JP3470354B2 - 加熱走行部材の寸法測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱走行部材の寸法測
定装置に関する。さらに詳しくは、熱間圧延後のワイヤ
のように高温でしかも高速で走行させられている長尺線
材の複数方向からの直径測定が迅速になし得る寸法測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼材ワイヤに代表される線材の精密圧延
においては、線材の直径公差は０．１ｍｍ程度という高
い値に設定されている。線材の直径公差を前記範囲内に
押さえるために、線材の直径測定がなされている。この
直径測定は圧延精度を知るために、圧延直後のホットな
状態での走行中に行う必要がある。この走行線材の直径
を測定する装置としては、ランプからなる発光源とＣＣ
Ｄイメージセンサーのような受光源とを整列的に対向配
置するとともに、これら発光源と受光源とを結ぶ光軸の
間に被測定対象となる線材を介在させ、前記受光源がキ
ャッチしたその線材による遮光幅を基礎として、その線
材の直径を算出する手段が知られている。

【０００３】しかるに、この走行線材の直径測定は、線
材の真円度を確認するため、その線材における周面の何
れの方向からも行う必要がある。したがって、線材の走
行路を挟んで発光源と受光源とを固定的に設けた固定式
の直径測定装置では、その線材の周方向にその測定装置
を多数基配設して、その直径測定を行うことが必要とな
る。

【０００４】また、かかる直径測定装置を周方向に多数
基配設する代わりに、図４に示すように、前記直径測定
装置ａを回転円板ｂ上に固定して、走行線材ｗの周方向
における多数箇所の直径測定がなし得るように構成され
た装置ａも知られている。この装置ａは、被測定対象物
となる走行線材ｗの走行路を中心として、その線材ｗの
周りを自在に回転する回転円板ｂと、この回転円板ｂに
おける一方の半径方向の所要位置に設けられ、その線材
ｗに向けて光線を照射するハロゲンランプからなる光源
ｃと、この回転円板ｂにおける他方の半径方向の所要位
置に設けられ、その線材を挟んでそのランプ光源ｃと対
向するＣＣＤイメージセンサーに代表される受光源ｄ
と、この受光源ｄがキャッチした光を基礎としてその線
材ｗの直径を算出する算出手段ｅとを主要構成要素とし
て備えてなる。なお、ランプ光源ｃと線材ｗとの間に
は、拡散光を平行光線に変換させてその線材ｗに照射す
るレンズｆが配設され、また線材ｗと受光源ｄとの間に
は、前記平行光線を結像するレンズｇが配設されてい
る。

【０００５】この装置ａにより直径測定を行う際には回
転円板ｂを回転させるとともに、ランプ光源ｃからの光
は、線材ｗにより遮られた後に受光源ｄにキャッチされ
る。そして、受光源ｄは、受けた光の幅を線材ｗでの遮
光幅に応じた電気信号に変換し、この信号により直径算
出手段ｅがその線材ｗの直径測定をリアルタイムで測定
するというものである。このように回転式の直径測定装
置ａでは、ランプ光源ｃおよび受光源ｄは線材ｗの周り
を回転するので、その線材ｗにおける周方向の何れの直
径をも測定することが可能である。

【０００６】前述した従来の回転式直径測定装置ａで
は、その光源ｃとしてハロゲンランプのようなフィラメ
ントを有する電球を使用し、また前記受光源ｄと前記直
径算出手段ｅとの間の電気信号の授受には、接触式のス
リップリング（図示せず）を使用している。そして、そ
の装置における回転円板ｂは、例えば２００ｒｐｍ程度
の回転数で回転させられている。しかるに、近年では直
径５．５ｍｍの線材ｗにおける精密圧延時の線材走行速
度は、最高で１００ｍ／秒という高速に達している。こ
のため、２００ｒｐｍ程度で回転する回転円板ｂにより
線材ｗの直径を測定する際は、この円板が１回転する間
に線材は約３０ｍも進むことになる。このことは、線材
ｗの異なる周面の直径測定を約１５ｍ置きにしかなし得
ないことを意味する。理想的には、測定中の線材ｗにお
ける同一断面に近い状態でのプロフィールが要求される
ので、極力短時間で異なる周方向での直径測定をなし得
るのが望ましい。

【０００７】そのためには、前記回転円板ｂを極力高速
で回転させ、線材ｗのなるべく同一断面に近似した異な
る周方向での直径測定を行う必要がある。しかし、従来
の直径測定装置では、回転円板ｂを高速で回転させる
と、その円板に配設したハロゲンランプｃに過大な遠心
力が加わり、そのためそのランプのフィラメントが折損
したり断線したりする。したがって、回転円板ｂの回転
速度を前述した２００ｒｐｍ程度の回転数よりも増大さ
せることはできない。また、それに加えて、回転円板ｂ
の回転数を増大させると、それに伴い、受光源ｄと直径
算出手段ｅとを電気的に結合するスリップリングとの間
で信号の授受にノイズを生じ、さらに機械的寿命も短く
なるという問題もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、高温に加熱さ
れた部材が高速で走行させられていても、その寸法を正
確に測定することができる加熱走行部材の寸法測定装置
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の加熱走行部材の
寸法測定装置は、回転円板と、フィラメントを有しない
光源と、シリンドリカルレンズと、第１凸レンズと、第
２凸レンズと、バンドパスフィルターと、受光手段と、
回転トランスとを備えてなり、前記回転円板が、加熱走
行部材の走行路を中心として、その部材の周りを回転自
在とされるとともに、前記光源がフィラメントを有しな
いので、同回転円板がスリップリングでは不可能な回転
数以上の高速回転とされ、前記光源と、第１凸レンズ
と、該レンズの前方または後方に位置するシリンドリカ
ルレンズとが、前記回転円板における一方の半径方向に
おいて、所定位置に配設され、前記第２凸レンズと、バ
ンドパスフィルターと、受光手段とが、前記回転円板に
おける他方の半径方向において、前記光源と対向する所
定位置に配設され、前記シリンドリカルレンズの長手方
向が、前記走行部材の走行方向と直角方向とされ、前記
バンドパスフィルターが、前記加熱走行部材から放射さ
れている光線のスペクトルを選択的に除去し、前記受光
手段が受光素子列からなるとともに、該受光素子列が前
記走行部材の走行方向と直角方向に配列され、該受光手
段からの信号が前記回転トランスにより取り出されてな
ることを特徴とする。

【００１０】本発明の加熱走行部材の寸法測定装置にお
いては、前記シリンドリカルレンズは、第１凸レンズの
前方または後方のいずれかに設けても良く、また前記フ
ィラメントを有しない光源が、発光ダイオードまたは半
導体レーザーであるのが好ましい。

【００１１】また、本発明の加熱走行部材の寸法測定装
置においては、前記第２凸レンズと受光手段との間の焦
点近傍に、長手方向が走行部材の走行方向に一致させら
れている長線形状のスリットが形成されているスリット
板が設けられてなるのが好ましい。

【００１２】さらに、本発明の加熱走行部材の寸法測定
装置においては、前記第２凸レンズの前方または後方に
減光フィルターが設けられてなるのが好ましい。

【００１３】

【作用】本発明の加熱走行部材の寸法測定装置における
光学系は前記のごとく構成されているので、光源から出
た光は、シリンドリカルレンズおよび第１凸レンズを通
過した後、走行部材の進行方向と直交する方向に関して
一定の幅を有する平行光線となる。この平行光線は、第
１凸レンズによりその焦点位置に集光される。本発明に
おいては、この焦点位置近傍に加熱走行部材が配置され
ているので、集光した光線の一部はここで加熱走行部材
により効率よく遮光される。この加熱走行部材により遮
光されなかった光線は、拡がりながら第２凸レンズに到
達する。この第２凸レンズにはこの他に高温に加熱され
た走行部材が放射する放射光も到達する。この走行部材
からの放射光は、第２凸レンズ通過後、その焦点位置近
傍に設けられているバンドパスフィルターにより選択的
に除去される。そのため、受光手段の受光素子には光源
からの光のみが到達する。したがって、通常の発光ダイ
オードやレーザー光線を光源として用いても加熱走行部
材の寸法を正確に測定することができる。

【００１４】また、光学系の光源としてフィラメントを
有しない光源を用いているので、光学系が配設されてい
る回転円板を高速で回転させることができる。そのた
め、加熱走行部材の同一断面に近い状態で周方向の複数
個所における寸法測定を行うことができる。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。

【００１６】図１は本発明の寸法測定装置の光学系の側
面図、図２は同平面図、図３は本発明の一実施例の寸法
測定装置の縦断面図である。図において、１は光学系、
２は寸法測定装置、Ｗは線材を示す。

【００１７】本発明の寸法測定装置の測定原理につい
て、図１および図２に示す光学系の説明図に基づいて説
明する。なお、図１および図２においては、加熱走行部
材として円形断面を有する圧延線材が用いられている。

【００１８】前述したように、回転式直径測定装置で
は、前記円板を高速で回転させると光源に大きな遠心力
が加わり、光源として採用したランプのフィラメントが
折損し断線するということになる。そこで、本発明にお
ける光学系１においては、フィラメントを有しない光源
１１が用いられて、大きな遠心力にも耐えるようにされ
ている。このフィラメントを有しない光源１１として
は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー
などが挙げられる。

【００１９】発光ダイオード等の光源１１から出た光
は、シリンドリカルレンズ１２および第１凸レンズ１３
を通過して加熱線材Ｗに照射される。ここで、シリンド
リカルレンズ１２は、図２に示すように、その長手方向
が線材Ｗの走行方向と直交するように配設され、これに
より光は長方形状に拡げられ、第１凸レンズ１３と相ま
って、両レンズを通過した光は線材Ｗの軸芯に集光する
よう調整されている。そのため、シリンドリカルレンズ
１２および第１凸レンズを通過した光は、図１および図
２に示すように、光学系１を横方向（側面）から眺めた
場合には平行光線となり（図１参照）、また上側から眺
めた場合には線材Ｗの軸芯近傍で焦点を結んでいる光線
となる（図２参照）。

【００２０】この線材Ｗを通過した光は、減光フィルタ
ー１４、第２集光レンズ１５、スリット板１６およびバ
ンドパスフィルター１７を通過してＣＣＤイメージセン
サーアレイからなる受光手段１８に導かれる。

【００２１】ここで、光源１１からの光は、線材Ｗによ
り一部遮光された後この減光フィルター１４によりその
光量が減じられる。また、約１０００℃に加熱されてい
る線材Ｗからも光が放射されているが、この放射光も同
様にこの減光フィルター１４により減光される。この減
光フィルター１４により減光された光の中で光源１１か
ら照射された光は、図１に示すように、第２凸レンズ１
５に平行に入射するので、第２凸レンズ１５の焦点に集
光する。一方、線材Ｗからその軸芯を中心に放射される
光のうち第２凸レンズ１５を通過した光の一部は、第２
凸レンズ１５の焦点付近にも集光し得る。そこで、第２
凸レンズ１５の焦点位置近傍に、図１および図２に示す
ような、長線形のスリットが形成されたスリット板１６
が設けられ、線材Ｗからの放射光が効率よく除去される
ようになっている。

【００２２】さらに、本実施例においては前記スリット
板１６の後ろに、スリットを通過してきた線材Ｗからの
放射光を選択的に除去するバンドパスフィルター１７が
設けられている。したがって、受光手段１８のＣＣＤイ
メージセンサーに到達する光は光源１１からの光のみと
なる。そのため、かかる光学系１を用いれば線材Ｗから
の放射光が確実に除去できるので、圧延直後における高
温状態の線材Ｗの直径を正確に測定することができる。

【００２３】なお、本実施例においては、線材Ｗからの
放射光を除去するために、減光フィルター１４、スリッ
ト板１６およびバンドパスフィルター１７を用いたが、
光源１１の発光強度を適宜調整することによりバンドパ
スフィルター１７のみとすることもできる。また、減光
フィルター１４の位置も第２凸レンズ１５の前に限定さ
れるものではなく、後とすることもできる。さらに光源
１１についで第１凸レンズ１３を設け、その後方にシリ
ンドリカルレンズ１２を設け、両レンズにて線材Ｗの軸
芯近傍に焦点を位置させても良い。

【００２４】次に、図３を参照しながら本発明の加熱走
行部材の寸法測定装置２の一実施例について説明する。
なお、光学系１としては、図１および図２に示すものが
用いられているので、その構成の説明については省略す
る。

【００２５】本実施例にかかわる寸法測定装置２は、精
密圧延がなされた直後で以下の仕様を有する線材Ｗの直
径測定を行うのに使用される。 線材直径：５．５ｍｍ 線材走行速度：１００ｍ／秒 線材温度：１０００°Ｃ程度

【００２６】図３において、符号２１は寸法測定装置２
の本体部をなす固定基台を示し、この固定基台２１に線
材Ｗの通過を許容する貫通孔２２が水平に穿設されてい
る。この貫通孔２２の内径は、線材Ｗの直径に比して充
分大きく設定されており、そしてこの貫通孔２２の内部
には中空回転軸３０が、左右一対の軸受２３，２３によ
り回転自在に支持されている。固定基台２１の内部に
は、前記貫通孔２２に対し直角に円板状の大径空間部４
０が形成され、この大径空間部４０の内部に、前記回転
軸３０の図中の左側端部にフランジ状に形成した回転円
板３１を非接触で収容可能となっている。また中空回転
軸３０の他端側は固定基台２１の図中の右外方に延出
し、この回転軸３０における図中の右側端部にプーリ３
２が配設されている。さらに、固定基台２１に配設した
モーター３６のプーリ３７と、前記中空回転軸３０に設
けたプーリ３２とにベルト３８が巻掛けられている。し
たがって、前記モーター３６を駆動すれば、固定基台２
１の内部に軸受２３，２３で支持した中空回転軸３０お
よび回転円板３１は、一体的に所要方向へ回転させられ
る。

【００２７】固定基台２１の内部に枢支した回転軸３０
の中空部には、これと平行に断熱スリーブ５０が非接触
となるように配設され、このスリーブ５０の内部を高温
状態の線材Ｗが高速で水平に走行し得るようになってい
る。また、固定基台２１の内部には、前記貫通孔２２に
対して直角に円板状の小径空間部４２が、この貫通孔に
沿って所要間隔で、例えば４つ形成され、各々の小径空
間部４２に後述する回転トランスの素子を収容可能とさ
れている。さらに、図３に示すように、固定基台２１に
おける貫通孔２２と中空回転軸３０との間には、前述し
た光学系１の光源１１と受光手段１８の電気回路（図示
せず）に電力を供給するためのスリップリング対２４，
２４が配設されている。

【００２８】この受光手段１８からの信号をスリップリ
ング２４で取り出すと、前述したように、ノイズが電気
信号に重畳されて、正確な寸法算出がなしえないので、
ここでは図３に示すように、回転トランス６０により行
われる。この回転トランス６０は、１次側コイルをプリ
ントした第１円板と、２次側コイルをプリントした第２
円板とを、同一軸線上に細隙を介して対向配置すること
により構成され、１次側コイルの電流により２次コイル
側に生起される誘導電流により、１次側の電気信号を非
接触で２次側に取り出すものである。すなわち、図３に
おいて、貫通孔２２に対し直角に形成した小径空間部４
２の垂直壁面に、２次側コイルをプリントした第２円板
６１が配設されている。また、１次側コイルをプリント
した第１円板６２が前記回転軸３０に同心配置され、こ
の第１円板６２は前記第２円板６１に細隙を介して対向
している。そして、第１円板６２の１次側コイルは、受
光手段１８の出力回路（図示せず）にリード線を介して
接続され、また第２円板の２次側コイルは、寸法算出手
段７０にリード線を介して接続されている。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の加熱走行
部材の寸法測定装置によれば、光源としてフィラメント
を有しない光源を用いるとともに、高温に加熱されてい
る走行部材からの放射光を受光手段の受光素子に到達す
る前に除去することができるよう構成された光学系を回
転円板に配設して高速回転させて、走行部材の寸法測定
を行っているので、走行部材の同一断面に近い状態で周
方向の複数個所における寸法測定が正確になし得るとい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の寸法測定装置の光学系の側面図であ
る。

【図２】同平面図である。

【図３】本発明の加熱走行部材の寸法測定装置の一実施
例の縦断面図である。

【図４】従来の直径測定装置を、被測定対象物である線
材の走行方向に対し直角をなす方向から観察した側面図
である。

【符号の説明】

１ 光学系 １１ 光源 １２ シリンドリカルレンズ １３ 第１凸レンズ １４ 減光フィルター １５ 第２凸レンズ １６ スリット板 １７ バンドパスフィルター １８ 受光手段 ２ 寸法測定装置 ２１ 固定基台 ２２ 貫通孔 ２３ 軸受 ２４ スリップリング ３０ 中空回転軸 ３１ 回転円板 ３２，３７ プーリ ３６ モーター ３８ ベルト ４０ 大径空間部 ４２ 小径空間部 ５０ スリーブ ６０ 回転トランス ６１ 第２円板 ６２ 第１円板 ７０ 寸法算出手段

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転円板と、フィラメントを有しない光
   源と、シリンドリカルレンズと、第１凸レンズと、第２
   凸レンズと、バンドパスフィルターと、受光手段と、回
   転トランスとを備えてなり、 前記回転円板が、加熱走行部材の走行路を中心として、
   その部材の周りを回転自在とされるとともに、前記光源
   がフィラメントを有しないので、同回転円板がスリップ
   リングでは不可能な回転数以上の高速回転とされ、 前記光源と、第１凸レンズと、該レンズの前方または後
   方に位置するシリンドリカルレンズとが、前記回転円板
   における一方の半径方向において、所定位置に配設さ
   れ、 前記第２凸レンズと、バンドパスフィルターと、受光手
   段とが、前記回転円板における他方の半径方向におい
   て、前記光源と対向する所定位置に配設され、 前記シリンドリカルレンズの長手方向が、前記走行部材
   の走行方向と直角方向とされ、 前記バンドパスフィルターが、前記加熱走行部材から放
   射されている光線のスペクトルを選択的に除去し、 前記受光手段が受光素子列からなるとともに、該受光素
   子列が前記走行部材の走行方向と直角方向に配列され、 該受光手段からの信号が前記回転トランスにより取り出
   され てなることを特徴とする加熱走行部材の寸法測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記フィラメントを有しない光源が、発
   光ダイオードまたは半導体レーザーであることを特徴と
   する請求項１記載の加熱走行部材の寸法測定装置。
3. 【請求項３】 前記第２凸レンズと受光手段との間の焦
   点近傍に、長手方向が走行部材の走行方向に一致させら
   れている長線形のスリットが形成されているスリット板
   が設けられていることを特徴とする請求項１または２記
   載の加熱走行部材の寸法測定装置。
4. 【請求項４】 前記第２凸レンズの前方または後方に減
   光フィルターが設けられてなることを特徴とする請求項
   １、２または３記載の加熱走行部材の寸法測定装置。