ11及び第2のアンテナ12の測定結果の指向性を補正することで、第4の距離L1’及び第5の距離L2’を算出する。具体的には、下記の(5)式及び(6)式を用いて第4の距離L1’及び第5の距離L2’を算出する。算出された第4の距離L1’及び第5の距離L2’は、仮板厚演算回路142に送信される。
L1’=L1/cosθ ・・・(5)
L2’=L2/cosθ ・・・(6)
L1’=L1/cosθ ・・・(5)
L2’=L2/cosθ ・・・(6)
ステップS102の後、仮板厚演算回路142は、第4の距離L1’と第5の距離L2’とに基づいて、鋼板2の対向軸C方向における厚みである仮板厚dt[mm]を算出する(仮板厚演算工程、S104)。ステップS104では、下記の(7)式を用いることで、仮板厚dtが算出される。算出された仮板厚dtは、真板厚演算回路143に送信される。
dt=La−(L1’+L2’) ・・・(7)
dt=La−(L1’+L2’) ・・・(7)
ステップS104の後、真板厚演算回路143は、仮板厚dtと傾斜形状とに基づいて、鋼板2の傾斜がない状態(傾き角零)における、真の板厚d[mm]を算出する(真板厚演算工程、S106)。ステップS106では、下記の(8)式を用いることで、真の板厚dが算出される。
d=dt ×cosθ ・・・(8)
d=dt ×cosθ ・・・(8)
Claims (4)
- 板状の被測定物の板厚を測定する板厚測定装置であって、
前記被測定物に向けて設けられ、前記被測定物までの第1の距離を測定する、マイクロ波距離計アンテナである第1のアンテナと、
前記被測定物を挟んで前記第1のアンテナに対向して設けられ、前記被測定物までの第2の距離を測定する、マイクロ波距離計アンテナである第2のアンテナと、
前記第1のアンテナと一方向に並んで設けられ、前記被測定物までの第3の距離を測定する、少なくとも1つのマイクロ波距離計アンテナである第3のアンテナと、
傾斜形状演算回路と、測定指向補正回路と、仮板厚演算回路と、真板厚演算回路とを有し、前記第1の距離と前記第2の距離と前記第3の距離とに基づいて、前記被測定物の板厚を算出する板厚演算部と
を備え、
前記傾斜形状演算回路は、前記第1の距離と前記第3の距離とに基づいて、前記被測定物の傾斜形状を算出し、
前記測定指向補正回路は、
前記傾斜形状と前記第1の距離とに基づいて、前記第1のアンテナと前記第2のアンテナとの対向方向における前記第1のアンテナから前記被測定物までの第4の距離を算出し、
前記傾斜形状の算出結果と前記第2の距離とに基づいて、前記対向方向における前記第2のアンテナから前記被測定物までの第5の距離を算出し、
前記仮板厚演算回路は、前記第4の距離と、前記第5の距離と、前記対向方向における前記第1のアンテナから前記第2のアンテナまでの距離とに基づいて、前記被測定物の前記対向方向における厚みを仮板厚として算出し、
前記真板厚演算回路は、前記傾斜形状と、前記仮板厚とに基づいて、前記被測定物の前記板厚を算出することを特徴とする板厚測定装置。 - 前記第2のアンテナと前記一方向に並んで設けられ、前記被測定物までの第6の距離を測定する、少なくとも1つのマイクロ波距離計アンテナである、第4のアンテナをさらに備え、
前記傾斜形状演算回路は、前記第1の距離と、前記第2の距離と、前記第3の距離と、前記第6の距離とに基づいて、前記被測定物の傾斜形状を算出することを特徴とする請求項1に記載の板厚測定装置。 - 前記被測定物は、熱間の鋼板であることを特徴とする請求項1または2に記載の板厚測定装置。
- 板状の被測定物の板厚を測定する板厚測定方法であって、
前記被測定物に向けて設けられるマイクロ波距離計アンテナである第1のアンテナを用いて前記被測定物までの第1の距離を測定し、前記被測定物を挟んで前記第1のアンテナに対向して設けられるマイクロ波距離計アンテナである第2のアンテナを用いて前記被測定物までの第2の距離を測定し、前記第1のアンテナと一方向に並んで設けられる少なくとも1つのマイクロ波距離計アンテナである第3のアンテナを用いて前記被測定物までの第3の距離を測定する測定工程と、
前記第1の距離と前記第3の距離とに基づいて、前記被測定物の傾斜形状を算出する傾斜形状演算工程と、
前記傾斜形状と前記第1の距離とに基づいて、前記第1のアンテナと前記第2のアンテナとの対向方向における前記第1のアンテナから前記被測定物までの第4の距離を算出し、前記傾斜形状の算出結果と前記第2の距離とに基づいて、前記対向方向における前記第2のアンテナから前記被測定物までの第5の距離を算出する測定指向補正工程と、
前記第4の距離と、前記第5の距離と、前記対向方向における前記第1のアンテナから前記第2のアンテナまでの距離とに基づいて、前記被測定物の前記対向方向における厚みを仮板厚として算出する仮板厚演算工程と、
前記傾斜形状と、前記仮板厚とに基づいて、前記被測定物の前記板厚を算出する真板厚演算工程と、
を備えることを特徴とする板厚測定方法。
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JP2021015021A (ja) * | 2019-07-11 | 2021-02-12 | 日本製鉄株式会社 | 測定装置及び測定方法 |
-
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