JP5747682B2 - 横型連続熱処理炉における金属帯の張力検出方法 - Google Patents

Description

本発明は横型連続熱処理炉における金属帯の炉内張力検出方法に関し、金属帯のカテナリー量に基づき金属帯の炉内張力を高精度に検出することができる張力検出方法を提供するものである。

一般に、ストリップの横型連続焼鈍炉は、炉内部と炉入口及び出口近傍に配置された支持ロールよりストリップをカテナリー状に懸架支持し、この状態で炉内を搬送しつつ連続的に焼鈍処理を施す焼鈍炉である。この種の炉では、ストリップの炉内張力を検出し、この検出値に基づいてストリップの走行状態を的確に制御することが極めて重要である。

特許文献１には、ストリップの炉内張力を検出する方法として、炉内支持ロール間の中央位置の炉側壁に形成された透孔を通して、イメージセンサ等の光学的カテナリー検出装置によりストリップのカテナリー量を検出し、このカテナリー量に基づきストリップの炉内張力を求める方法が示されている。

特開平４−３５４８２８号公報

しかし、特許文献１の方法は、パスラインに対して水平方向（真横）からストリップを検出するため、ストリップと背景（炉壁）との識別が難しく、このためカテナリー量を精度よく検出できない場合がある。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、炉内支持ロール間の金属帯のカテナリー量を精度よく検出することができ、これにより炉内張力を高精度に検出することができる炉内張力検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］複数の支持ロールを備え、金属帯が前記支持ロールにより支持されつつ通板する横型連続熱処理炉における金属帯の張力検出方法において、
炉内支持ロール間の中央位置の炉側壁に形成された透孔を通して、パスラインに対して仰角となる角度を設けた方向から光学式カテナリー検出装置により金属帯のカテナリー量を検出し、該検出量に基づき金属帯の炉内張力を求めることを特徴とする横型連続熱処理炉における金属帯の炉内張力検出方法。

［2］上記［1］の炉内張力検出方法において、光学式カテナリー検出装置により検出される金属帯の画像の上下幅ｈがカメラ視野の１／１０以上であり、且つカテナリー許容範囲の上限位置に金属帯がある場合における金属帯の画像の上下幅をｈ_Ａ、カテナリー許容範囲の下限位置に金属帯がある場合における金属帯の画像の上下幅をｈ_Ｂ、カテナリー許容範囲の上下中心位置に金属帯がある場合における金属帯の画像の上下幅をｈ_Ｃとした場合に（ｈ_Ａ−ｈ_Ｂ）／ｈ_Ｃ≧０．０５を満足するような条件で、光学式カテナリー検出装置により金属帯のカテナリー量を検出することを特徴とする横型連続熱処理炉における金属帯の炉内張力検出方法。
［3］上記［1］又は［2］の炉内張力検出方法において、金属帯の板幅Ｗが５００〜６００ｍｍであり、光学式カテナリー検出装置により金属帯のカテナリー量を検出する際のパスラインに対して仰角となる角度の大きさ（但し、金属帯の幅方向中央部と光学式カテナリー検出装置の受光部中心とを結ぶ直線ａがパスラインと平行な面に対してなす角度θ）が３〜５°、光学式カテナリー検出装置の受光部から光学式カテナリー検出装置側の金属帯エッジ部までの水平距離Ｌが１０００〜２０００ｍｍであることを特徴とする横型連続熱処理炉における金属帯の炉内張力検出方法。
ここで、上記光学的カテナリー検出装置（センサ）としては、通常イメージセンサが用いられるが、それ以外の検出装置を用いてもよく、例えば、光電管を縦にいくつか並べた光電管方式の検出装置等を用いてもよい。

本発明によれば、パスラインに対して仰角又は俯角となる角度を設けた方向から光学式カテナリー検出装置により金属帯のカテナリー量を検出するため、金属帯が所定の幅をもって撮影され、金属帯を背景の炉内壁部から明確に識別することができる。このため金属帯のカテナリー量を容易に且つ精度良く検出することができ、金属帯の炉内張力を高精度に検出することができる。

本発明の一実施形態を示すもので、炉体及び設置されたイメージセンサなどを示す斜視図 図１の実施形態を、炉体幅方向を縦断面した状態で示す説明図 イメージセンサで検出された金属帯の画像を示す説明図 本発明の好ましい条件を説明するための図面 本発明の他の実施形態を、炉体幅方向を縦断面した状態で示す説明図

以下、光学的カテナリー検出装置としてイメージセンサを用いる場合を例に、本発明の実施形態を説明する。
図１及び図２は本発明の一実施形態を示すもので、図１は炉体及び設置されたイメージセンサなどを示す斜視図、図２は図１の実施形態を炉体幅方向を縦断面した状態で示す説明図である。
横型焼鈍炉などのような横型連続熱処理炉１の炉内支持ロ−ル３ａ，３ｂ間の中央位置の炉側壁には、炉内を通板する金属帯５を観察できるような透孔２が設けられている。この透孔２は炉長手方向においてなるべく多数の炉内支持ロール間の中央位置に設けることが望ましい。特に、炉内温度が１２００℃以上で板厚が０．１ｍｍ程度の金属帯５を熱処理するような炉では、張力異常が即破断に結び付くため、炉長手方向のなるべく多数の位置で張力を検出することが望ましい。そして、この透孔２の炉外側には、該透孔２を通して炉内の金属帯５を側方から観察するイメージセンサ６が設置されている。
金属帯５は炉内の支持ロ−ル３ａ，３ｂ等と炉外の支持ロール４によって支持され、各支持ロール間でカテナリーを形成する。

本発明では、上記イメージセンサ６で金属帯５を撮影し、そのカテナリー量の検出を行うが、その際に、パスラインに対して仰角又は俯角となる角度θを設けた方向からイメージセンサ６による検出（撮影）を行うものであり、この実施形態では、パスラインに対して仰角となる角度θを設けた方向からイメージセンサ６による検出（撮影）を行っている。すなわち、イメージセンサ６の受光軸ｐが水平に対して上向きの角度（仰角）を有するようにイメージセンサ６を設置し、透孔２を通じて炉内を通板する金属帯５をその側方から撮影している。
炉内雰囲気は１０００℃以上の高温であるため金属帯５は赤熱しており、背景の炉内壁（耐火材等）との間に濃淡差が生じる。イメージセンサ６によりこの濃淡差が捉えられ、金属帯５と炉内壁部とを画面上で分離することが可能となり、金属帯エッジの位置の変化量を検出することによりカテナリー量を検出することができる。

しかし、パスラインに対して水平方向（真横）から金属帯を検出しようとすると、金属帯は線状にしか捉えられないため、背景の炉内壁面との識別が難しく、このためカテナリー量を精度よく検出できない。これに対して本発明では、パスラインに対して仰角又は俯角となる角度θを設けた方向からイメージセンサ６により金属帯５の画像を得るので、金属帯５が所定の幅をもって撮影され（金属帯５の下面又は上面が斜め側方から撮影される）、このため金属帯５のカテナリー量を容易に且つ精度良く検出することができる。図３は、そのようにしてイメージセンサ６で検出（撮影）された金属帯の画像を示している。

また、図５は、パスラインに対して俯角となる角度θを設けた方向からイメージセンサ６による検出（撮影）を行う実施形態を示している。すなわち、イメージセンサ６の受光軸ｐが水平に対して下向きの角度（俯角）を有するようにイメージセンサ６を設置し、透孔２を通じて炉内を通板する金属帯５をその側方から撮影している。
なお、このようにパスラインに対して俯角となる角度θを設けた方向から検出を行う方法（図５）は、パスラインに対して仰角となる角度θを設けた方向から検出を行う方法（図２）に較べて、炉内雰囲気中のダスト等で透孔２が汚れることにより視野が制限され、検出精度が低くなる場合があり得るので、両者を較べた場合、後者の方法（図２）の方がより好ましい。また、俯角の場合には、カメラから見て金属帯は凹側の形状となるため、金属帯に映り込んだ炉内構造物の影等がカテナリー量の変化により大きく変化し、検出上の外乱となる可能性もある。
上記のようにして、本発明では金属帯５の炉内カテナリー量がリアルタイム且つ高精度に検出され、このカテナリー量から予め求められているカテナリー量と実張力との関係（例えば、特許文献１の図４参照）に基づき炉内張力が算出される。

図３に示すような、イメージセンサ６で検出（撮影）される金属帯の画像の上下幅ｈは、その大きさに特別な制限はないが、小さ過ぎると金属帯の識別・検出精度が低下し、大き過ぎるとカテナリーの検出精度が低下する。
ここで、図４（ア）に示すようにパスラインに対する仰角（又は俯角）である角度θは、以下のように定義することができる。
θ：金属帯５の幅方向中央部とイメージセンサ６の受光部中心とを結ぶ直線ａがパスラインと平行な面に対してなす角度（°）

また、図４（ア）に示すように、
θx：イメージセンサ６側の金属帯エッジ部とイメージセンサ６の受光部中心とを結ぶ直線ｂがパスラインと平行な面に対してなす角度（°）
θy：イメージセンサ６と反対側の金属帯エッジ部とイメージセンサ６の受光部中心とを結ぶ直線ｃがパスラインと平行な面に対してなす角度（°）
Ｌ：イメージセンサ６の受光部からイメージセンサ６側の金属帯エッジ部までの水平距離（ｍｍ）
Ｗ：金属帯５の板幅（ｍｍ）
Ｈ：イメージセンサ６の受光部から金属帯５までの垂直距離（ｍｍ）
とした場合、
tanθ＝Ｈ／（Ｌ＋Ｗ／２）
tanθx＝Ｈ／Ｌ
tanθy＝Ｈ／（Ｌ＋Ｗ）
であり、金属帯５の画像の上下幅ｈは下式のような値となる。
ｈ＝（Ｌ＋Ｗ／２）×（tanθx−tanθy)

ここで、本発明では、金属帯５の画像の上下幅ｈがカメラ視野の１／１０以上であり、且つカテナリー許容範囲の上限位置（許容範囲内でカテナリー量が最小となる位置）に金属帯５がある場合における金属帯５の画像の上下幅をｈ_Ａ、カテナリー許容範囲の下限位置（許容範囲内でカテナリー量が最大となる位置）に金属帯５がある場合における金属帯５の画像の上下幅をｈ_Ｂ、カテナリー許容範囲の上下中心位置に金属帯５がある場合における金属帯５の画像の上下幅をｈ_Ｃとした場合に（ｈ_Ａ−ｈ_Ｂ）／ｈ_Ｃ≧０．０５を満足するような条件で、イメージセンサ６により金属帯５のカテナリー量を検出すること、具体的には、角度θや距離Ｌなどを適宜設定してカテナリー量の検出を行うことが好ましい。

図４（イ）に、カテナリー許容範囲Ｄにおける金属帯５の上限位置（許容範囲内でカテナリー量が最小となる位置）、下限位置（許容範囲内でカテナリー量が最大となる位置）及び上下中心位置を示す。ここで、カテナリー許容範囲Ｄの上限位置は、許容される金属帯張力（この許容張力は金属帯の材質、熱処理温度などで決まる）などに応じて決められる。また、カテナリー許容範囲Ｄの下限位置は、例えば金属帯５が炉底側の部材と接触しないなどの条件から決められる。

金属帯５の画像の上下幅ｈが小さ過ぎると、金属帯５を所定の幅をもって検出するという本発明の効果が得られにくくなり、金属帯５の識別・検出精度が低下するが、金属帯５の画像の上下幅ｈがイメージセンサ６のカメラ視野の１／１０以上であれば、金属帯５の識別・検出精度は十分確保することができる。一方、金属帯５の画像の上下幅ｈが大き過ぎると、金属帯５の画像でカテナリーが捉えにくくなり、カテナリー量変動の検出精度が低下するが、上記（ｈ_Ａ−ｈ_Ｂ）／ｈ_Ｃ≧０．０５を満足すれば、すなわち、カテナリー変動の許容範囲の上限・下限間で金属帯５の画像の上下幅ｈが５％以上変動すれば、カテナリー量変動の検出精度を十分確保することができる。
なお、角度θ及び距離Ｌで好適条件を示すとすると、例えば金属帯５の板幅Ｗが５００〜６００ｍｍ程度である場合には、角度θ：３〜５°、距離Ｌ：１０００〜２０００ｍｍ程度が好ましい。

１ 横型連続熱処理炉
２ 透孔
３ａ，３ｂ 炉内支持ロール
４ 炉外支持ロール
５ 金属帯
６ イメージセンサ

Claims (3)

1. 複数の支持ロールを備え、金属帯が前記支持ロールにより支持されつつ通板する横型連続熱処理炉における金属帯の張力検出方法において、
   炉内支持ロール間の中央位置の炉側壁に形成された透孔を通して、パスラインに対して仰角となる角度を設けた方向から光学式カテナリー検出装置により金属帯のカテナリー量を検出し、該検出量に基づき金属帯の炉内張力を求めることを特徴とする横型連続熱処理炉における金属帯の炉内張力検出方法。
2. 光学式カテナリー検出装置により検出される金属帯の画像の上下幅ｈがカメラ視野の１／１０以上であり、且つカテナリー許容範囲の上限位置に金属帯がある場合における金属帯の画像の上下幅をｈ_Ａ、カテナリー許容範囲の下限位置に金属帯がある場合における金属帯の画像の上下幅をｈ_Ｂ、カテナリー許容範囲の上下中心位置に金属帯がある場合における金属帯の画像の上下幅をｈ_Ｃとした場合に（ｈ_Ａ−ｈ_Ｂ）／ｈ_Ｃ≧０．０５を満足するような条件で、光学式カテナリー検出装置により金属帯のカテナリー量を検出することを特徴とする請求項１に記載の横型連続熱処理炉における金属帯の炉内張力検出方法。
3. 金属帯の板幅Ｗが５００〜６００ｍｍであり、光学式カテナリー検出装置により金属帯のカテナリー量を検出する際のパスラインに対して仰角となる角度の大きさ（但し、金属帯の幅方向中央部と光学式カテナリー検出装置の受光部中心とを結ぶ直線ａがパスラインと平行な面に対してなす角度θ）が３〜５°、光学式カテナリー検出装置の受光部から光学式カテナリー検出装置側の金属帯エッジ部までの水平距離Ｌが１０００〜２０００ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の横型連続熱処理炉における金属帯の炉内張力検出方法。

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