JP3777900B2

JP3777900B2 - プロフィル測定装置および圧延機微調整方法

Info

Publication number: JP3777900B2
Application number: JP24340199A
Authority: JP
Inventors: 輝久岩田; 善己福高; 善範穴吹; 孝也小川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: JP2001066115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線材に代表される棒状材の外径寸法およびプロフィルを測定するプロフィル測定装置と、該装置を適用した圧延機調整方法に関する。
なお、以下では対象材を線材として説明するが、棒状材一般に適用できるものであり、更には、管材にも適用できるものであることは言うまでもない。
【０００２】
【従来の技術】
線材等棒状材の外径およびプロフィルを測定する装置として、例えば、回転方式のプロフィル測定装置がある。
該装置は、回転するドーナツ状の円盤の上に投光部と受光部を対向して配設し、中央の穴を貫通する線材の外径を回転しながら測定し、そのプロフィルを測定するものである。線材の外径測定は、図２に示すように、投光部３内の投光器3aからの光を投光レンズ3bで平行光線とし、その平行光線でできた線材Ｗの影を受光部４内の受光レンズ4bで集光した受光センサ4aで測定することで行う。なお、受光センサ4aとしてはＣＣＤラインセンサ等が適用される。
【０００３】
そして、これらの投光部と受光部は回転するドーナツ状の円盤の上に配設されており、線材の周りを回転しながら連続して外径測定が行なわれ、プロフィルの測定が行われるのである。
回転式のプロフィル測定装置の場合、投光器への電源供給や受光センサからの信号の授受には、一般にスリップリングが用いられている。
【０００４】
ところが、スリップリングは設備的に高価であり、また、設備も複雑かつ大型になる等の理由から、ドーナツ状の円盤を揺動させることでプロフィルを測定することも行われている。
特開平2-222803号公報では、従来、少なくとも180 ゜、例えば190 ゜の範囲で揺動させていたのを、熱間ビレットへの好適な適用例として、２対の投光部と受光部を配設して少なくとも90゜、好ましくは100 ゜の範囲で揺動させることで、必要とする精度で測定を行えることが開示されている。
【０００５】
ここで、少なくとも180 ゜、例えば190 ゜の範囲で揺動させる方法について、図５を用いて説明する。図示（ａ）のように、ドーナツ状の円盤５の円周上にドッグ24を固設し、そのドッグ24の到来を検出するドッグ検出器25a 、25b をそれぞれ０゜の手前位置（例えば、−５゜位置）と180 ゜を超えた位置（例えば、185 ゜位置）に設けておく。そして、（ｂ）に示すように円盤５が時計回りで回転し、ドッグ検出器25b がドッグ24の到来を検出した時点で円盤の回転方向を逆転させ、反時計周りとする。次に、（ｃ）に示すようにドッグ検出器25a がドッグ24の到来を検出した時点で再び回転方向を反転させ、揺動を行わせるのである。このようにして、少なくとも180 ゜、例えば190 ゜の範囲での揺動を容易に実現できる。また、本方式は、同様にして90゜の揺動にも容易に適用することができ、１回転、すなわち、360 ゜未満の揺動に適用できるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
回転方式のプロフィル測定装置では、信号伝達手段としてスリップリングを用いることが必要となり、以下の問題がある。
(1) スリップリングのブラシ摩耗のチェック、必要に応じブラシ交換等のメンテナンス負荷が大きい。
(2) 設備的に高価となる。
(3) 装置が複雑かつ大型となる。
【０００７】
一方、揺動式のプロフィル測定装置では、以上の問題点は解消されるものの、正転と逆転の繰り返しとなるため、測定したプロフィルは、途中で折り返した形状となって記録計に出力されることになる。
回転式では、連続した測定となるため、測定する線材のプロフィルが繰り返して記録計に出力されるが、揺動式では、折り返し測定となるため、測定したプロフィルが連続しないという欠点がある。
【０００８】
特に、線材の圧延工程中では、その断面は必ずしも真円ではなく、図６に示すように、線材Ｗが圧延ロール30に接触する天地31と、開放部のオーバル32の２箇所が存在し、扁平な形状となっている場合がある。
このような形状のプロフィルを測定した場合、特に線材がねじれて、いわゆるたおれが発生していると、180 ゜程度の揺動では、天地もしくはオーバルの測定途中で折り返しが発生することになり、プロフィルの測定結果がきわめて見にくくなってしまう。
【０００９】
その結果、プロフィル測定装置でプロフィル（天地とオーバル）を測定し、その結果に基づき、直前または直後に設置された圧延機のロールギャップの微調整を行うことは非常に困難であった。
本発明は、上記の問題を解決し、設備的に安価で、かつ、従来実現できなかった±360 ゜以上の揺動を可能とした揺動型プロフィル測定装置を提供するとともに、該装置において線材のプロフィル（天地とオーバル）を記録計等に見やすく出力することを目的とする。さらに、本装置の適用によって圧延ロールの微調整を容易に行えるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中心部に開口穴を有する円盤と、該円盤に対向して付設された少なくとも１対の投光部と受光部と、前記円盤を揺動させる揺動用モータとから構成され、前記円盤を揺動させつつ、前記開口穴を貫通する線材の外径とプロフィルを測定するプロフィル測定装置であって、前記円盤の外周面に固設したタブと、該タブが前記円盤の揺動に応じて当接し、当接したタブによって自在に移動可能とされたドッグと、該ドッグの移動を規制するガイドと、前記ドッグを両側から押圧して、前記タブが当接していない状態では前記ガイドのセンタに位置するようにバランスさせたバネと、前記ガイドの両サイドに配設され、ドッグの到来を検出するドッグ検出器と、該ドッグ検出器の検出信号を入力とし、揺動用モータに揺動の反転指令を出力する揺動コントローラと、を有することを特徴とする±360 ゜以上の揺動を可能としたプロフィル測定装置によって上記課題を解決したのである。
【００１１】
また、少なくとも１対の投光部と受光部を対向して付設した円盤を±360 ゜以上揺動させながら線材のプロフィルを測定し、測定したプロフィルをもとにして、圧延機の圧延ロールの微調整を行い、調整完了後に圧延を開始することを特徴とする圧延機微調整方法によって上記課題を解決した。
さらに、前記プロフィルが、基準外径値との偏差を記録計に出力した外径偏差出力であり、前記微調整が、前記外径偏差出力の天地とオーバルの値を見て、ロール間隙を微調整するものであるとすることが好適であることを見出したのである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のプロフィル測定装置について、図１に基づき説明する。
プロフィル測定装置２は、投光部３と受光部４がドーナツ状の円盤５の上に対向して配設され、該円盤５が、揺動用モータ７によって駆動ベルト19を介して揺動する構成とされている。
【００１３】
円盤５の円周面上には、タブ13が固設されており、このタブ13は円盤５の揺動に応じて後述のドッグ14に当接する。
一方、図４（ａ）に示すように、ドッグ14はガイド17に沿って遊動可能とされており、バネ17でその両側から押圧されて、通常は、センタ位置に保持される構造となっている。そして、タブ13がそのドッグ14に当接すると、ドッグ14はタブ13に押されてガイド17に沿って移動する。
【００１４】
ガイド17の両サイドには、ドッグ14の到来を検出するドッグ検出器15a 、15b が設けられており、タブ13に押されて移動してきたドッグ14の到来を検出する（図４（ｂ）、（ｃ）参照）。
ドッグ検出器15a 、15b の検出信号は、揺動コントローラ６に接続されており、揺動コントローラ６はドッグ検出信号の受信によって揺動用モータ７に揺動を反転させる指令を出力する。なお、18は機械的なストッパであり、ドッグ14の遊動限界である。
【００１５】
ここで、バネ17は、図示のようにコイルバネとしてもよく、又、空気バネとしてもよい。
ドッグ検出器15a 、15b は、近接スイッチ、光電スイッチ等の非接触センサを用いてもよく、また、ドッグ14との接触をリミットスイッチ等で検出するようにしてもよい。
【００１６】
以上説明したように、ドッグ14がガイド17を遊動させ、ドッグ検出器15a 、15b によってその到来を検出する方式を採用したことで、円盤５を１回転以上揺動することが可能となったのである。
例えば、ドッグ検出器15a 、15b の位置を、円盤５の回転角に換算して、±10゜の位置とすることで、円盤の揺動を−10〜＋370 ゜の範囲とすることができ、±360 ゜以上の揺動を容易に実現することができる。
【００１７】
ここで、投光部３と受光部４の詳細は、図２において既に説明している。
駆動ベルト19は、例えば、チェーンとしてもよく、ラック・ピニオン等のギア構成とすることも可能である。
信号伝達用のケーブルである信号線８は、図示ではケーブルドラム20に巻きとられるようになっており、円盤５の揺動に応じて信号線８の繰り出しと収納が自動的に行なわれる。なお、図示の方式に限定されるものではなく、円盤５の揺動に応じて信号線８の繰り出しと収納が支障無く行えるものであればよく、ケーブルベア方式などを採用することも可能である。
【００１８】
信号線８は、接続箱12を介して、信号処理部９に接続される。信号処理部９では、別に入力された基準外径値との偏差が演算され、その上下限チェックを行い、異常の場合には警報表示部11で警報表示を行う。また、基準外径値との偏差は、記録計出力部10において偏差出力として記録紙等に出力される。
ここで、線材Ｗの圧延設備は、多数連設された圧延機から構成される。
【００１９】
プロフィル測定装置２は、図示のように圧延機１の出側に設置される場合と、図示とは逆に、圧延機の入側に設置される場合がある。また、圧延機間に設置される場合もある。
そして、線材Ｗの外径はずれをチェックするための品質管理用として用いられると同時に、圧延機の圧延ロールのロール間隙を微調整するための測定手段としても用いられる。
【００２０】
次に、図３に示すフローに沿って、本発明のプロフィル測定装置を適用した線材の圧延工程について説明する。
プロフィル測定装置の測定が開始され、揺動を開始すると、外径寸法Ｄi が測定される（100 ）。ここで、プロフィル測定装置の信号処理部には、あらかじめ別の手段によって基準外径寸法値Ｄa がセットされている。
【００２１】
まず、サイズ替え直後のロール間隙の微調整処理においては、外径偏差（Ｄi −Ｄa ）が記録計に出力され（110 ）、その出力結果から線材の断面形状推定を行う（120 ）。そして、その推定結果に応じて、圧延ロール間隙の微調整を行い（130 ）、ロール調整ＯＫとなるまで（140 ）、微調整が繰り返され、ロール調整ＯＫとなれば調整作業を完了して圧延が開始される（150 ）。
【００２２】
一方、圧延開始後の圧延中の外径寸法監視処理では、測定した外径Ｄi と外径寸法許容最大値Ｄmax の比較処理（160 ）と、外径寸法許容最小値Ｄmin の比較処理（170 ）が行われ、許容範囲内であれば合格品と格付けされ（180 ）、許容範囲をはずれている場合には、警報表示（190 ）を行い、不合格品と格付けされる（200 ）。
【００２３】
不合格の場合には、必要に応じ、圧延ロール間隙の再調整が行われる（210 ）。この場合、外径偏差（Ｄi −Ｄa ）の記録計出力結果から線材の断面形状推定を行い（120 ）、再調整処理を行うのである。
なお、圧延ロールの微調整を行うのに用いる外径偏差出力は、圧延機出側に設置したプロフィル測定装置の値を用いてフィードバックして微調整を行ってもよく、また、圧延機入り側に設置したプロフィル測定装置の値を用いてフィードフォワードして微調整を行うようにしても良い。
【００２４】
なお、ここでは、記録計出力をオペレータが見て調整する方法について説明したが、自動化を図り、外径偏差出力の特徴量の自動抽出を行い、ロール間隙の自動調整を行うようにすることも可能である。
【００２５】
【実施例】
実施例として、図６で説明した天地・オーバルのある線材Ｗのプロフィルを測定した結果について説明する。
まず、比較例１として、スリップリングを適用した回転型プロフィル測定装置で測定した測定結果を図７に示す。
【００２６】
回転型では、天地とオーバルが連続して繰り返し出力される。そのため、線材Ｗにたおれが発生している場合でも、出力波形の位相がずれるだけで、連続した波形そのものに変化はない。
次に、±180 ゜揺動型のプロフィル測定装置での測定結果を比較例２として図８に示す。
【００２７】
±180 ゜揺動型では、線材のたおれの発生状況に応じて出力される波形が変化することになる。図８では、その代表的な２つの例をケース１、ケース２として示している。
特に、±180 ゜揺動型では、その正転から逆転、あるいは逆転から正転へと揺動方向が変化する際に、揺動を減速、停止、加速させることが必要であり、出力波形に間延びが生じることになり、波形が見にくくなるという問題がある。
【００２８】
この間延びは、記録計の送り速度を揺動の減速、停止、加速にあわせて制御することで補正が可能であるが、その補正を行うには極めて複雑な制御機構が必要であり、また、高額の設備投資も必要となる。
更に、±180 ゜揺動型ではたいていの場合、天地あるいはオーバルの測定途中で揺動が逆転することになり、記録計出力の出力途中で波形が反転する。このことも出力が見にくくなる要因のひとつである。
【００２９】
そのため、記録計出力前に信号処理を行い、反転した波形を再反転させてから出力することも可能であるが、複雑なソフト処理が必要であり大幅なコストアップの要因となる。また、再反転処理の処理時間だけ時間遅れが生じることとなり、記録計への出力が遅れ、短時間での作業が要求される実操業での調整作業には望ましくない。
【００３０】
一方、±360 ゜以上揺動型の本発明のプロフィル測定装置からの出力波形を図９に示す。
±360 ゜以上揺動型では、線材Ｗにたおれが生じている場合でも、天地とオーバルの連続した測定結果が必ず正転と逆転のそれぞれの測定波形中に含まれることになり、プロフィルの特徴を抽出することが極めて容易に行える。その結果、圧延ロール間隙の微調整作業もプロフィル測定装置の記録計出力を見ながら容易に行うことができるのである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によって、プロフィル測定装置からの正転出力中と逆転出力中のそれぞれのプロフィル出力に必ず天地とオーバルの連続した測定波形を含ませることができるようになった。
そのため、揺動型のプロフィル測定装置に簡単な改造を行い、本発明の装置とすることで、天地とオーバルを容易に確認することができるようになった。その際、揺動反転時の加減速に対するデータ補正のような複雑な処理も不要であり、また、回転方式のようなスリップリングも必要としない。
【００３２】
特に、スリップリングは高価な設備であり、広い専有面積を必要とすることから、本発明によって、設備投資を安価とすることができ、設置スペースの制約を受けることも少なくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロフィル測定装置を説明するための斜視図である。
【図２】プロフィル測定原理を説明する模式図である。
【図３】本発明のプロフィル測定装置における処理フロー図である。
【図４】本発明の±360 ゜以上の揺動を実現する揺動反転位置検出装置とその動作を説明する模式図である。
【図５】従来の180 ゜揺動方式プロフィル測定装置における反転位置検出を説明する模式図である。
【図６】本発明のプロフィル測定装置の検出対象の例を説明する模式図である。
【図７】従来の回転方式プロフィル測定装置での外径偏差出力例を示すグラフである。
【図８】従来の180 ゜揺動方式プロフィル測定装置での外径偏差出力例を示すグラフである。
【図９】本発明の±360 ゜以上揺動方式プロフィル測定装置での外径偏差出力例を示すグラフである。
【符号の説明】
１圧延機
２揺動式プロフィルメータ
３投光部
3a 投光器
3b 投光レンズ
４受光部
4a 受光センサ
4b 受光レンズ
５円盤
６揺動コントローラ
７揺動用モータ
８信号線
９信号処理部
10 記録計出力部
11 警報表示部
12 接続箱
13 タブ
14 ドッグ
15a 、15b ドッグ検出器
16 バネ
17 ガイド
18 ストッパ
19 駆動ベルト（駆動伝達機構）
20 ケーブルドラム
24 ドッグ
25a 、25b ドッグ検出器
30 圧延ロール
31 天地
32 オーバル
Ｗ線材

Claims

中心部に開口穴を有する円盤と、該円盤に対向して付設された少なくとも１対の投光部と受光部と、前記円盤を揺動させる揺動用モータとから構成され、前記円盤を揺動させつつ、前記開口穴を貫通する線材の外径とプロフィルを測定するプロフィル測定装置であって、
前記円盤の外周面に固設したタブと、
該タブが前記円盤の揺動に応じて当接し、当接したタブによって自在に移動可能とされたドッグと、
該ドッグの移動を規制するガイドと、
前記ドッグを両側から押圧して、前記タブが当接していない状態では前記ガイドのセンタに位置するようにバランスさせたバネと、
前記ガイドの両サイドに配設され、ドッグの到来を検出するドッグ検出器と、
該ドッグ検出器の検出信号を入力とし、揺動用モータに揺動の反転指令を出力する揺動コントローラと、
を有することを特徴とする±360 ゜以上の揺動を可能としたプロフィル測定装置。
少なくとも１対の投光部と受光部を対向して付設した円盤を±360 ゜以上揺動させながら線材のプロフィルを測定し、
測定したプロフィルをもとにして、圧延機の圧延ロールの微調整を行い、調整完了後に圧延を開始することを特徴とする圧延機微調整方法。
前記プロフィルが、基準外径値との偏差を記録計に出力した外径偏差出力であり、前記微調整が、前記外径偏差出力の天地とオーバルの値を見て、ロール間隙を微調整するものであることを特徴とする請求項２に記載の圧延機微調整方法。