JP4935129B2 - 鋼片切断方法及び鋼片切断システム - Google Patents

Description

この発明は鋼片の切断方法等に関するものである。例えば連続鋳造機で製造された長尺の鋼片を、さらに所定の長さの鋼片に切断するための方法等である。

鋼片（以下、スラブという）を切断する場合の基本的な方法として、例えばゲージストッパーを移動させ、切断手段となる固定されたトーチとゲージストッパーの先端との間が切断長（切断したい長さ）となるように調整して、搬送されたスラブをゲージストッパーに押し当てて、停止したスラブをトーチで切断する方法がある。ここで、搬送されたスラブがゲージストッパーに当たるときの力を吸収するため、ゲージストッパーには衝撃吸収用のバネ（弾性部材）が機構として設けられている。そのため、この方法ではスラブの押し当て方によってスラブの停止位置が変化して誤差が生ずることがあるため、その誤差を補正しないまま固定トーチで切断すると切断精度にばらつきが発生する。

そこで、切断を精度よく行うため、切断トーチを有する切断台車及びレーザ光照射・受光器を有する先端検出台車を備え、レーザ光照射器、受光器間のレーザ光を遮断することによる先端検出によりスラブを停止させたときに、慣性による所定の位置からの停止位置ズレを検出し、その検出に基づいて切断台車を移動させて切断位置を補正する方法もある（例えば特許文献１参照）。
特開昭６０−８７９６２号公報

しかし、ゲージストッパーを用いた方法は、上記のように切断精度のばらつきが大きい分、そのばらつきを考慮した上で、所望する長さより余裕を持たせて切断長を設定しなければならず、その鋼量の分だけコスト高になっていた。また、レーザ光照射器・受光器による先端検出により停止位置ズレを検出する方法では、スラブが停止した後、先端検出台車を移動させて、レーザ光の遮光位置を検出する必要があったため、移動時間等、切断に関して時間効率が悪くなってしまっていた。さらに、レーザ光照射器・受光器間において、振動等によって光軸がずれたり、照射器、受光器のいずれかに粉塵等が堆積したりすると、点での検出しか行えないこれらの装置では、先端部分が検出できなかったり、誤検出してしまったりすることがあった。そのため、メンテナンス等を頻繁に行わなければならず、その分、効率が悪く、コストも高くなっていた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、精度の高い切断をさらに効率よく行うことができる鋼片切断方法、そのシステム及びそれを実現するためのプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る鋼片切断方法は、鋼片端部に係る停止位置の基準となる基準停止位置を、切断手段の初期位置から鋼片の切断長に合わせて決める工程と、撮像手段の搬送方向の位置を調整して、基準停止位置が撮像手段の中心近傍に位置するようにする工程と、基準停止位置で停止するように鋼片を搬送させる工程と、撮像手段が撮像した画像に基づいて基準停止位置と実際の停止位置とのズレを制御手段が検出する工程と、実際の停止位置と切断手段との距離が切断長になるようにズレに基づいて切断手段を搬送方向に移動させ、鋼片を切断させる工程とを有する。

また、本発明に係る鋼片切断方法は、固定した撮像手段の中心位置を、鋼片端部に係る停止位置の基準となる基準停止位置として、鋼片の切断長に合わせて切断手段の初期位置を決める工程と、基準停止位置で停止するように鋼片を搬送させる工程と、撮像手段が撮像した画像に基づいて基準停止位置と実際の停止位置とのズレを制御手段が検出する工程と、実際の停止位置と切断手段との距離が切断長になるようにズレに基づいて切断手段を搬送方向に移動させ、鋼片を切断させる工程とを有する。

また、本発明に係る鋼片切断方法において、制御手段は、画像に基づいて鋼片の端部を検出し、端部の位置を実際の停止位置として基準停止位置との間の画素数に基づいて長さを導き出し、ズレの検出を行う。

また、本発明に係る鋼片切断システムは、鋼片を搬送させる搬送手段と、鋼片の搬送方向に少なくとも移動可能な、鋼片を切断するための切断手段と、搬送停止した鋼片について、鋼片端部に係る停止位置の基準として設定した基準停止位置と鋼片端部の実際の停止位置とを含む画像を、鋼片上部側から撮像するための撮像手段と、切断手段の初期位置から鋼片の切断長に合わせて決めた基準停止位置が、撮像手段の中心近傍になるように撮像手段を移動させる制御を行う撮像制御手段と、撮像手段が撮像した画像に基づいて、基準停止位置と実際の停止位置とのズレを検出し、実際の停止位置と切断手段との距離が切断長になるようにズレに基づいて切断手段を搬送方向に移動させ、切断させる制御手段とを備える。

また、本発明に係る鋼片切断システムは、鋼片を搬送させる搬送手段と、搬送停止した鋼片について、鋼片端部に係る停止位置の基準として設定した基準停止位置と鋼片端部の実際の停止位置とを含む画像を、基準停止位置が撮像中心となるようにして鋼片上部側から撮像するための撮像手段と、基準停止位置から鋼片の切断長に合わせた位置を初期位置として配置させ、鋼片の搬送方向に少なくとも移動可能な、鋼片を切断するための切断手段と、撮像手段が撮像した画像に基づいて、基準停止位置と実際の停止位置とのズレを検出し、実際の停止位置と切断手段との距離が切断長になるようにズレに基づいて切断手段を搬送方向に移動させ、切断させる制御手段とを備える。

本発明によれば、搬送停止した鋼片の端部を含む画像に基づいて、制御手段が、鋼片の端部の位置を検出し、鋼片の端部と切断手段との距離が切断長になるように切断手段を搬送方向に移動させ、鋼片を切断させるようにしたので、粉塵等の影響を受けず、鋼片を高精度に切断することができる。そのため、あらかじめ精度のばらつきを考慮して鋼片の長さを設定しなくてもよく、また、切断した鋼片にも余分に分量を付すこともなくてすみ、逆に切断した鋼片の長さが短いということもなくなるため歩留まり向上を図ることができる。このため、コストの低減を図ることができる。

また、本発明によれば、撮像手段で撮像した画像に基づいて、搬送した鋼片の実際の停止位置と基準停止位置とのズレを検出し、切断手段を移動させて切断するようにしたので、鋼片を高精度に切断することができる。そのため、あらかじめ精度のばらつきを考慮して鋼片の長さを設定しなくてもよく、また、切断した鋼片にも余分に分量を付すこともなくてすみ、逆に切断した鋼片の長さが短いということもなくなるため歩留まり向上を図ることができる。

また、本発明によれば、制御手段が、判断したズレの分だけ切断手段を初期位置から移動させるようにしたので、切断手段を大きく移動させずにすむ。そのため、例えば、設置条件等により、切断手段の移動に制限がある場合、切断手段を大きく移動させると精度が保てない場合にも適用することができ、鋼片を高精度に切断することができる。

そして、制御手段が画像に基づいて、鋼片の端部を検出してズレの検出を行うようにしたので、例えば、レーザ光照射器、受光器の組み合わせによる検出時に起こりうる、振動による光軸ズレの影響、粉塵等の影響を受けないため、安定したズレの検出を行うことができる。

また、距離計測手段が計測した距離に基づいて、基準停止位置と実際の停止位置とのズレを検出するようにしたので、高精度の距離計測を行うことができ、これにより鋼片を高精度に切断することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る鋼片切断方法を実現するシステムの構成を表す図である。図１のように、本実施の形態のシステムを、ＣＣＤカメラ１、移動台車２、ガスカッター３、搬送ライン４及びシステム制御管理装置５で構成する。撮像手段であるＣＣＤカメラ１は、スラブ１０を停止させるために目標として設定した基準の位置（以下、基準停止位置という）上にある搬送されたスラブ１０の先端周辺部分を上部から撮像できる箇所に設けられる。例えば３０万画素での撮像を行えるＣＣＤカメラ１で、約１〜２ｍの高さから撮像できるようにしておけば、少なくとも移動台車２、ガスカッター３の移動精度に比して、画素数に基づくズレ（長さ）の検出、その差の判断を十分な精度で行うことができると考えられる。ここで、ＣＣＤカメラ１は移動台車２上に設けられており、スラブ１０の搬送方向について移動が可能である。これにより、基準停止位置がＣＣＤカメラ１の中心近傍になるように調整することができる。ここでは、ＣＣＤカメラ１の中心位置近傍を基準停止位置としているが、これに限定するものではない。ただ、レンズ等、カメラの特性を考慮し、精度の高い検出を行おうとする場合は中心になるようにするとよい。また、搬送方向に対していスラブ１０の傾き等を考慮しなくてもよい場合には、スラブ１０の端部（ここでは先端部分となる）の一部が撮像できていればよい。ここで、本実施の形態において位置とは、基本的に搬送される方向における位置のことをいうものとする（２次元として見た場合には線となる）。

また、移動台車２にはゲージストッパー２Ａを設けている。このゲージストッパー２Ａは、スラブ１０を停止させる際の補助に用いるものとし、本実施の形態ではゲージストッパー端部を切断長を決めるための基準とはしない。

ガスカッター（トーチ）３は、スラブ１０を切断するための切断手段となる。ここで、基本的には、スラブ１０の切断長（切断したい長さ）が、搬送方向における基準停止位置とガスカッター３との距離となるようにする。本実施の形態では、ガスカッター３の初期位置に対し、切断長に合わせて基準停止位置を決める。ここで、本実施の形態では、ガスカッター３についてもスラブ搬送方向について移動可能であるとする。そして、スラブ１０の実際の停止位置と基準停止位置との差に基づくズレ（長さ）に基づいてガスカッター３を初期位置から移動させて補正してからスラブ１０の切断を行うようにする。

また、スラブ１０を搬送するための搬送ライン４は、モータ４Ａを有しており、搬送用ローラ４Ｂの回転速度を変化させることができる。そのため、スラブ１０を所定の速度で搬送し、また、停止させることができる。

システム制御管理装置５は、さらに搬送ライン制御手段５Ａ、撮像制御手段５Ｂ、切断制御手段５Ｃ、管理処理手段５Ｄで構成されている。搬送ライン制御手段５Ａは、搬送ライン４に設けられているモータ４Ａの回転を制御し、スラブ１０の搬送速度、停止等を制御するための処理を行う。これにより、基準停止位置近傍に自動的にスラブ１０を停止させることができる。

撮像制御手段５Ｂは、ＣＣＤカメラ１に関する制御及び処理を行う。まず、ＣＣＤカメラ１に撮像させ、ＣＣＤカメラ１が撮像した画像のデータに基づいて、停止したスラブ１０の先端部分を検出する。そして、ＣＣＤカメラ１が撮像した画像のデータに基づいて、基準停止位置と実際のスラブ１０の停止位置とのズレを検出し、その程度を判断する。ここでは、基準停止位置と実際のスラブ１０の停止位置との間にどれだけの画素数があるかを判断し、あらかじめ定められた画素数と長さとの関係を導き出してズレの程度（長さ）を判断する。ここで、関係については、関係式で表しておき、換算により長さを導き出してもよいし、あらかじめ関係に基づくデータをテーブル形式で記憶手段（図示せず）に記憶させておいて導き出してもよい。また、撮像制御手段５Ｂは、ＣＣＤカメラ１が設けられている移動台車２の制御も行うものとし、ＣＣＤカメラ１を移動させることができる。ここでは前述したように、ＣＣＤカメラ１の撮像中心が基準停止位置になるように移動制御するものとする。

切断制御手段５Ｃは、撮像制御手段５Ｂが判断した基準停止位置と実際のスラブ１０の停止位置とのズレに基づいて、搬送方向にガスカッター３を移動させ、位置を補正する制御を行う。また、ガスカッター３の火力調整等、スラブ１０を切断する際の制御も行う。管理処理手段５Ｄは、例えば入力手段（図示せず）からオペレータが入力した切断に関する指示（例えば、切断長等）を入力し、その指示に基づいて、搬送ライン制御手段５Ａ、撮像制御手段５Ｂ、切断制御手段５Ｃに指示に基づく制御を行わせる。また、撮像制御手段５Ｂの判断結果、ガスカッター３の位置補正等、切断を行った際のデータを記憶手段（図示せず）に記憶する。

本実施の形態では、以上のようにシステム制御管理装置５の各手段が行う処理を分担させたが、各処理分担範囲を上記のように限定するものではない。例えば、制御手段５ＢはＣＣＤカメラ１及び移動台車２の動作制御を行い、ＣＣＤカメラ１が撮像した画像に基づくスラブ１０先端判断、ズレに関する判断等の処理は管理処理手段５Ｄが行うようにしてもよい。

本実施の形態のシステムは、ＣＣＤカメラ１を用いて撮像した基準停止位置及びスラブ１０の先端部分を含む画像から、撮像制御手段５Ｂがスラブ１０の先端部分（実際の停止位置）を検出し、基準停止位置から実際の停止位置がどれだけのズレを生じているかを判断する。ここで、例えば搬送用ローラ４Ｂを反転させて、ズレを補正することもできるが、ここではズレの分だけガスカッター３の位置を補正して切断を行う。ここで、ＣＣＤカメラ１等の撮像手段を用いて、スラブ１０の先端周辺を２次元画像としてとらえることで、スラブ１０の先端部分等の検出の際、基本的に、先端の検出手段を台車等で移動させなくても、ズレの程度を判断することができる。

図２はスラブ１０切断の手順を表す図である。次に、本実施の形態におけるスラブ１０切断の手順について説明する。まず、管理処理手段５Ｄに入力された切断長等の指示に基づいて、撮像制御手段５Ｂは、ＣＣＤカメラ１の撮像中心部分に対応する搬送ライン４の位置とガスカッター３の初期位置との距離が指示された切断長になるように、移動台車２を制御し、移動させる（図２（ａ））。ＣＣＤカメラ１の撮像中心部分に対応する搬送ライン４の位置が基準停止位置となる。

一方、搬送ライン制御手段５Ｃは、モータ４Ａに指示を送信し、搬送用ローラ４Ｂを所定の速度で回転させ、スラブ１０を所定の速度で搬送し（図２（ｂ））、基準停止位置に停止させるための制御を行う（図２（ｃ））。ここで、スラブ１０と搬送用ローラとの間で滑り等が生じたり、スラブ１０は重量に基づく慣性を有しており、実際に基準停止位置に停止しない可能性がある。そこで基準停止位置と実際の停止位置とのズレを検出し、その程度（差）を判断する（図２（ｄ））。

図３はＣＣＤカメラ１が撮像した画像例を表す図である。図３（ａ）は実際の停止位置が基準停止位置を越えた場合を表し、図３（ｂ）は実際の停止位置が基準停止位置を越えなかった場合を表す。撮像制御手段５Ｂは、ＣＣＤカメラ１が撮像した画像に基づいて、スラブ１０の先端（エッジ）部分を判断し、検出する。この判断としては、例えば、ＣＣＤカメラ１の各ＣＣＤについて、スラブ１０における反射光の受光量と搬送ライン４における反射光の受光量との違いに基づいて行う。場合によっては、２値化処理を行ってエッジ部分を強調した後に判断、検出を行うようにしてもよい。また、平均化処理等を行い、異常な値を除去する等の画像処理等を行って、より検出精度を高めるようにしてもよい。このようにして検出した先端部分について、搬送方向に対して、その先端部分が基準停止位置から何画素分離れているかを判断する。そして、判断した画素数に対し、例えば、上述したようにｍｍを単位とする長さを導き出す。これが基準停止位置と実際のスラブ１０の停止位置とのズレとなる。

切断制御手段５Ｃは、撮像制御手段５Ｂが判断した基準停止位置と実際のスラブ１０の停止位置とのズレの分だけ、搬送方向にガスカッター３を移動させ、位置を補正する（図２（ｅ））。そして、ガスカッター３を制御し、スラブ１０を切断する（図２（ｆ））。切断してできる（２次の）鋼片については、例えば圧延処理等がなされる。また、撮像制御手段５Ｂが判断した基準停止位置と実際のスラブ１０の停止位置とのズレ（ガスカッター３の補正距離）のデータを、管理するための処理を管理処理手段５Ｄが行う。

図４は本実施の形態におけるシステムで切断を行った結果を表す図である。本実施の形態のシステムで切断した鋼片を任意に抽出してその長さを測定したところ、図４のような分布となった。ここでは要求する精度を±１０ｍｍ以下とした。図４に示すように抽出した鋼片はすべて±１０ｍｍ以下の要求を満たしており、例えば、ゲージストッパーを基準とする従来の要求精度が±３０ｍｍ以下であることが目標であったことと比べると、高精度であることがわかる。

以上のように、実施の形態１のシステムにより、ＣＣＤカメラ１で撮像した画像に基づいて、搬送したスラブ１０の実際の停止位置と基準停止位置とのズレを、長さにより判断し、その長さ分だけ、ガスカッター３を移動させて補正して切断するようにしたので、スラブ１０を高精度に切断を行うことができる。そのため、あらかじめ精度のばらつきを考慮してスラブ１０の長さを設定しなくてもよく、また、切断した鋼片に余分な分量を付さずにすみ、逆に切断した鋼片の長さが短いということもなくなるため歩留まり向上を図ることができる。このため、コストの低減を図ることができる。また、スラブ１０が搬送された後に、ズレを判断するための台車の移動等をさせる必要がないため、切断までの時間を短縮することができ、効率がよい。また、振動による光軸ズレの影響、粉塵等の影響を受けないため、安定したズレの検出を行うことができる。

実施の形態２．
上記の実施の形態では、基準停止位置をあらかじめ定めた上で、ＣＣＤカメラ１の中心近傍が基準停止位置となるようにしたがこれに限定するものではない。例えば、移動台車２による移動が高精度に行える場合、あらかじめ基準停止位置を決めず、ＣＣＤカメラ１の中心位置（中心線）を基準停止位置（停止線）として、実施の形態１と同様の処理を行って切断を行うこともできる。

また、上記の実施の形態では、移動台車２によりＣＣＤカメラ１を移動させるようにしたが、例えばＣＣＤカメラ１を固定するようにしてもよい。そして、ＣＣＤカメラ１の中心位置を基準停止位置（基準位置）としてガスカッター３の初期位置を切断長に基づいて決めるようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、搬送方向に対して先端部分を撮像することで、ズレの検出を行ったが、例えば、搬送方向に対して後端部分を撮像するようにしてもよい。

実施の形態３．
さらに、例えば、レーザ距離計でスラブ１０の先端面との距離を測定し、スラブ１０の実際の停止位置と基準停止位置とのズレを検出するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態では、ＣＣＤカメラ１で撮像した２次元画像で実際の停止位置を判断するようにしたが、フォトセンサ等の受光手段を搬送方向に並べ、スラブ１０における反射光の受光量と搬送ライン４における反射光の受光量との違いに基づいて、スラブ１０の端部を検出することもできる。

さらに、ＣＣＤカメラ等の撮像手段、フォトセンサ等の受光手段以外にも、環境条件、材料等によっては、サーモグラフィ、温度センサ等温度検出手段等の他の検出手段（センサ）等により、端部を検出するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態では、板状の鋼片であるスラブ１０を切断の対象としたが、これに限定するものではない。管形等、その他の形状にも適用することができる。また、分量に対して高コストの鋼等にコストの削減を図るという観点から本発明は特に有効であるが、鋼だけでなく、他の金属、材料の製品等を切断対象とし、本発明を適用することもできる。

実施の形態１に係る鋼片切断方法を実現するシステムの構成を表す図である。 スラブ１０切断の手順を表す図である。 ＣＣＤカメラ１が撮像した画像例を表す図である。 本実施の形態におけるシステムで切断を行った結果を表す図である。

符号の説明

１ ＣＣＤカメラ
２ 移動台車
２Ａ ゲージストッパー
３ ガスカッター
４ 搬送ライン
４Ａ モータ
４Ｂ 搬送用ローラ
５ システム制御管理装置
５Ａ 搬送ライン制御手段
５Ｂ 撮像制御手段
５Ｃ 切断制御手段
５Ｄ 管理処理手段
１０ スラブ

Claims (5)

1. 鋼片端部に係る停止位置の基準となる基準停止位置を、切断手段の初期位置から鋼片の切断長に合わせて決める工程と、
   撮像手段の搬送方向の位置を調整して、前記基準停止位置が撮像手段の中心近傍に位置するようにする工程と、
   前記基準停止位置で停止するように前記鋼片を搬送させる工程と、
   前記撮像手段が撮像した前記鋼片の端部を含む画像に基づいて前記基準停止位置と実際の停止位置とのズレを制御手段が検出する工程と、
   前記実際の停止位置と切断手段との距離が切断長になるように前記ズレに基づいて前記切断手段を搬送方向に移動させ、前記鋼片を切断させる工程と
   を有することを特徴とする鋼片切断方法。
2. 固定した撮像手段の中心位置を、鋼片端部に係る停止位置の基準となる基準停止位置として、鋼片の切断長に合わせて切断手段の初期位置を決める工程と、
   前記基準停止位置で停止するように前記鋼片を搬送させる工程と、
   撮像手段が撮像した前記鋼片の端部を含む画像に基づいて前記基準停止位置と実際の停止位置とのズレを制御手段が検出する工程と、
   前記実際の停止位置と切断手段との距離が切断長になるように前記ズレに基づいて前記切断手段を搬送方向に移動させ、前記鋼片を切断させる工程と
   を有することを特徴とする鋼片切断方法。
3. 前記制御手段は、前記画像に基づいて前記鋼片の端部を検出し、前記端部の位置を前記実際の停止位置として前記基準停止位置との間の画素数に基づいて長さを導き出し、前記ズレの検出を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の鋼片切断方法。
4. 鋼片を搬送させる搬送手段と、
   前記鋼片の搬送方向に少なくとも移動可能な、前記鋼片を切断するための切断手段と、
   搬送停止した前記鋼片について、前記鋼片端部に係る停止位置の基準として設定した基準停止位置と前記鋼片端部の実際の停止位置とを含む画像を、前記鋼片上部側から撮像するための撮像手段と、
   前記切断手段の初期位置から鋼片の切断長に合わせて決めた前記基準停止位置が、前記撮像手段の中心近傍になるように前記撮像手段を移動させる制御を行う撮像制御手段と、
   前記撮像手段が撮像した画像に基づいて、前記基準停止位置と前記実際の停止位置とのズレを検出し、前記実際の停止位置と切断手段との距離が切断長になるように前記ズレに基づいて前記切断手段を搬送方向に移動させ、切断させる制御手段と
   を備えることを特徴とする鋼片切断システム。
5. 鋼片を搬送させる搬送手段と、
   搬送停止した前記鋼片について、前記鋼片端部に係る停止位置の基準として設定した基準停止位置と前記鋼片端部の実際の停止位置とを含む画像を、前記基準停止位置が撮像中心となるようにして前記鋼片上部側から撮像するための撮像手段と、
   前記基準停止位置から鋼片の切断長に合わせた位置を初期位置として配置させ、前記鋼片の搬送方向に少なくとも移動可能な、前記鋼片を切断するための切断手段と、
   前記撮像手段が撮像した画像に基づいて、前記基準停止位置と前記実際の停止位置とのズレを検出し、前記実際の停止位置と切断手段との距離が切断長になるように前記ズレに基づいて前記切断手段を搬送方向に移動させ、切断させる制御手段と
   を備えることを特徴とする鋼片切断システム。

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