JP3625465B2

JP3625465B2 - 厚さ計

Info

Publication number: JP3625465B2
Application number: JP2003056582A
Authority: JP
Inventors: 政光西川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2017-05-06
Also published as: JP2003227707A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光等を使用した厚さ計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の厚さ計は、例えば図１０に示すように構成されている。即ち厚さ計は、検出部１０１と、この検出部１０１からの検出信号を演算処理する演算処理部１０２とからなり、検出部１０１は、Ｃ形フレーム１０３の上部及び下部に夫々レーザ距離計からなる上部距離センサ１０４及び下部距離センサ１０５が取り付けられている。距離センサ１０４は投光器１０４ａ及び受光器１０４ｂを、また距離センサ１０５は投光器１０５ａ及び受光器１０５ｂを夫々有する。Ｃ形フレーム１０３の下部には車輪１０６が設けられて、Ｃ形フレーム１０３は台車としても機能し、台車モータ１０７により駆動されて、レール１０８上を左右に走行する。
測定対象物１０９の厚さを測定する場合は、同図（ａ）に示すように、Ｃ形フレーム１０３を測定対象物１０９のあるオンライン側に移動させ、２つの距離センサ１０４、１０５により測定対象物１０９の厚さを測定する。
校正を行う場合は、同図（ｂ）に示すように、Ｃ形フレーム１０３をオフライン側に後退させ、オフライン側に固定されて設けられている校正片１１０の厚さを２つの距離センサ１０４、１０５により測定し、校正を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構成の従来の厚さ計、すなわち放射線を用いた厚さ計では、応答速度が遅いため、圧延ラインのスタンド間または出側に設けられた厚さ計で、厚さの周期的な変動（圧延異常）を検出することが困難であった。
本発明は、測定の高速化により、短ピッチ毎の厚さデータを得ることができ、圧延異常を検出することができる厚さ計を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、測定対象物の第１及び第２の側に夫々設けられ、測定対象物に対して光を照射し測定対象物からの反射光を受光して測定対象物までの距離に関する第１及び第２の信号を夫々得る第１及び第２の距離測定手段と、これら第１及び第２の距離測定手段で得られた第１及び第２の信号により測定対象物の厚さを算出する手段とを有し圧延ラインの圧延スタンドのスタンド間または出側に設置された厚さ計において、圧延ロールの１回転パルスの周期中の同じタイミング位置にある厚さ測定値を複数周期に亘って同期加算し、同期加算された測定値の最大値と最小値との差が所定値以上であるときは異常であると判定することを特徴とする。
このような構成によれば、圧延ロールの偏芯、圧延ロールの傷等圧延ロールに起因する圧延異常を検出することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の図面において、同一部分又は対応部分は同符号で示す。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る厚さ計の検出部の概略構成を示す図である。
即ち、Ｃ形フレーム１３の上部１３ａ及び下部１３ｂには、レーザ距離計からなる上部距離センサ１４及び下部距離センサ１５が夫々取り付けられる。上部距離センサ１４は投光器１４ａ及び受光器１４ｂを、また下部距離センサ１５は投光器１５ａ及び受光器１５ｂを夫々有する。Ｃ形フレーム１３の中間部１３ｃには可動支持部材１６により支持されて校正片１７が取り付けられる。
測定対象物例えば鋼板の厚さを測定する場合は、上部距離センサ１４と下部距離センサ１５との間の測定空間に測定対象物例えば鋼板を置き、上部距離センサ１４により三角測量の原理により測定対象物の上側表面までの距離を、また下部距離センサ１５により三角測量の原理により測定対象物の下側表面までの距離を、夫々測定し、演算処理部（図示せず）において、両センサ間の距離からこれらの距離を引くことにより厚さを求める。
【０００６】
校正を行うには、測定対象物である鋼板がないときに、厚さが既知の校正片１７をすばやく出し入れし、校正片１７が上部距離センサ１４と下部距離センサ１５との間の測定空間にあるときに校正片１７の厚さを測定対象物の場合と同様にして測定し、この測定値と既知の値との差をとって補正値とし、この補正値により測定対象物の厚さの実測値の補正を行う。
この第１の実施形態では、校正を行うために、測定対象物である鋼板のない時間が２〜３秒あればよく、従来のものに比べて鋼板のない時間が短くてよいので、従来のものより校正の頻度を高めることができる。従って、測定精度の低下を防ぐことができるので、従来のものと比較して、より高精度な厚さデータを得ることができる。
この第１の実施形態に係る厚さ計を鋼板の圧延ラインに適用した場合について更に詳細に説明する。この場合の、より具体的な構成を図２に示す。同図（ａ）は測定対象物の厚さを測定する場合、同図（ｂ）は、校正を行う場合の図である。図において、１１は検出部、１２は演算処理部である。検出部１１はＣ形フレーム１３を有し、このＣ形フレーム１３の上部１３ａ及び下部１３ｂには、上部距離センサ１４及び下部距離センサ１５が夫々取り付けられる。またＣ形フレーム１１の中間部１３ｃには可動支持部材１６により支持されて厚さが既知の校正片１７が取り付けられる。この校正片１７は、駆動部１８により駆動される可動支持部材１６により左右に移動することができるように構成されている。
【０００７】
更に、Ｃ形フレーム１３の上部及び下部において、上部距離センサ１４に隣接した位置に、温度計１９及び加速度計２０、下部距離センサ１５に隣接した位置に及び温度計２１及び加速度計２２が夫々設けられている。
測定対象物２３の厚さを測定する場合は同図（ａ）に示すように、測定対象物である鋼板２３が上部距離センサ１４と下部距離センサ１５との間の測定空間にあり、校正片１７はＣ形フレーム１３の中間部１３ｃ寄りに後退した位置にある。検出部１１の上部距離センサ１４及び下部距離センサ１５により得られた検出信号は演算処理部１２に供給され、演算処理部１２において、上部距離センサ１４からの検出信号を用いて三角測量の原理により測定対象物２３の上側表面までの距離を、また下部距離センサ１５からの検出信号を用いて三角測量の原理により測定対象物の下側表面までの距離を、夫々算出し、両センサ間の距離からこれらの距離を引くことにより厚さを求める。
ここで、測定対象物２３が通過する空間がある範囲に限られているため、測定対象物２３がある場合の上部距離センサ１４及び下部距離センサ１５での測定値は所定の値以下となる。測定対象物がない場合は、上部距離センサ１４によりＣ形フレーム１３の下部１３ｂまでの距離を、また下部距離センサ１５により、Ｃ形フレーム１３の上部１３ａまでの距離を夫々測定することになり、この測定値は、測定対象物２３がある場合の所定の値より大きい。従って、両距離センサ１４、１５で測定される距離が所定の値より小さいか大きいかにより演算処理部１２において測定対象物２３の有無を判定することができる。
【０００８】
校正を行う場合は、演算処理部１２における測定対象物２３がないと判定した判定信号により、または、上位の計算機からの測定対象物がないことを示す信号または校正指示信号を受信しこの信号により、演算処理部１２から検出部１１の駆動部１８に駆動指令信号を送出し、厚さが既知の校正片１７を同図（ｂ）に示すようにライン側の測定空間に移動させ、この校正片１７の厚さを測定して既知の値との差をとって補正値とし、この補正値により測定対象物の厚さの実測値の補正を行う。
ところで、周囲の温度変化によりＣ形フレーム１３の上部に取り付けられた上部距離センサ１４及びＣ形フレーム１３の下部に取り付けられた下部距離センサ１５の温度も変化する。この温度変化により、上部距離センサ１４の投光器１４ａと受光器１４ｂとの間の距離、及び下部距離センサ１５の投光器１５ａと受光器１５ｂとの間の距離が夫々変化するので、上部距離センサ１４及び下部距離センサ１５で測定される距離はこの影響を受けて変化する。
この温度変化による影響を補正するためＣ形フレーム１３の上部に設けられた温度計１９、及びＣ形フレーム１３の下部に設けられた温度計２１により温度を測定し、予め測定していた温度に基づく補正データにより、測定対象物の厚さの実測値の補正を行う。
【０００９】
また、Ｃ形フレーム１３に加わる衝撃等による振動や、測定対象物の幅方向に亘って厚さを次々に測定するためのＣ形フレーム１３の移動により、Ｃ形フレーム１３の上部及び下部には加速度が加わることがあり、上部距離センサ１４及び下部距離センサ１５で測定される距離は、この加速度の影響を受けて変化する。
そこで、この加速度による影響を補正するためＣ形フレーム１３の上部に設けられた加速度計２０、及びＣ形フレーム１３の下部に設けられた加速度計２２により加速度を測定し、予め測定していた加速度に基づく補正データにより、測定対象物の厚さの実測値の補正を行う。
このように温度と加速度に基づく補正を行うことにより、より精度の高い厚さデータを得ることができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る厚さ計について説明する。図３はこの第２の実施形態の検出部の概略構成を示す図である。
この実施形態においては、第１の実施形態におけるように校正片１６を移動させずに、固定させるように構成している。図に示すように、測定対象物がないとき、上部距離センサ１４の投光器１４ａからのレーザ光が照射されるＣ形フレームの下部の所定位置に校正片１７Ａを、そして下部距離センサ１５の投光器１５ａからのレーザ光が照射されるＣ形フレームの上部の所定位置に校正片１７Ｂを夫々配置する。このとき、距離センサ１４の投光器１４ａからのレーザ光の照射経路と、下部距離センサ１５の投光器１５ａからのレーザ光の照射経路とがずれるように投光器１４ａ及び校正片１７Ｂ並びに投光器１５ａ及び校正片１７Ａを配置する。なお図において、Ｓで示す範囲が測定対象物が通過する空間である。
【００１０】
測定対象物（図示せず）がある場合は、測定対象物の厚さを測定する。測定対象物がない場合は、上部距離センサ１４により校正片１７Ａまでの距離を、また下部距離センサ１５により、校正片１７Ｂまでの距離を夫々測定し、これら各測定値とこれらの各校正片１７Ａ、１７Ｂまでのそれぞれの既知の距離との差を算出し、これらの値を用いて補正値を求め、この補正値により測定対象物の厚さの実測値の補正を行う。
この場合においても、測定対象物が通過する空間がある範囲Ｓに限られているため、測定対象物がある場合の上部距離センサ１４及び下部距離センサ１５での測定値は所定の値以下となる。測定対象物がない場合は、上部距離センサ１４により校正片１７Ａまでの距離を、また下部距離センサ１５により、校正片１７Ｂまでの距離を夫々測定することになり、この測定値は、測定対象物がある場合の所定の値より大きい。従って、両距離センサ１４、１５で測定される距離が所定の値より小さいか大きいかにより測定対象物の有無を判定することができる。
この第２の実施形態の場合は、第１の実施形態のように校正片を出し入れする必要がないので、測定対象物のない時間が第１の実施形態の場合より更に短くてよく、０．１秒以下の時間で測定が可能となる。なお、この実施形態においては、２つの校正片１７Ａ、１７Ｂを設けたが、このうちの一方のみを設けて校正を行うことも可能である。
【００１１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る厚さ計について説明する。この実施形態は圧延ラインのスタンド間に厚さ計を設置した場合において、鋼板の傾きを精度良く測定し、これにより厚さの補正を行うものである。
図４はこの構成を示すもので、４１、４２は夫々圧延ラインの第１及び第２のスタンド（圧延機）、１１は厚さ計の検出部、１４及び１５は夫々上部距離センサ及び下部距離センサである。また、４３はルーパで、このルーパ４３は、先端にロール４３ａを取り付けたアーム４３ｂ、およびこのアーム４３ｂを上下に回動させる駆動部４３ｃからなる。
このように圧延ラインのスタンド４１、４２間に厚さ計を設置した場合、測定対象物である鋼板２３はルーパ４３により上下移動する。そのため、厚さ計で測定している鋼板２３は図のように傾いているので、測定した厚さと実際の厚さに差がでる。
これを、補正するため、下部距離センサ１５で求めた距離の測定値から、鋼板２３の傾き角を求め、この値を用いて、測定した厚さを実際の厚さに変換する。即ち、鋼板２３の傾き角をθ１、下部距離センサ１５で求めた距離をｘ、下部距離センサ１５と第１のスタンド４１との間の水平距離をａ、鋼板２３が傾いていない場合の下部距離センサ１５から鋼板２３までの距離をｂとすると、
（ｘ−ｂ）／ａ＝ｔａｎθ１
となり、これよりθ１を求めると次のようになる。
【００１２】
θ１＝ｔａｎ−１（（ｘ−ｂ）／ａ）
上下の距離センサ１４、１５より求めた厚さｔは、鋼板２３が角度θ１傾いた状態での測定値であるから、鋼板２３の真の厚さｔｚは、次の通りとなる。
【００１３】
ｔｚ＝ｔ＊ｃｏｓθ１
このようにして、鋼板２３の実際の厚さを求めることができる。また、ルーパ角θ２、ルーパ基準角θ３が、上位の計算機より得られる場合は、傾き角θ１は次のようにして求めることができる。即ち、第１のスタンド４１とルーパ４３のロール４３ａとの間の水平距離をｄ、ルーパ４３のアーム４３ｂの支点とロール４３ａとの間の水平距離をｃとし、θ２＝θ３のときにθ１＝０となるとすると、
ｔａｎθ１＝ｃ＊（ｔａｎ（９０−θ２）−ｔａｎ（９０−θ３））／ｄ
となるので、これよりθ１が求められる。上下の距離センサより求めた厚さｔは、鋼板２３が角度θ１傾いた状態での測定値であるから、鋼板２３の真の厚さｔｚは、次の通りとなる。
【００１４】
ｔｚ＝ｔ＊ｃｏｓθ１
ここで、上位の計算機より得られたルーパ角θ２、θ３により求めた傾き角θ１を、下部距離センサ１５で求めた傾き角θ１と対比させ、両者がある所定範囲を越える場合はロール４３ａの摩耗、距離センサ１５の異常、またはルーパ角情報の異常等であるので、このことを上位の計算機に知らせる。
両者がある所定範囲内の場合は、上述のように傾き角θ１による厚さの補正を行ない、真の厚さｔｚを求める。従って、この実施形態によれば、スタンド間において鋼板の傾きを精度良く測定し、鋼板が傾いている場合においても厚さデータの精度を高めることができる。またロール４３ａの摩耗、距離センサ１５の異常、またはルーパ角情報の異常等を検出することもできる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る厚さ計について説明する。この実施形態は圧延ラインのスタンド間あるいは出側に厚さ計を設置した場合において、レーザ厚さ計のもつ、高速性（高応答性）と高精度を利用して、圧延ロールの回転分割パルスに同期して測定した測定値を、同期加算したデータから圧延の異常を検出するものである。
図５は厚さ計をスタンド間に設置した場合の概略構成を示す。図において５１、５２は夫々圧延ラインの第１及び第２のスタンド（圧延機）、１１は厚さ計の検出部、１４及び１５は夫々上部距離センサ及び下部距離センサである。また、ＰＧは第２のスタンド５２の圧延ロール５２ａの回転軸に取り付けられたパルス発生器で、図６（ａ）に示すように圧延ロール５２ａが１回転する毎に１つのパルス（１回転パルス）と、同図（ｂ）に示すように１回転する毎に所定数の分割パルス（鋼板でいうところの定長パルス）とを生成する。
【００１５】
厚さ計の演算処理部（図示せず）においては、パルス発生器ＰＧから得られた分割パルスに同期して厚さ測定値を得る。そして１回転パルスが所定数生成される期間（即ち圧延ロール５２ａが所定数回転する期間）において、各１回転パルスの周期中の同じタイミング位置にある分割パルス位置の厚さ測定値を所定数同期加算し、図６（ｃ）に示すように各分割パルス位置毎の同期加算測定値を得る。そして、この同期加算測定値の最大値と最小値との差ａが所定値以上である場合は、例えば圧延ロール５２ａの偏芯、圧延ロールの傷等ロールに起因する圧延異常であると判定する。
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る厚さ計について説明する。この実施形態は圧延ラインのスタンド間あるいは出側に厚さ計を設置した場合において、レーザ厚さ計のもつ、高速性（高応答性）と高精度を利用して、圧延ロールの回転分割パルスに同期して測定した測定値の距離による自己相関をとり、圧延の異常を検出するものである。
図７は厚さ計を複数のスタンドの出側に設置した場合の概略構成を示す。図において７１、７２、７２３、７４は圧延ラインのスタンド（圧延機）、１１は厚さ計の検出部、１４及び１５は夫々上部距離センサ及び下部距離センサである。また、ＰＧは圧延機４３の圧延ロール７１ａの回転軸に取り付けられたパルス発生器で、図６（ａ）に示すように圧延ロール７１ａが１回転する毎に１つのパルス（１回転パルス）と、同図（ｂ）に示すように１回転する毎に所定数の分割パルス（鋼板でいうところの定長パルス）とを生成する。
【００１６】
厚さ計の演算処理部（図示せず）においては、パルス発生器ＰＧから得られた分割パルスに同期して厚さ測定値を得る。そして、この測定値の距離による自己相関をとり、図８に示すように各加算位置毎の厚さ加算値を得る。そして平均値に対して、所定値以上の差がある場合は、異常と判定し、その加算位置を出力する。
このとき、複数のスタンド７１、７２、７２３、７４の各圧延ロールの外周の長さ即ち各圧延ロールが１周するときの各圧延ロールの位置での鋼板２３の長さと、厚さ計の検出部１１における鋼板２３の長さとの間には一定の対応関係があり、しかも各圧延ロールの外周の長さに対応する厚さ計の検出部１１における鋼板２３の長さは各圧延ロール毎に異なっているので、厚さ計の検出部１１において異常と判定された加算値に対応する加算位置（距離）から、どのスタンドの圧延ロールによる圧延異常であるかを判定することができる。
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係る厚さ計について説明する。この実施形態は圧延ラインのスタンドの出側または入側に厚さ計を設置した場合において、鋼板の傾きを精度良く測定し、これにより厚さの補正を行うものである。
【００１７】
図９はこの構成を示すもので、９１はスタンド（圧延機）、１１は厚さ計の検出部、１４及び１５は夫々上部距離センサ及び下部距離センサである。図示のように鋼板２３が傾いている場合、上下の距離センサ１４、１５により測定した厚さと実際の厚さに差がでる。
これを、補正するため、下部距離センサ１５で求めた距離の測定値から、鋼板２３の傾き角を求め、この値を用いて、測定した厚さを実際の厚さに変換する。
即ち、鋼板２３の傾き角をθ、下部距離センサ１５で求めた距離をｂ、鋼板２３が傾いていない場合の下部距離センサ１５から鋼板２３までの距離をａ、下部距離センサ１５とスタンド９１との間の水平距離をｃとすると、傾き角θは次のようになる。
【００１８】
θ＝ｔａｎ−１（（ｂ−ａ）／ｃ）
そして、鋼板２３の真の厚さｔｚは、次の通りとなる。
【００１９】
ｔｚ＝ｔ＊ｃｏｓθ
このようにして、鋼板２３の実際の厚さを求めることができる。従って、この実施形態によれば、スタンドの出側または入側において鋼板２３の傾きを精度良く測定し、鋼板２３が傾いている場合においても厚さデータの精度を高めることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測定の高速化により、短ピッチ毎の厚さデータを得ることができるので、これにより圧延異常を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る厚さ計の検出部の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る厚さ計のより具体的な構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る厚さ計の検出部の概略構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る厚さ計の概略構成を示す図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る厚さ計の概略構成を示す図。
【図６】本発明の第４の実施形態における各部で得られる信号及び演算結果を示す図。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る厚さ計の概略構成を示す図。
【図８】本発明の第５の実施形態における演算結果を示す図。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る厚さ計の概略構成を示す図。
【図１０】従来の厚さ計の構成を示す図。
【符号の説明】
１１、１０１…検出部
１２、１０２…演算処理部
１３、１０３…Ｃ形フレーム
１４、１０４…上部距離センサ
１５、１０５…下部距離センサ
１４ａ、１５ａ，１０４ａ、１０５ａ…投光器
１４ｂ、１５ｂ、１０４ｂ、１０５ｂ…受光器
１６…可動支持部材
１７、１１０…校正片
１８…駆動部
１９、２１…温度計
２０、２２…加速度計
２３…測定対象物（鋼板）
４１、４２、５１、５２、７１、７２、７３、７４、９１…スタンド（圧延機）
４３…ルーパ
４３ａ…ロール
４３ｂ…アーム
４３ｃ…駆動部
５２ａ、７１ａ…圧延ロール
ＰＧ…パルス発生器
１０６…車輪
１０７…台車モータ
１０８…レール

Claims

測定対象物の第１及び第２の側に夫々設けられ、測定対象物に対して光を照射し測定対象物からの反射光を受光して測定対象物までの距離に関する第１及び第２の信号を夫々得る第１及び第２の距離測定手段と、これら第１及び第２の距離測定手段で得られた前記第１及び第２の信号により測定対象物の厚さを算出する手段とを有し圧延ラインの圧延スタンドのスタンド間または出側に設置された厚さ計において、圧延ロールの１回転パルスの周期中の同じタイミング位置にある厚さ測定値を複数周期に亘って同期加算し、同期加算された測定値の最大値と最小値との差が所定値以上であるときは異常であると判定することを特徴とする厚さ計。