JP3216320B2 - 鋼板の板厚変動測定装置 - Google Patents

鋼板の板厚変動測定装置

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JP3216320B2
JP3216320B2 JP08855793A JP8855793A JP3216320B2 JP 3216320 B2 JP3216320 B2 JP 3216320B2 JP 08855793 A JP08855793 A JP 08855793A JP 8855793 A JP8855793 A JP 8855793A JP 3216320 B2 JP3216320 B2 JP 3216320B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えば圧延設備から繰出
される鋼板の板厚変動を精度よく測定する鋼板の板厚変
動測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、食用缶詰に使用される缶用鋼板
は、材料費の節減化、商品として缶詰の軽量化等の要求
から、その厚みがますます薄くなる傾向にある。缶の厚
みが低下すると、当然、缶に食品等を封入する工程にお
ける許容強度ゃ商品となった後の許容強度と、実際の缶
の強度との間の余裕が少なくなる。したがって、缶用鋼
板の板厚変動の要求精度が非常に厳しくなる。
【0003】特に、飲料缶分野においては、前述した必
要とする限界板厚より例えば数%低下したのみで、缶の
内容物に対する加熱,殺菌工程終了後に生じる減圧に耐
えるだけの必要缶体強度を下回る。このような場合は、
缶待は座屈してしまい、商品価値がなくなる。
【0004】また、一つの缶を構成する鋼板内において
板厚が大きく変動する場合は、缶に加工する例えば打ち
抜き工程において破損していまい、缶に製造できないの
みならず、製造ラインを一時停止して、不良品を取り除
く作業が必要となり、生産性が低下する。さらに、打ち
抜き装置自体にその破片で損傷を与える懸念がある。
【0005】このような板厚変動が生じる最大の原因は
冷間圧延設備の圧延精度不良であると言われている。し
たがって、この圧延設備の圧延精度の改良が進められて
いる。また、圧延設備から搬出される鋼板の板厚を例え
ばX線板厚計で測定して、その測定値を圧延設備へ帰還
させて、鋼板の長手方向(搬送方向)の板厚変動値を±
1〜3%以内まで改善できた。
【0006】さらに、鋼板の幅方向の厚変動において
も、主としてテーパー又は曲面を有するロールによるシ
フト圧延技術が本格化し、従来の一定クラウンを有する
鋼板断面から幅方向に平坦な鋼板が製造できるようにな
った。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようにX線板厚計で鋼板の板厚を測定して、測定され
た板厚を圧延設備へ帰還させて板厚を制御するようにし
たシステムにおいてもまだ改良すべき次のような課題が
あった。
【0008】すなわち、X線板厚計においては、図12
に示すように、その板厚変動の測定可能周波数範囲が狭
く、例えば板厚変動周波数が100Hzを越えると検出感
度が大幅に低下する。
【0009】一方、圧延設備から搬出される鋼板の板厚
変動を、オフライン状態で、別の精密測定器で静的に測
定すると、図10に示すように、例えば1波長が100
mmであるほほ正弦波形状が得られる。鋼板の生産性等の
制約から圧延設備の運転速度は高く、鋼板の搬送速度
は、例えば1000m/分以となる。この場合における
図10に示す波形を有する板厚変動を搬送路に沿って配
設された板厚検出器で検出した時の検出信号の周波数は
167Hzを越える値となる。
【0010】この1000m/分を越える速度で圧延し
た場合に生じる図10に示す板厚変動は、冷間圧延ミル
等の圧延設備のチャタリングと呼ばれている機械的固有
振動に起因することが確認されている。この固有振動の
周波数は、圧延設備の種類や規模に応じて異なるが、一
般的に数十乃至数百ヘルツである。
【0011】また、図11は、前述した速度で稼働中に
圧延設備のバックアップロールに疵が発生した場合にお
ける、この疵に起因して鋼板に生じる板厚変動を示す測
定値である。この図11でも理解できるように、疵に起
因する板厚変動の周波数は200Hzに近い非常に高い周
波数である。
【0012】したがって、このように高い周波数成分を
有する板厚変動を図12に示す検出周波数特性を有する
X線板厚計で測定すること不可能である、このような不
都合を解消するために、前述したように、鋼板の図10
に示す高周波の板厚変動は圧延設備の機械的振動に関係
するので、板厚変動を測定する代りに、圧延設備の機械
的振動を例えば振動ピックアップで検出して、この振動
特性から板厚変動を推測していた(特公平3−5060
2号公報)。また、圧延設備の機械的振動を例えばマイ
クロホンで検出して、この振動音を電気信号に変換し
て、板厚変動を推測していた(特開昭60−13751
2号公報)。
【0013】さらに、搬送中の鋼板に近接して渦電流式
距離計を配設して、振動を検出する手法が提唱されてい
る(特開昭57−100818号公報)。しかし、上述
した各手法は、圧延設備が共振状態に至った場合に警告
の意味では非常に有効であるが、基本的に振動と板厚変
動とは次元の異なる物理量である。したがって、たと
え、振動が高い周波数領域まで正確に測定されたとして
も、この振動が鋼板の板厚変動に対応するとは限らな
い。
【0014】例えば、たとえ大きな振動値が検出された
としても、その周波数値によっては、実際の鋼板に生じ
ている板厚変動値(振幅)は充分許容範囲内に入る場合
も生じる。このような場合、不良品率が上昇して、みか
け上の歩留りが低下する。さらに、このために圧延設備
を再調整すると、設備の稼働動率が低下する問題も生じ
る。
【0015】また、図11に示す疵等の圧延設備の共振
現象と全く異なる要因で発生した板厚変動を検出するこ
とはできなかった。本発明はこのような事情に鑑みてな
されたものであり、一定磁界内に存在する鋼板の厚変化
に対応して変化する鋼板近傍の磁気を磁気センサで検出
することによって、たとえ高速で搬送されている鋼板に
対しても板厚変動を高精度で測定できる鋼板の板厚変動
測定装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明の鋼板の板厚変動測定装置は、搬送中の鋼板に
近接配設され、この鋼板に磁界を印加する磁化器と、鋼
板に近接配設され、鋼板の磁気的変化を検出する磁気セ
ンサと、磁気センサの出力信号の変動周波数を検出する
周波数検出手段と、磁気センサの出力信号の振幅を検出
する振幅検出手段と、予め出力信号の周波数特性を記憶
する周波数特性記憶手段と、出力信号の振幅を測定され
た変動周波数及び周波数特性から所定の基準周波数に対
する振幅に補正する振幅値補正手段と、補正された振幅
から鋼板の板厚変動値を算出する板厚変動値算出手段と
を備えたものである。
【0017】また、別の発明の鋼板の板厚変動測定装置
は、磁気センサを鋼板の幅方向に複数個配列すると共
に、前述した発明に加えて、各磁気センサの出力信号の
うち鋼板の異常に起因する出力信号を除去して残りの各
出力信号を平均化する信号統合手段を設けたものであ
る。
【0018】さらに別の発明においては、前記鋼板に磁
界を印加する磁化器は、一対の磁極を有し、この一対の
磁極が鋼板の搬送方向に配設されている。さらに、磁気
センサは一対の磁極相互間を接続する線上又はこの線に
平行する線上に配設されている。
【0019】
【作用】先ず、このように構成された鋼板の板厚変動測
定装置において鋼板の板厚変動が測定できる理由を説明
する。一般に、磁性体材料である鋼板をこの鋼板に磁化
器を近接配置すると、磁化器の一方から出力される磁力
線は鋼板を通過して他方の磁極に入力される。なお、磁
化器から出力された全ての磁力線が鋼板を通過するので
はなく、一部は空気中を通過する。そして、鋼板の厚さ
が変化すると、鋼板を通過する磁力線の数と空中を通過
する磁力線の数との比率が変化する。
【0020】したがって、鋼板に磁気センサを近接配置
して、空中を通過する磁力線の数、すなわち磁界強度の
変化量を検出すれば、この変化量が板厚変動量に対応す
る。また、磁気センサで検出した磁界強度を示す出力
(検出)信号の振幅は板厚変動の周波数と一定の関係を
有することが実証されている。すなわち、板厚変動の周
波数が高くなると出力信号(検出信号)の振幅は小さく
なる。この理由は、たとえ同一の板厚変動量であって
も、この周波数が高くなると、磁力線変化のエネルギが
小さくなるからであると考えられる。この出力信号の振
幅と板厚変動の周波数とは例えば鋼板の材質や、磁化
器,鋼板,磁気センサ相互間の位置関係等で定まる一定
の関係を有しているので、出力信号の周波数特性を予め
測定して、記憶している。
【0021】そして、測定された出力信号の変動周波数
を測定して、その測定された変動周波数及び記憶されて
いる周波数特性から出力信号の振幅を基準周波数に対す
る振幅に補正できる。そして、この補正振幅値に所定の
係数を乗算すれば、周波数に依存しない、すなわち鋼板
の搬送速度に依存しない真の板厚変動量が定量的に求ま
る。
【0022】また、鋼板内部又は鋼板表面に空洞や疵等
の欠陥が存在すると、漏洩磁束が発生して、磁気センサ
の出力信号に異常値が生じる。この欠陥に起因する異常
値を除去するために、本願の別の発明においては、鋼板
の幅方向に多数の磁気センサを配列している。そして、
各磁気センサの各出力信号のうち異常に起因する、例え
ば他の出力信号値より極端に異なる信号値を有する出力
信号を除去して残りの各出力個信号を平均化している。
【0023】すなわち、欠陥は局部的に発生するのに対
して、主に圧延設備の機械的振動等に起因して発生する
板厚変動は幅方向にほぼ一定特性を有しているからであ
る。さらに、別の発明においては、磁化器を、この磁化
器を構成する一対の磁極が鋼板の搬送方向に配設されて
いる。すなわち、圧延設備の機械的振動等に起因する高
周波の板厚変動は主として鋼板の走行方向に発生するの
で、磁化器の磁化方向は鋼板の走行方向に設定するのが
望ましい。また、磁気センサは、一対の磁極間又はこの
磁極寒河間を接続する線に平行する線上に位置するのが
最も効率よく磁力を検出できる。
【0024】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。図2(a)(b)は実施例の鋼板の板厚変動測定装
置をそれぞれ異なる方向から見た断面模式図である。
【0025】非磁性材料で形成された中空ロール1の中
心軸に固定軸2の一端が貫通されている。この固定軸2
の他端は図示しないフレームに固定されている。そし
て、固定軸2は中空ロール1の中心軸に位置するように
一対のころがり軸受3a,3bでもって中空ロール1の
両端の内周面に支持されている。したがって、この中空
ロール1は固定軸2を回転中心軸として自由に回転す
る。
【0026】中空ロール1内に、略U字断面形状を有し
た磁化鉄心4cが、その各磁極4a,4bが中空ロール
1の内周面に近接する姿勢で、支持部材5を介して固定
軸2に固定されている。この磁化鉄心4cに磁化コイル
6が巻装されている。したがって、この磁化鉄心4cと
磁化コイル6とで磁化器4を構成する。磁化鉄心4cの
磁極4a,4bの間に複数の磁気センサ7aを軸方向に
例えば7mm間隔でリニア状に配列してなる磁気センサ群
7がやはり固定軸2に固定されている。
【0027】磁化コイル6に励磁電流を供給するための
電源ケーブル8および磁気センサ群7の各磁気センサ7
aの出力信号を取出すための信号ケーブル9は固定軸2
内を経由して外部へ導出されている。したがって、磁化
器4および磁気センサ群7の位置は固定され、中空ロー
ル1が磁化器4および磁気センサ群7の外周を微小間隙
を有して回転する。
【0028】そして、厚延設備から搬出されて図中矢印
a方向に走行状態の鋼板10の一方面に中空ロール1の
外周面を所定圧力でもって押し当てると、固定軸2は
レームに固定されているので、中空ロール1が矢印b方
向に回転する。また、鋼板10には回転計11が組込ま
れたローラが当接されている。
【0029】このような鋼板の板厚変動測定装置におい
て、磁化コイル6に直流の励磁電流を供給すると、磁化
鉄心4cの各磁極4a,4bと走行中の鋼板10とで閉
じた磁路が形成される。また、鋼板10の磁路の磁束に
比較すると格段に小さいが、鋼板10を通過せずに空中
を通過する磁路も形成される。そして、前述したよう
に、鋼板10の板厚が変化すると、鋼板10を通過する
磁路の磁束密度が増減し、その増減に対応して、空中を
通過する磁路の磁束密度が逆方向に減増する。
【0030】各磁気センサ7aは鋼板10に対して垂直
方向の磁界を検出する垂直型の磁気センサで構成されて
いる。そして、図3はこの磁気センサ7aの周波数特性
である。図示するように、150〜400Hzの広くかつ
高い周波数領域で充分実用に耐える値を有している。
【0031】したがって、磁気センサ群7を構成する各
磁気センサ7aで鋼板10近傍を通過する磁路の磁束密
度の変化量を検出することによって、鋼板10の板厚変
動を検出できる。
【0032】なお、鋼板10の内部あるいは表面に欠陥
が存在すると、鋼板10内の磁路が乱れ、漏洩磁束が生
じる。この漏洩磁束が該当欠陥位置に対向する磁気セン
サ7aで検出され、この磁気センサ7aから該当欠陥に
対応する信号が出力される。
【0033】各磁気センサ7aの各出力信号は図1に示
すように、それぞれ増幅部12で増幅されたのたち、波
形整形部13において雑音成分が除去される。雑音成分
が除去された各出力信号は信号統合部14へ入力され
る。
【0034】この信号統合部14は、入力された各磁気
センサ7aからの各出力信号の信号値を比較して、極端
に値の大きい信号や、極端に値の小さい信号を除去す
る。具体的には、統計手法を用いて、標準偏差より大き
く外れる信号を除去する。これは、前述したように板厚
変動のみであると、幅方向の各位置の厚みはほぼ一致し
ているのに対して、欠陥は幅方向に局部的に現れるの
で、この欠陥の要因が板厚変動値に悪影響を与えないよ
うにするためである。そして、信号統合部14は正常と
見なされる残りの各出力信号を平均化して、次の演算処
理部15へ送出する。
【0035】信号統合部14から出力された出力信号は
ピークカウンタ17へ入力される。ピークカウンタ17
はクロック発生器18からのクロック信号を用いて平均
化された出力信号の単位時間におけるピーク数、すなわ
ち、出力信号の変動周波数fを検出して演算処理部15
へ送出する。
【0036】また、回転計11から出力されるパルス信
号は距離カウンタ19でこの板厚変動測定装位置を通過
した鋼板10の総延長Lが検出される。検出された総延
長Lは演算処理部15へ送出される。さらに、回転計1
1から出力されるパルス信号は速度カウンタ20でもっ
て鋼板10の移動速度Vに変換される。変換された移動
速度Vは演算処理部15へ送出される。
【0037】次に演算処理部15の処理動作を説明す
る。一定距離間隔で板厚tが搬送方向に正弦波状に変動
する1個の標準試験鋼板を準備する。なお、この場合に
おける変動量Δt0 (基準変動量)は全板厚tに対する
変動率(%)で示す。そして、図5は、この標準試験鋼
板を異なる速度Vでこの板厚変動測定装置に搬入した場
合における信号統合部14の出力信号の振幅値Pとピー
クカウンタ17で得られる変動周波数fとの関係を示す
実測値である。
【0038】図示するように、たとえ、基準変動量Δt
0 を有した標準試験鋼板であっても、搬送速度Vに対応
する変動周波数fが変化すると、出力信号の振幅値Pが
変化する。そして、図5に示す標準試験鋼板に対する出
力信号の振幅値Pの周波数特性がテーブルの形式で演算
処理部15内に記憶されている。図5において、基準周
波数f0 時の出力信号の振幅を基準振幅P0 とする。
【0039】また、前記標準試験鋼板に対して変動量Δ
tのみが異なる複数種類のサブ試験鋼板を作成する。図
4は、この各サブ試験鋼板を同一速度Vでこの板厚変動
測定装置に搬入した場合における信号統合部14の出力
信号の各振幅値Pと各変動量Δtとの関係を示す実測値
である。なお、前記速度Vをピークカウンタ17で得ら
れる変動周波数fが前記基準周波数f0 になるよう調整
する。
【0040】図示するように、良好な直線関係を維持し
ているので、基準周波数f0 における出力信号の振幅値
Pが求まれば、測定対象の鋼板10の変動量Δtが次式
で求まる。
【0041】Δt=K・P K:比例定数 この換算式が演算処理部15に記憶されている。このよ
うに、図5に示す周波数特性とこの換算式が記憶された
演算処理部15の演算処理を説明する。
【0042】まず、信号統合部14から連続して入力さ
れる出力信号の振幅値Pを求める。次にピークカウンタ
17から入力される変動周波数fを読取る。読取った変
動周波数fの基準周波数f0 に対する比率を求め、鋼板
10の変動周波数fが基準周波数f0 に一致したと仮定
した場合における出力信号の振幅値P、すなわち振幅補
正値を求める。この補正された振幅値Pに対して前述し
た換算式を用いて変動量Δtを算出する。
【0043】算出された変動量Δt及び速度カウンタ2
0から得られた現在の搬送速度Vは次の記録表示部21
の表示画面に実時間で表示されると共に、記憶部に記憶
保持される。
【0044】なお、図5に示した出力信号の周波数特性
は鋼板の材質等に応じて変化するので、材質に応じて複
数種類記憶されている。このように構成され鋼板の板厚
変動測定装置を用いて実際の鋼板10の板厚変動を測定
した結果を図6,図7に示す。図7は図6における鋼板
10の延長方向のL=2.4〜3.2m位置に発生した
板厚変動波形の拡大図である。図示するように振幅約2
20μm(±10μm)の急激な板厚変動が約3.3ボ
ルト(V)の出力信号として検出されている。
【0045】なお、図6,図7における測定条件は、磁
気センサ7aと鋼板10との間のリフトオフと呼ばれる
距離が2.5mmであり、磁化器4の各磁極4a,4bの
鋼板10までの距離が5.5mmであり、磁極4a,4b
間距離が40mmであり、鋼板10の搬送速度が1200
m/分、測定対象の鋼板10は基準板厚tが0.43mm
であるT4CA相当品である。
【0046】このように、出力信号の周波数特性と換算
式とを予め記憶保持することによって、鋼板10の搬送
速度Vが大きく変化して、出力信号の変動周波数fが変
化したとしても、この周波数変化に起因する出力信号の
変動分は自動的に補正される。よって、広い速度範囲に
亘って常に正確な板厚変動量Δtが得られる。
【0047】その結果、たとえ搬送速度Vを1000m
/分以上に上昇させたとしも測定精度が低下することは
ない。なお、本発明は上述した各実施例に限定されるも
のではない。図2に示す実施例装置においては、各磁気
センサ7aを磁化器4の磁極4a,4b間に配設した
が、例えば図8に示すように、中空ロール1の外側にお
ける各磁極4a,4bの鋼板10を挟んだ対向位置に配
設してもよい。さらに、図9に示すように、中空ロール
1を除去してもよい。
【0048】さらに、図1に示す実施例装置において
は、信号統合部14は、鋼板10の幅方向に配列された
各磁気センサ7aの各出力信号を比較対照して欠陥に起
因するとみなされる出力信号を除去した。しかし、この
除去された欠陥に起因する出力信号も他の出力信号と区
別して演算処理部15へ送出して、この演算処理部15
において、前述した板厚変動測定とは別の処理工程でも
って、欠陥検出を実施して、記憶表示部21に表示する
ことによって、欠陥検出と板厚変動とを同一の磁気セン
サ7aで検出でき、この鋼板の板厚変動測定装置の応用
範囲をより一層拡大できる。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように本発明の鋼板の板厚
変動測定装置によれば、磁化器で磁化された鋼板の板厚
変化に対応して変化する鋼板近傍の磁気変化を磁気セン
サで測定している。また、磁気センサの出力信号の周波
数特性を予め記憶している。
【0050】そして、鋼板を測定した場合に磁気センサ
から得られる出力信号の周波数と出力信号の振幅値とか
ら、前記周波数特性を用いて正しい板厚変動値を算出し
ている。したがって、たとえ1000m/ 分を越える高
速で搬送されている鋼板に対しても板厚変動を高精度で
測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係わる鋼板の板厚変動測
定装置における信号処理を示すブロック構成図。
【図2】 同実施例装置を異なる方向から見た断面模式
図。
【図3】 同実施例装置に組込まれた磁気センサの周波
数特性図。
【図4】 同実施例装置における換算式を得るために実
施された試験鋼板における出力信号と変動量との関係を
示す図。
【図5】 同実施例装置の演算処理部に記憶された出力
信号の周波数特性図。
【図6】 同実施例装置で測定された鋼板の板厚変動を
示す信号波形図。
【図7】 同信号波形図の拡大図。
【図8】 本発明の他の実施例に係わる鋼板の板厚変動
測定装置の概略構成を示す断面模式図。
【図9】 本発明のさらに別の実施例に係わる鋼板の板
厚変動測定装置の概略構成を示す断面模式図。
【図10】 一般的な鋼板に生じる板厚変動波形図。
【図11】 圧延設備の圧延ロールに傷が存在した場合
における鋼板に現れる傷波形図。
【図12】 従来のX線板厚計の周波数特性図。
【符号の説明】
1…中空ロール、4…磁化器、4a,4b…磁極、7…
磁気センサ群、7a…磁気センサ、10…鋼板、11…
回転計、12…増幅部、13…波形整形部、14…信号
統合部、15…演算処理部、17…ピークカウンタ、2
0…速度カウンタ。
フロントページの続き (72)発明者 岩永 賢一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 - 7/34

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 搬送中の鋼板に近接配設され、この鋼板
    に磁界を印加する磁化器と、前記 鋼板に近接配設され、前記鋼板の磁気的変化を検出
    する磁気センサと、 前記磁気センサの出力信号の変動周波数を検出する周波
    数検出手段と、 前記磁気センサの出力信号の振幅を検出する振幅検出手
    段と、 予め前記出力信号の周波数特性を記憶する周波数特性記
    憶手段と、 前記出力信号の振幅を前記測定された変動周波数及び前
    記周波数特性から所定の基準周波数に対する振幅に補正
    する振幅値補正手段と、 この補正された振幅から前記鋼板の板厚変動値を算出す
    る板厚変動値算出手段とを備えた鋼板の板厚変動測定装
    置。
  2. 【請求項2】 搬送中の鋼板に近接配設され、この鋼板
    に磁界を印加する磁化器と、前記 鋼板に近接しかつこの鋼板の幅方向に配列され、前
    記鋼板の幅方向の各位置の磁気的変化を検出する複数の
    磁気センサと、 前記各磁気センサの出力信号のうち前記鋼板の異常に起
    因する出力信号を除去して残りの各出力信号を平均化す
    る信号統合手段と、 この信号統合手段で平均化された出力信号の変動周波数
    を検出する周波数検出手段と、 前記平均化された出力信号の振幅を検出する振幅検出手
    段と、 予め前記出力信号の周波数特性を記憶する周波数特性記
    憶手段と、 前記平均化された出力信号の振幅を前記測定された変動
    周波数及び前記周波数特性から所定の基準周波数に対す
    る振幅に補正する振幅値補正手段と、 この補正された振幅から前記鋼板の板厚変動値を算出す
    る板厚変動値算出手段とを備えた鋼板の板厚変動測定装
    置。
  3. 【請求項3】 前記磁化器は一対の磁極を有し、この一
    対の磁極が前記鋼板の搬送方向に配設され、さらに、前
    記磁気センサは前記一対の磁極相互間を接続する線上又
    はこの線に平行する線上に配設されたことを特徴とする
    請求項1又は2記載の鋼板の板厚変動測定装置。
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