JP5375663B2 - 熱間長尺材の長さ測定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、搬送ライン上を搬送される熱間長尺材の長さを測定する方法および装置に関し、特に、鋼管の圧延プロセス等で行われる熱間鋼材の搬送工程において該熱間鋼材の長さ測定に用いて好適な、熱間長尺材の長さ測定方法および装置に関する。

鋼管、棒鋼、厚鋼板などの熱間で製造された鋼材の製造ラインでは、搬送中の熱間鋼材の長さを測定することが行われている。この長さ測定には、メジャーリングロールを用いる方法、熱塊検出器（ＨＭＤ）、光電センサ、あるいは撮像装置を用いる方法が知られている。メジャーリングロールを用いる方法は、外周長が既知のメジャーリングロールを搬送中の被測定材に接触させて、回転数から鋼材の長さを算出する方法である。また、熱塊検出器、光電センサ、撮像装置を用いる方法は、被測定材の長さ方向を搬送方向として搬送ライン上を搬送される被測定材について、熱塊検出器（ＨＭＤ）や、光電センサ、あるいは、撮像装置により先端および尾端の検出を行い、さらに、先端および尾端の検出タイミングの間の熱間鋼材の搬送量をタイマーおよび搬送ロールのロール周速から求めることで、熱間鋼材の長さを算出することで行われる。

例えば、特許文献１には、熱間鋼管の先端部をリニアアレイカメラによって検出し、これと同時に熱間鋼管の後端部を熱塊検出器によって検出し、これらの検出信号に基づいて鋼管の長さを非接触で測定する方法が開示されている。
また、特許文献２には、搬送経路直上に搬送方向に沿って所定間隔で一列に、かつ、撮像装置の各視野を隙間が生じないように複数の撮像装置を配置し、撮像装置により被搬送材の長さを測定するようにした被搬送材の測長装置が開示されている。

特開昭６０−１６９７０４号公報 実開昭６３−８３６０９号公報

しかしながら、測定対象が熱間鋼材であり１０００℃を超えるような場合があることを考慮すると、メジャーリングロールのような接触式の検出器を使用するのは、耐久性、保全性を考慮すると好ましくない。また、熱間圧延後の熱間鋼材では、熱間鋼材の先端や尾端から炎が噴出していることがあり、熱塊検出器により先端および尾端を検出する方法では、この炎を検知してしまうため正確に熱間鋼材の先端の検出、尾端の検出が行えない場合があるという問題がある。光電センサにより先端および尾端を検出する方法では、搬送ラインを挟んで投光器と受光器とを配置する必要があるが、圧延ライン等では搬送設備等の設備配列の制約から、投光器と受光器の双方を配置するスペースの確保が困難な場合もある。また、光電センサによる方法では、マンドレルミル等の鋼管内部にバー（圧延工具）が挿入された鋼材を被測定材とする場合には、適用できないという問題もある。

また、特許文献２に記載されているような撮像装置を搬送経路に沿って複数台配置する方法では、多数の撮像装置が必要となり設備コストが高くなるという問題や、設備配列の制約からも、設置スペースの確保が困難な場合もある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、熱間鋼管等の熱間長尺材の長さを搬送ライン上にて測定する方法および装置について、被測定材の先端および尾端を精度よく検出することができ、かつ、先端検出から尾端検出までの間の被測定材の搬送量を非接触で測定することができ、さらに、設備の設置スペース上の制約についても大幅に改善でき、かつ、例えばバーが挿入された熱間鋼管についても鋼管の長さの測定が可能である方法および装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは、鉄鋼の製造プロセスにおいて多く用いられている放射温度計を、被測定材となる熱間長尺材の先端および尾端の検出に用い、さらに、先端検出から尾端検出までの間の熱間長尺材の搬送量をレーザドップラー速度計による搬送速度の測定結果にもとづき求めることで、上述した熱塊検出器による先端および尾端の検知の際の問題が解決でき、かつ、安定して高精度の長さ測定が可能となるとの着想に至り、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１） 熱間長尺材をその長さ方向を搬送方向として搬送ライン上を搬送し、該熱間長尺材を被測定材としてその長さ測定する熱間長尺材の長さ測定方法において、前記搬送ライン上の被測定材の温度を測定する放射温度計を設け、前記被測定材が該放射温度計の位置を通過する際の該放射温度計による温度検出値の時間変化から求めた放射温度計の視野占有率にもとづいて、前記被測定材の先端および尾端を検知し、該放射温度計の先端検知時刻ｔ１と尾端検知時刻ｔ２との時間差の間の被測定材の搬送速度をレーザドップラー速度計により測定し、搬送速度の測定結果から先端検知時刻ｔ１と尾端検知時刻ｔ２との間の被測定材の搬送量を求め、該搬送量にもとづき被測定材の長さを算出することを特徴とする熱間長尺材の長さ測定方法。
（２） 前記放射温度計として、搬送ラインに沿って所定距離Ｌspanの間隔で２つの放射温度計を設け、下流側の放射温度計が前記被測定材の先端を検知した時刻ｔ１と上流側の放射温度計が前記被測定材の尾端を検知した時刻ｔ２との時間差の間の被測定材の搬送量、および、前記距離Ｌspanにもとづき、被測定材の長さを算出することを特徴とする上記（１）に記載の熱間長尺材の長さ測定方法。
（３） 先端検知時刻ｔ１を算出するための視野占有率の値と、尾端検知時刻ｔ２を算出するための視野占有率の値との合計が１００％であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の熱間長尺材の長さ測定方法。
（４） 熱間長尺材をその長手方向を搬送方向として搬送ライン上を搬送し、該熱間長尺材を被測定材としてその長さを測定する熱間長尺材の長さ測定装置であって、該搬送ライン上の被測定材の温度を測定する放射温度計と、被測定材の搬送速度を測定するレーザドップラー速度計と、該放射温度計による温度検出値の時間変化から求めた放射温度計の視野占有率にもとづき前記被測定材の先端および尾端が前記放射温度計の位置を通過した時刻をそれぞれ先端検知時刻、尾端検知時刻として求め、該先端検知時刻、尾端検知時刻との時間差の間の被測定材の搬送量を前記レーザドップラー速度計の測定結果から求め、該搬送量にもとづき被測定材の長さを算出する長さ算出手段とを有することを特徴とする熱間長尺材の長さ測定装置。
（５） 前記放射温度計として、搬送ラインに沿って所定の距離Ｌspanの間隔で２つの放射温度計が設置されてなり、前記長さ算出手段は、前記時間差の間の被測定材の搬送量および前記距離Ｌspanにもとづき被測定材の長さを算出することを特徴とする上記（４）に記載の熱間長尺材の長さ測定装置。
（６） 先端検知時刻を算出するための視野占有率の値と、尾端検知時刻を算出するための視野占有率の値との合計が１００％であることを特徴とする上記（４）または（５）に記載の熱間長尺材の長さ測定装置。

本発明によれば、被測定材である熱間長尺材の先端および尾端の検出器としては、１台あるいは２台の放射温度計を設置すればよく、設備の設置スペースの確保は容易である。また、放射温度計による温度測定結果にもとづいて、被測定材の先端および尾端の検出を行うので、熱塊検出器（ＨＭＤ）を用いた場合のように、被測定材の先端あるいは尾端から出る炎の影響で先端または尾端を誤検出することがなく、安定した先端および尾端の検出が可能となる。さらに、放射温度計および先端検出時刻と尾端検出時刻との間の被測定材の搬送量を求めるためのレーザドップラー速度計のいずれも非接触で測定が行えるので、１０００℃を超えるような高温の被測定材に対する測定を行ったとしても、耐久性、保全性の観点からも問題ない。よって、高精度に安定して被測定材の長さ測定を行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る熱間長尺材の長さ測定装置の装置構成を示す概略図である。 放射温度計により測定される温度の経時変化を示すグラフである。 放射温度計により測定される温度の経時変化を示すグラフであり、先端検出時を示す。 鋼管が放射温度計の視野を占める割合（視野占有率）を説明する模式図である。 放射温度計により測定される温度の経時変化を示すグラフであり、尾端検出時を示す。 鋼管が放射温度計の視野を占める割合（視野占有率）を説明する模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱間長尺材の長さ測定装置の装置構成を示す概略図である。 放射温度計により測定される温度の経時変化を示すグラフである。 測定精度のヒストグラムである。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である熱間長尺材の長さ測定方法を実施するための装置構成の一例を示す概略図である。なお、本実施形態において、被測定材である熱間長尺材１が熱間鋼管（以下単に鋼管１という）である場合を例として説明する。
搬送ライン２は、鋼管１を複数のローラ２ａからなる搬送テーブルにより鋼管１の長さ方向を搬送方向ASとして搬送するものである。搬送ライン２には鋼管１の温度を測定する放射温度計３が上部に設置してあり、その測定視野を下方に向けてある。放射温度計３は、鋼管１から放射される赤外線や可視光線の強度を測定して、鋼管の温度を測定する公知の非接触温度計である。

図２は、放射温度計３の位置を鋼管１が通過する際の温度測定結果を示すグラフであり、横軸は時間、縦軸は温度を示す。鋼管１の先端１ａが放射温度計の直下を通過する際に急激に温度測定値が上昇し、その後、鋼管１が放射温度計直下にある間は測定値が高い値を示し続け、鋼管１の尾端１ｂが放射温度計３の直下を通過する際に急激に温度測定値が降下する。

この、温度測定値の急激な上昇がある時点、および温度測定値の急激な下降を読み取ることで、鋼管１の先端１ａおよび尾端１ｂの検知を行うことができる。
放射温度計３の近傍にはレーザドップラー速度計４が配置されている。レーザドップラー速度計は、２本のレーザを被測定材１の搬送方向の上流側と下流側とから照射し、被測定材からの反射する散乱光を受光器で受け、受光した散乱光の波長変化から被測定材の速度を求めるものであり、非接触で搬送中の被測定材の搬送速度を測定することが可能である。レーザドップラー速度計４については公知のものが適用できるので詳細は省略する。

符号５は、放射温度計３による温度測定値およびレーザドップラー速度計４による速度測定値にもとづき、鋼管１の長さを算出する算出手段である。
以下、算出手段５による鋼管１の長さの算出方法について説明する。算出手段４は、放射温度計３による温度測定値を記録し、図２における温度測定値が急激に上昇した時点の時刻ｔ１、および、急激に下降した時点の時刻ｔ２を、それぞれ先端検知時刻ｔ１、尾端検知時刻ｔ２として記録する。レーザドップラー速度計４による速度測定値は、算出手段５に送られるよう構成されており、算出手段５は各時刻での搬送速度測定値ｖを記録している、そして、搬送速度の測定結果、すなわち搬送速度測定値の時間変化ｖ（ｔ）から、先端検知時刻ｔ１と尾端検知時刻ｔ２との時間差間の鋼管１の搬送量Ｌを下式（１）により求め、この搬送量Ｌを鋼管１の長さ測定値とする。

次に、算出手段５が行う、先端検知時刻ｔ１、尾端検知時刻ｔ２の決定方法の好適例について説明する。
算出手段５は、前述の図２に示したグラフの元データとなる、各時間ｔにおける温度測定値Ｔを記録する。そして、算出手段５は、温度測定値の経時変化から先端検知時刻ｔ１および尾端検知時刻ｔ２を決定する。

図３は、温度測定値の経時変化を先端通過時について詳細に示したグラフである。図４は、図３中のＡ点、Ｂ点、Ｃ点における放射温度計３の視野７内の鋼管１の先端１ａの位置を示す模式図であり、図４（ａ）はＡ点に、図４（ｂ）はＢ点に、図４（ｃ）はＣ点にそれぞれ対応する。図４（ａ）に示すように、鋼管１の先端１ａが放射温度計３の視野内に入ると、温度測定値が上昇し始める（図３中のＡ点）。そして、鋼管１の搬送を続けると図４（ａ）→（ｂ）→（ｃ）のように、放射温度計の視野７内に鋼管１の面積が占める割合（以下、視野占有率という）が増加していき、それに伴って温度測定値は、図３のＡ点→Ｂ点→Ｃ点のように上昇し、視野占有率が１００％となった時点で、温度測定値の急激な上昇は止まる。視野占有率が１００％となったとき（Ｃ点）は急激な温度上昇が止まる時であるから、温度変化の波形から読み取ることができる。そして、この視野占有率が１００％となった時点における温度測定値θｍから、視野占有率が５０％である時の測定温度を計算により求める。視野占有率が５０％の時は、先端１ａが放射温度計の視野中心にある時点であること意味する。視野内での視野占有率と、その占有率によって測定される温度測定値θとの関係は、下式（２）で表すことができる。

したがって、温度変化の波形から、急激な温度上昇が停止した時点での温度測定値を視野占有率１００％での温度測定値θｍとし、このθｍの値と視野占有率Ｓ＝５０％とを上記式（１）に代入すれば、視野占有率５０％における温度θを算出することができる。そして、視野占有率が５０％のときの温度となった時刻ｔ１を図３に示す温度変化の波形から読み取り、これを先端検知時刻ｔ１とする。

図５は、温度測定値の経時変化を尾端通過時について詳細に示したグラフである。図６は、図５中のＤ点、Ｅ点、Ｆ点における放射温度計の視野７内の鋼管の尾端１ｂの位置を示す模式図であり、図６（ａ）はＤ点に、図６（ｂ）はＥ点に、図６（ｃ）はＦ点にそれぞれ対応する。図６（ａ）に示すように、鋼管１の尾端１ｂが放射温度計３の視野内に入る直前までは、視野占有率は１００％である。そして、尾端１ｂが放射温度計３の視野内に入ると温度測定値が下降し始め、鋼管１の搬送を続けると図６（ａ）→（ｂ）→（ｃ）のように、視野占有率が減少していき、それに伴って温度測定値は図５のＤ点→Ｅ点→Ｆ点のように下降し、視野占有率が０％となった時点で、温度測定値の急激な下降は止まる。視野占有率が１００％から下がり始めるとき（図５中のＤ点）は急激な温度下降が始まる時であるから、温度変化の波形から読み取ることができる。そして、この視野占有率が１００％から下がり始める時点における温度測定値θｍから、視野占有率５０％である時の測定温度を計算により求める。視野占有率５０％の時は、尾端１ｂが放射温度計の視野中心にある時点であることを意味する。視野内での視野占有率と、その占有率によって測定される温度測定値θとの関係は、上記式（１）で表すことができるから、温度下降が始まった時点での温度測定値を視野占有率１００％での温度測定値θｍとし、先端検知時間ｔ１を求めた時と同様に、視野占有率５０％のときの温度を求め、この温度となった時刻ｔ２を温度変化の波形から読み取り、これを尾端検知時刻ｔ２とする。

なお、以上説明した例では、先端１ａおよび尾端１ｂが放射温度計３の視野中心に位置した時をそれぞれ先端検知時刻ｔ１、尾端検知時刻ｔ２とするために、視野占有率が５０％になった時間を求めるようにしているが、例えば、尾端検知時刻ｔ１を視野占有率３０％の時刻とし、先端検知時刻ｔ２を視野占有率７０％の時刻としてもよい。先端検知時刻ｔ１を算出するための視野占有率の値と、尾端検知時刻ｔ２を算出するための視野占有率の値との合計が１００％となっていればよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態である熱間長尺材の長さ測定方法を実施するための装置構成の一例を示す概略図である。なお、本実施形態においても、被測定材である熱間長尺材１が熱間鋼管（以下単に鋼管１という）である場合を例として説明する。また、第１の実施形態と同一の部分については同じ符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態では、第１の実施形態に対して、放射温度計を搬送ラインに２つ設け、レーザドップラー速度計は２つの放射温度計の間に設けている点が異なっている。すなわち、搬送ライン２に沿って、放射温度計３ａと放射温度計３ｂを設けており、それらの間隔は既知の値Ｌspanとしてある。そして、下流側の放射温度計３ａで鋼管１の先端１ａを検出し、上流側の放射温度計３ｂで鋼管１の尾端１ｂを検出することにしている。図７では、鋼管１の尾端１ｂが下流側の放射温度計３ｂの位置にある場合を示している。また、レーザドップラー速度計４は、放射温度計３ａと放射温度計３ｂとの間にあり、搬送ライン２上を搬送される被測定材の搬送速度を測定可能となっている。

図８は、図７に示した装置を鋼管１が通過した際の放射温度計３ａおよび放射温度計３ｂの温度測定値の経時変化を示すものであり、（ａ）は鋼管１の長さＬpipeが２つの放射温度計３ａ、３ｂ間の距離Ｌspanよりも長い場合を、（ｂ）は鋼管１の長さＬpipeが２つの放射温度計３ａ、３ｂ間の距離Ｌspanよりも短い場合を示す。
放射温度計３ｂは放射温度計３ａよりも距離Ｌspanだけ上流側にあるから、温度測定値は、Ｌspan分の搬送時間だけ放射温度計３ｂの測定値が放射温度計３ａの測定値よりも先に立ち上がる。

算出手段５は、放射温度計３ａによる先端検知時刻ｔ１、放射温度計３ｂによる尾端検出時刻ｔ２を記録する。先端検知時刻ｔ１、尾端検知時刻ｔ２の決定方法は、上述の第１の実施形態と同様に行う。図８（ａ）に示すように、放射温度計３ａによる先端検知時刻ｔ１が放射温度計３ｂによる尾端検知時刻ｔ２よりも早い場合、すなわち、ｔ１＜ｔ２である場合には、図７に示すように、鋼管１の長さＬpipeがＬspanよりも長いということであるから、ｔ１とｔ２との時間差の間の搬送量ＬをＬspanに加えることにより鋼管１の長さＬpipeが求まる。逆に、図８（ｂ）に示すように、放射温度計３ａによる先端検知時刻ｔ１が放射温度計３ｂによる尾端検知時刻ｔ２よりも遅い場合、すなわち、ｔ１＞ｔ２である場合には、鋼管１の長さＬpipeがＬspanよりも短いということであるから、ｔ１とｔ２との時間差の間の搬送量ＬをＬspanから減じることにより鋼管１の長さＬpipeが求まる。放射温度計３ａによる先端検知時刻ｔ１が放射温度計３ｂによる尾端検知時刻ｔ２と同時である場合、すなわち、ｔ１＝ｔ２である場合には、鋼管１の長さＬpipe＝Ｌspanであるということになる。

したがって、第１の実施形態の場合と同様にレーザドップラー速度計４による速度測定値の時間変化ｖ（ｔ）から、上述の式（１）を用いて求めたＬと、Ｌspanの値から、以下の式より、鋼管１の長さＬpipeを算出する。
Ｌpipe＝Ｌspan＋Ｌ

本発明例として、上述の第２の実施形態に示した熱間長尺材の長さ測定装置を、シームレス管製造ラインのマンドレルミルの出側に設置し、バーが挿入された長さ4140mm〜8000mmのシームレス鋼管について長さ測定を行った。
また、比較例として、上述の第２の実施形態において放射温度計３ａ、３ｂの代わりに、熱塊検出器（ＨＭＤ）を使用した既設の長さ測定装置にて長さ測定を行った。

測定後の鋼管について、メジャーを用いて実測して正確な長さ（実測値）を求め、本発明例あるいは比較例での測定値から実測値を減じた値を測定精度とした。
図９に、測定精度のヒストグラムを示す。本発明例（新長さ計）では、測定精度が±６０ｍｍ以内に収まっているのに対し、比較例（既設長さ計）では、測定精度が±１４０ｍｍ以内となっており、測定精度がばらついていることがわかる。

表１に、前記測定精度データの、各長さ毎のＮ数と標準偏差σを示す。本発明例では比較例に対して標準偏差が格段に小さくなっており、このことからも測定精度が高いことがわかる。

本発明は、熱間鋼管の長さ測定に限らず、鋼板、棒鋼等の鋼管以外の熱間長尺材の長さの測定に広く適用することができる。また、バーが挿入された鋼管である場合にも長さ測定が可能となり、マンドレルミルにおける搬送ラインに適用することも可能である。

１ 鋼管（熱間長尺材、被測定材）
１ａ 鋼管の先端
１ｂ 鋼管の尾端
２ 搬送ライン
３ 放射温度計
３ａ 下流側の放射温度計
３ｂ 上流側の放射温度計
４ レーザドップラー速度計
５ 算出手段
７ 放射温度計の視野

Claims (6)

1. 熱間長尺材をその長さ方向を搬送方向として搬送ライン上を搬送し、該熱間長尺材を被測定材としてその長さ測定する熱間長尺材の長さ測定方法において、
   前記搬送ライン上の被測定材の温度を測定する放射温度計を設け、
   前記被測定材が該放射温度計の位置を通過する際の該放射温度計による温度検出値の時間変化から求めた放射温度計の視野占有率にもとづいて、前記被測定材の先端および尾端を検知し、該放射温度計の先端検知時刻ｔ１と尾端検知時刻ｔ２との時間差の間の被測定材の搬送速度をレーザドップラー速度計により測定し、搬送速度の測定結果から先端検知時刻ｔ１と尾端検知時刻ｔ２との間の被測定材の搬送量を求め、該搬送量にもとづき被測定材の長さを算出することを特徴とする熱間長尺材の長さ測定方法。
2. 前記放射温度計として、搬送ラインに沿って所定距離Ｌspanの間隔で２つの放射温度計を設け、
   下流側の放射温度計が前記被測定材の先端を検知した時刻ｔ１と上流側の放射温度計が前記被測定材の尾端を検知した時刻ｔ２との時間差の間の被測定材の搬送量、および、前記距離Ｌspanにもとづき、被測定材の長さを算出することを特徴とする請求項１に記載の熱間長尺材の長さ測定方法。
3. 先端検知時刻ｔ１を算出するための視野占有率の値と、尾端検知時刻ｔ２を算出するための視野占有率の値との合計が１００％であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱間長尺材の長さ測定方法。
4. 熱間長尺材をその長手方向を搬送方向として搬送ライン上を搬送し、該熱間長尺材を被測定材としてその長さを測定する熱間長尺材の長さ測定装置であって、
   該搬送ライン上の被測定材の温度を測定する放射温度計と、
   被測定材の搬送速度を測定するレーザドップラー速度計と、
   該放射温度計による温度検出値の時間変化から求めた放射温度計の視野占有率にもとづき前記被測定材の先端および尾端が前記放射温度計の位置を通過した時刻をそれぞれ先端検知時刻、尾端検知時刻として求め、
   該先端検知時刻、尾端検知時刻との時間差の間の被測定材の搬送量を前記レーザドップラー速度計の測定結果から求め、該搬送量にもとづき被測定材の長さを算出する長さ算出手段とを有することを特徴とする熱間長尺材の長さ測定装置。
5. 前記放射温度計として、搬送ラインに沿って所定の距離Ｌspanの間隔で２つの放射温度計が設置されてなり、
   前記長さ算出手段は、前記時間差の間の被測定材の搬送量および前記距離Ｌspanにもとづき被測定材の長さを算出することを特徴とする請求項４に記載の熱間長尺材の長さ測定装置。
6. 先端検知時刻を算出するための視野占有率の値と、尾端検知時刻を算出するための視野占有率の値との合計が１００％であることを特徴とする請求項４または５に記載の熱間長尺材の長さ測定装置。

Images