JP4635922B2 - 加熱炉内の被加熱材の蛇行量測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウォーキングビーム式やウォーキングハース式の加熱炉内を移動しながら加熱される被加熱材の蛇行量を測定する方法に関する。

連続鋳造されたスラブ、ブルーム、ビレット等の金属材（以下、被加熱材）を最終製品に圧延するために加熱する加熱炉として、近年、ウォーキングビーム式やウォーキングハース式（以下、ウォーキング式と称する）の加熱炉が広く採用されている。
このウォーキング式の加熱炉には、炉長方向に並列に延設された複数の固定ビームと、複数の固定ビームの間に配置されて炉長方向に間欠的に運動する移動ビームとからなる搬送装置が配置されている。そして、炉内に搬入された被加熱材は、固定ビームと移動ビームとに交互に乗り換えながら抽出側に向けて搬送される。

ところで、ウォーキング式の加熱炉は、移動ビームを間欠的に運動させる回転駆動機構を備えているが、この回転駆動機構が摩耗したり、高温環境によって移動ビームに捩じれが発生することで、加熱炉内で搬送中の被加熱材が炉内で蛇行してしまい、炉壁と接触するおそれがある。そこで、ウォーキング式の加熱炉内で搬送されている被加熱材の蛇行量を定期的に測定し、許容以上の蛇行量が発生した場合には、上述したトラブルを回避すべくメンテナンスが行なわれるようになっている。

加熱炉内で搬送されている被加熱材の蛇行量を測定する技術として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。この特許文献１の装置は、加熱炉内を搬送中の被加熱材を両側部（搬送方向に直交する方向）から挟み込むように一対のレーザ距離計を配置するとともに、これら一対のレーザ距離計を炉長方向に所定の間隔をあけて複数対配置し、搬入側に配置した一対のレーザ距離計で搬入側に位置する被加熱材との距離を測定し、その被加熱材が抽出側に移動していくに従い、抽出側に配置した複数対のレーザ距離計で被加熱材との距離を測定していく。そして、各対のレーザ距離計で測定した同一の被加熱材との距離のデータに基づいて、搬入側から抽出側に移動した被加熱材の蛇行量を求めるようにしている。
特開２００１−１８１７３２号公報

しかし、特許文献１の装置で使用しているレーザ距離計は、熱間スラブのように非常に高温の被加熱材に対して距離測定を行なう際にレーザの反射率が低くなりやすく、距離測定の精度の面で問題がある。そのため、レーザ距離計を使用した特許文献１の装置は、加熱炉内で加熱されながら搬送されている被加熱材の蛇行量を高精度に測定することが難しい。

また、特許文献１の装置は、被加熱材を一列に搬送していく単列の加熱炉に対して多くのレーザ距離計を必要とするので、測定用機材コストの増加の面で問題がある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、加熱炉内で加熱されながら搬送されている被加熱材の蛇行量を高精度に測定することができるとともに、被加熱材の蛇行量を測定する機材の数を減少させることで機材コストの低減を図ることができる加熱炉内の被加熱材の蛇行量測定方法を提供することを目的とする。

本発明の加熱炉内の被加熱材の蛇行量測定方法は、ウォーキング式加熱炉の装入口から抽出口に向けて搬送される被加熱材の蛇行量を測定する方法であって、前記加熱炉の炉心に対して平行であって前記被加熱材の搬送方向を向くように画像計測用カメラを設置し、前記被加熱材の上に耐火レンガを載置し、前記被加熱材とともに前記装入口から前記抽出口に移動する前記耐火レンガを前記画像計測用カメラで撮影し、その撮影した映像を画像処理して前記耐火レンガの位置変化を演算し、その位置変化に基づいて前記被加熱材の搬送時に発生する蛇行量を求めることを特徴とする加熱炉内の被加熱材の蛇行量測定方法である。

ここで、前記画像計測用カメラは、撮影した映像の大きさを自在に変化できるズームレンズ機構を備えており、画像計測用カメラと前記耐火レンガとの距離が変化しても、撮影する前記耐火レンガの映像が同一の大きさとなるように前記ズームレンズ機構を動作させるようにしてもよい。
また、前記画像計測用カメラのレンズ部に、赤外線カットフィルターを装着してもよい。
さらに、前記耐火レンガは、前記画像計測用カメラを向く撮影面と、平面視において前記撮影面に対して鋭角をなして隣接している非撮影面とを備えた多角形状のレンガであってもよい。

本発明の加熱炉内の被加熱材の蛇行量測定方法によると、画像計測用カメラにより被加熱材の上に載せた耐火レンガを撮影し、撮影した映像を画像処置して被加熱材の蛇行量を測定しているので、レーザの反射率が低くなりやすい従来のレーザ距離計を使用した測定方法と比較して、高精度に被加熱材の蛇行量を測定することができる。また、画像計測用カメラは、加熱炉の炉心に対して平行に、且つ、被加熱材の搬送方向を向くように設置して耐火レンガを撮影しており、複列の加熱炉に採用しても、従来の蛇行量測定方法と比較して測定用機材の数が少ないので、測定用機材コストを大幅に削減することができる。

以下、本発明に係る加熱炉内の被加熱材の蛇行量測定方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るウォーキング式の加熱炉を示す概略平面図であり、図２は、図１の要部を示す平面図である。
図１に示すように、本実施形態のウォーキング式の加熱炉は、第１，第２加熱炉２，４からなる複列の加熱炉である。

これら第１、第２加熱炉２，４には、炉長方向に延在した固定ビーム６及び移動ビーム８からなる搬送装置１０が配置されている。これら固定ビーム６及び移動ビーム８は、第１、第２加熱炉２，４の炉心Ｐ１，Ｐ２に平行に配置されている。
また、各加熱炉２、４の搬送装置１０の一端（図１の左側端部）に装入側テーブルロール１２が連続して配置され、搬送装置１０の他端（図１の右側端部）に抽出側テーブルロール１４が配置されている。

そして、装入側テーブルロール１２により搬入されてきたスラブ（被加熱材）Ｓは、第１加熱炉２の装入口２ａ、或いは第２加熱炉４の装入口４ａに装入され、搬送装置１２によって第１加熱炉２の抽出口２ｂ、或いは第２加熱炉４の抽出口４ｂまで搬送される。この搬送過程においてスラブＳが所定温度に加熱される。そして、抽出口２ｂ，４ｂまで搬送されたスラブＳは、抽出側テーブルロール１４に移送されて次工程に搬出されるようになっている。

図１に示すように、第１、第２加熱炉２，４の装入口２ａ，４ｂ側には、画像計測用カメラ１６，１８が設置されており、スラブＳ上に載置した耐火レンガＢＬを撮影する。そして、これら画像計測用カメラ１６，１８には、カメラ制御装置２０及び画像処理装置２２が接続されているとともに、画像処理装置２２に、アンプ２４を介してモニター２６が接続されている。

一方の画像計測用カメラ１６は、図２に示すように、ズームレンズ機構ＺＬを備えた装置であり、レンズ部１６ａがスラブＳの搬送方向前方を向いて移動ビーム８の心と一致するように配置されている。これにより、レンズ部１６ａのセンタＰ３は、第１加熱炉２の炉心Ｐ１に平行となるように配置されている。そして、画像計測用カメラ１６のレンズ部１６ａには赤外線カットフィルター２８が装着されている。また、他方の画像計測用カメラ１８も、図示しないがズームレンズ機構を備えた装置であり、レンズ部のセンタが、第２加熱炉４の炉心Ｐ２に平行となるように配置されているとともに、レンズ部に赤外線カットフィルター２８が装着されている。

カメラ制御装置２０は、画像計測用カメラ１６，１８の撮影開始及び撮影停止と、ズームレンズ機構ＺＬのズームアップ動作を遠隔で操作する装置である。なお、カメラ制御装置２０は、スラブＳが装入口２ａ，４ａから抽出口２ｂ，４ｂに移動しても、撮影する耐火レンガＢＬの映像の大きさが同一の大きさになるように、ズームレンズ機構ＺＬを操作する。

画像処理装置２２は、画像計測用カメラ１６，１８から送られてくる耐火レンガＢＬの映像の画像処理を行い、画像処理により演算したスラブＳの蛇行量の測定結果を、アンプ２４を介してモニター２６で出力する。
また、耐火レンガＢＬは、図３に示すように、平面視台形状のレンガであり、４つの側面Ｆ１〜Ｆ４のうち面積の一番大きい側面Ｆ１が画像計測用カメラ１６，１８を向くように、スラブＳ上に載置されている。なお、この耐火レンガＢＬの側面Ｆ１が、本発明の撮影面に相当し、この側面Ｆ１に隣接している側面Ｆ２，Ｆ４が、本発明の平面視において撮影面に対して鋭角をなして隣接している非撮影面に相当する。

次に、本実施形態のスラブＳの蛇行量測定方法について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、第１加熱炉２（或いは第２加熱炉４）の装入口２ａ（或いは装入口４ａ）から抽出口２ｂ（或いは抽出口４ｂ）までスラブＳが搬送されるときに、スラブＳ上に載置されている耐火レンガＢＬの映像を画像処理する位置（符号Ｍ１〜Ｍ５）を示しており、図４（ａ）は画像処理する位置Ｍ１〜Ｍ５を加熱炉の側面から示した図であり、図４（ｂ）は画像処理する位置Ｍ１〜Ｍ５を平面視で示した図である。また、図５は、位置Ｍ１〜Ｍ５のスラブＳの蛇行量をモニター２６で出力した図である。なお、第１加熱炉２内で搬送されるスラブＳの蛇行量測定方法と、第２加熱炉４内で搬送されるスラブＳの蛇行量測定方法は同一方法なので、第１加熱炉２内で搬送されるスラブＳの蛇行量測定方法のみ以下に説明する。

先ず、カメラ制御装置２０は、画像計測用カメラ１６で撮影する耐火レンガＢＬの映像の大きさが同一の大きさになるように、装入口２ａから抽出口２ｂに移動するスラブＳの搬送速度に基づき、ズームレンズ機構ＺＬのズームアップ動作を自動的に行なう。
そして、画像処理装置２２は、画像計測用カメラ１６から送られてきた映像に基づいて以下の動作を行なう。ここで、画像処理装置２２で画像処理する映像は、画像計測用カメラ１６が赤外線カットフィルター２８を通した映像として送るので、図５（ａ）に示すように、耐火レンガＢＬの一方のエッジＥ１、他方のエッジＥ２が鮮明になる。

先ず、画像計測用カメラ１６から送られてきた位置Ｍ１の装入口２ａの映像に基づき、図５（ａ）に示すように、耐火レンガＢＬの一方のエッジＥ１から映像端ＭＥまでの画素数Ｇ１と、耐火レンガＢＬの他方のエッジＥ２から映像端ＭＥまでの画素数Ｇ２を演算する。そして、予め測定しておいた耐火レンガのエッジＥ１からＥ２までの距離（mm）と画像処置で計測した耐火レンガのエッジＥ１からエッジＥ２までの画素（ピクセル）を用いて、測定画像における画素のスパン値（mm／ピクセル）を演算し、演算した画素数Ｇ１，Ｇ２とに基づいて、映像端ＭＥから耐火レンガＢＬの幅方向中心までの長さがＣの計測中心線Ｋを演算する。

次に、画像計測用カメラ１６から送られてきた位置Ｍ２の映像に基づき、図５（ｂ）に示すように、耐火レンガＢＬの一方のエッジＥ１から映像端ＭＥまでの画素数Ｇ３と、耐火レンガＢＬの他方のエッジＥ２から映像端ＭＥまでの画素数Ｇ４を演算する。そして、１画素のスパンと、演算した画素数Ｇ３，Ｇ４とに基づいて、映像端ＭＥから耐火レンガＢＬの幅方向中心までの長さＣ１を演算する。そして、この長さＣ１と計測中心線Ｋの長さＣとの差によりスラブＳの蛇行量ｅ１を演算し、測定結果としてモニター２６で出力する。

同様に、画像計測用カメラ１６から送られてきた位置Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５の映像に基づいて、図５（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、耐火レンガＢＬの一方のエッジＥ１から映像端ＭＥまでの画素数Ｇ５，Ｇ７，Ｇ９と、耐火レンガＢＬの他方のエッジＥ２から映像端ＭＥまでの画素数Ｇ６，Ｇ８，Ｇ１０を演算し、予め測定しておいた耐火レンガのエッジＥ１からＥ２までの距離（mm）と画像処置で計測した耐火レンガのエッジＥ１からエッジＥ２までの画素（ピクセル）を用いて、測定画像における画素のスパン値（mm／ピクセル）を演算し、演算した画素数に基づいて、映像端ＭＥから耐火レンガＢＬの幅方向中心までの長さＣ２，Ｃ３，Ｃ４を演算する。そして、長さＣ２，Ｃ３，Ｃ４と、計測中心線Ｋの長さＣとの差によりスラブＳの蛇行量ｅ２，ｅ２，ｅ３を演算し、測定結果としてモニター２６で出力する。

このように、第１加熱炉２内を搬送中のスラブＳの蛇行量が測定されるので、許容以上の蛇行量が発生している場合には、その箇所の移動ビーム８の回転駆動機構等のメンテナンスを行なうことでトラブルを解消することができる。また、上述した測定方法と同様に、第２加熱炉４内で搬送されるスラブＳの蛇行量測定方法を行なうことで、第２加熱炉４内で許容以上の蛇行量が発生している場合にも、その箇所の移動ビーム８の回転駆動機構等のメンテナンスを行なってトラブルを解消することができる。

したがって、本実施形態は、画像計測用カメラ１６，１８によりスラブＳの上に載せた耐火レンガＢＬを撮影し、撮影した映像を画像処理装置２２で画像処置してスラブＳの蛇行量を測定しているので、感度が鈍くなりやすい（レーザの反射率が低くなりやすい）従来のレーザ距離計を使用したスラブＳの蛇行量測定方法と比較して、高精度にスラブＳの蛇行量を測定することができる。

また、画像計測用カメラ１６，１８は、第１、第２加熱炉２，４の炉心Ｐ１，Ｐ２に対してそれぞれ平行に、且つ、スラブＳの搬送方向前方を向くように一台ずつ設置して耐火レンガＢＬを撮影しており、本実施形態のように複列の加熱炉であっても、従来の蛇行量測定方法と比較して測定機材の数が少ないので、測定に費やされる機材コストを大幅に削減することができる。

また、カメラ制御装置２０は、画像計測用カメラ１６で撮影する耐火レンガＢＬの映像の大きさが同一の大きさになるように、ズームレンズ機構ＺＬのズームアップ動作を自動的に行なっているので、画像処理装置２２に送られてくる映像の１画素のスパンはほとんど変化しない。したがって、映像の画素数を演算するだけで、計測中心線Ｋの位置、スラブＳの蛇行量ｅ２，ｅ２，ｅ３を正確に演算することができる。

また、画像計測用カメラ１６は赤外線カットフィルター２８を通した映像を画像処理装置２２に送っているので、加熱炉内に輻射熱が発生していても、耐火レンガＢＬの一方のエッジＥ１、他方のエッジＥ２が鮮明な映像が送られ、画像処理装置２２において耐火レンガＢＬの一方のエッジＥ１から映像端ＭＥまでの画素数の演算、耐火レンガＢＬの他方のエッジＥ２から映像端ＭＥまでの画素数の演算を高精度に行なうことができる。

さらに、耐火レンガＢＬを平面視台形状とし、画像計測用カメラ１６，１８を向く側面（撮影面）Ｆ１に対して隣接している側面（非撮影面）Ｆ２，Ｆ４が、平面視において鋭角をなしているので、画像計測用カメラ１６，１８のセンタＰ３に対して側面（撮影面）Ｆ１を直交させずに耐火レンガＢＬをスラブＳ上に載置しても、側面（非撮影面）Ｆ２，Ｆ４を撮影することがなく、耐火レンガＢＬの一方のエッジＥ１、他方のエッジＥ２を鮮明に撮影することができる。

なお、耐火レンガＢＬの形状は、平面視台形状に限るものではなく、例えば平面視三角形状のレンガであっても、同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、画像計測用カメラ１６，１８を、装入口２ａ，４ａ側のスラブＳの搬送方向前方を向くように設置したが、抽出口２ｂ，４ｂ側に配置してスラブＳの搬送方向後方を向くように設置しても、同様の効果を奏することができる。

本発明に係るウォーキング式の加熱炉を示す概略平面図である。 本発明に係るウォーキング式の加熱炉の要部を示す平面図である。 本発明で使用される耐火レンガの形状を平面視で示す図である。 加熱炉の装入口から抽出口まで被加熱材が搬送されるときに、被加熱材の上に載置されている耐火レンガの映像を画像処理する位置を示す図である。 被加熱材の蛇行量を演算した結果をモニターに出力した状態を示す図である。

符号の説明

２ 第１加熱炉
２ａ，４ａ 装入口
２ｂ，４ｂ 抽出口
４ 第２加熱炉
６ 固定ビーム
８ 移動ビーム
１０ 搬送装置
１２ 装入側テーブルロール
１４ 抽出側テーブルロール
１６，１８ 画像計測用カメラ
１６ａ，１８ａ レンズ部
２０ カメラ制御装置
２２ 画像処理装置
２６ モニター
２８ 赤外線カットフィルター
ＢＬ 耐火レンガ
Ｅ１ 耐火レンガの一方のエッジ
Ｅ２ 耐火レンガの他方のエッジ
ｅ１〜ｅ４ スラブの蛇行量
Ｆ１ 側面（撮影面）
Ｆ２，Ｆ４ 側面（被撮影面）
Ｇ１〜Ｇ１０ 画素数
Ｋ 耐火レンガの計測中心線
ＭＥ 映像端
Ｐ１ 第１加熱炉の炉心
Ｐ２ 第２加熱炉の炉心
Ｓ スラブ（被加熱材）
ＺＬ ズームレンズ機構

Claims (4)

1. ウォーキング式加熱炉の装入口から抽出口に向けて搬送される被加熱材の蛇行量を測定する方法であって、
   前記加熱炉の炉心に対して平行であって前記被加熱材の搬送方向を向くように画像計測用カメラを設置し、前記被加熱材の上に耐火レンガを載置し、前記被加熱材とともに前記装入口から前記抽出口に移動する前記耐火レンガを前記画像計測用カメラで撮影し、その撮影した映像を画像処理して前記耐火レンガの位置変化を演算し、その位置変化に基づいて前記被加熱材の搬送時に発生する蛇行量を求めることを特徴とする加熱炉内の被加熱材の蛇行量測定方法。
2. 前記画像計測用カメラは、撮影した映像の大きさを自在に変化できるズームレンズ機構を備えており、前記画像計測用カメラと前記耐火レンガとの距離が変化しても、撮影する前記耐火レンガの映像が同一の大きさとなるように前記ズームレンズ機構を動作させることを特徴とする請求項１記載の加熱炉内の被加熱材の蛇行量測定方法。
3. 前記画像計測用カメラのレンズ部に、赤外線カットフィルターを装着したことを特徴とする請求項１または２記載の加熱炉内の被加熱材の蛇行量測定方法。
4. 前記耐火レンガは、前記画像計測用カメラを向く撮影面と、平面視において前記撮影面に対して鋭角をなして隣接している非撮影面とを備えた多角形状のレンガであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の加熱炉内の被加熱材の蛇行量測定方法。

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