JPH0658744A - 鋼板のバックリング検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続熱処理炉内を走行する鋼板のバックリン
グを自動的かつ高精度に検出する。 【構成】 走査レーザー光束を鋼板の側面方向から平行
照射するに先立って、その走査レーザー光束をウエッジ
プリズムにより所定角度だけ変向させ、鋼板に対して斜
め入射するように矯正する。 【効果】 鋼板上の等温線（等屈折率線）勾配によって
走査レーザー光束が屈折するのを抑制して平行通過する
ので、バックリング検出の不感帯が減少し、高精度なバ
ックリング検出を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続焼鈍炉等のごと
き連続熱処理炉内で走行搬送される鋼板に生じたバック
リングを自動的にかつ精度よく検出する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続熱処理炉内を走行する鋼板には、張
力分布や温度分布が板幅方向において不均一であった
り、ロール表面の温度分布が不均一であったりするな
ど、種々な条件に起因して板幅方向に圧縮応力が生じ
る。この圧縮応力が鋼板の座屈耐力を越えると、その鋼
板に「しわ」や「波打ち」等の異常が発生する。このよ
うな異常をバックリングと称する。

【０００３】鋼板にバックリングが発生すると、製品の
歩留り低下をきたし、極端な場合には板破断が発生して
操業の中断を余儀なくされる。鋼板の連続熱処理におい
て、かかる事態の発生を防止するには、まず、バックリ
ングを早期に発見することが肝要である。

【０００４】バックリングの早期発見方法としては、炉
内にある鋼板の表面をＩＴＶカメラで撮影しながら目視
的に観察する仕方を採用するのが一般的である。しかし
この方法では、鋼板の表面状態を鮮明に映し出すことが
困難であるため、往々にしてバックリングを見逃すこと
がある。また、観察者によって判定の仕方に個人差があ
り、客観的に正確な判断を期待することは困難である。
それに加えて、常時テレビモニターを監視していなけれ
ばならないといった問題点があった。

【０００５】そこで、このバックリングを自動的に検出
する方法が種々提案されてきた。例えば、走査レーザー
光束の受光期間からバックリングを判定する方法がそれ
である。

【０００６】その具体的なものとしては、特願平２−１
００７４２号に記載された方法がある。この方法は、図
６に示すように、レーザー照射装置３から射出したレー
ザー光４を、搬送ロール２と接触する鋼板１の部分に対
し、その側面側から幅方向に照射し、鋼板位置を通過し
た走査レーザー光をレーザー照射装置３の対向側に設置
したレーザー光検出器５によって受光し、その受光期間
から鋼板１に発生したバックリング１−１を検出するも
のである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来提案されているバ
ックリングの自動検出方法として、走査レーザー光束の
受光期間の差からバックリングを検出する方法は、装置
構成が簡単であり、かつ走行中の鋼板のバタツキに影響
されることが少ないという利点はあるが、レーザー光が
通過するときの鋼板をとりまく雰囲気の温度勾配に伴っ
てレーザー光に屈折が生じ、これがバックリング検出の
不感帯を発生させるという欠点があった。

【０００８】バックリングの検出において不感帯が発生
する事情につき、図７を参照して説明すると次の通りで
ある。同図は、従来のバックリング検出方法における鋼
板１上方をとりまく雰囲気の等温線ａ、すなわち等屈折
率線と、レーザー光束の光路ｂおよびバックリング検出
不感帯ｃの状況を示している。図７に示すように、平行
なレーザー光束中の各レーザースポットが、鋼板エッジ
部における等屈折率線の勾配によって屈折を開始し、さ
らに、鋼板１の平坦表面部上方において鉛直方向に分布
する等屈折率線の勾配によって屈折が加速されることに
なる。

【０００９】この現象は、鋼板１の表面により近い高さ
位置ほど等屈折率線が密になるので、そのような密な領
域に入射し通過するレーザー光束ほど屈折度が顕著にな
る。従って、結果的にレーザー光束の平行走査が実現で
きなくなり、図示のようにバックリング検出の不感帯ｃ
が発生するのである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、従来技術に
おける前記の欠点を解消する目的のもとに開発されたも
のであって、走査レーザー光が鋼板位置を通過する際に
生ずる屈折の顕著な部分だけにつき、これをウエッジプ
リズムによって予め光路変向させ、斜め方向から鋼板へ
入射させるようにし、この措置によって鋼板の等屈折率
線に起因するレーザー光の屈折がもたらす不感帯を減少
させ、以てバックリングの高精度な判定を可能にしよう
とするものである。

【００１１】そして、この発明の要旨は、連続熱処理炉
内で走行している鋼板のバックリングをレーザー光を用
いて検出する方法において、鋼板の厚み方向に段階的に
走査移動させる水平な走査レーザー光束の一部を、鋼板
への入射に先立ってウエッジプリズムにより所定角度だ
け鉛直方向寄りへ変向させて、鋼板に対し斜め入射する
ように進路矯正し、鋼板位置を通過した走査レーザー光
束をレーザー光源の対向側に設置したレーザー光検出器
で検出し、得られた検出信号を鋼板の正常時における基
準信号と比較し、両者の受光期間の差からバックリング
を検出するところにある。

【００１２】

【作用】鋼板にバックリングが発生した場合、その鋼板
がロールに接触あるいは巻き付いている状態にある部分
においては、鋼板にしわができて盛り上がるか、しわ状
に盛り上がったものが座屈して重ね合わさった状態とな
る。そのような鋼板を側面方向から観察すると、見掛け
上、鋼板の厚みが増加したような現象を呈する。この見
掛け上の板厚増加を観察することによって、バックリン
グの検出が可能となる。

【００１３】見掛け上の板厚増加を観察する方法として
レーザー光束を用いた場合、鋼板の側面方向から照射さ
れるレーザー光束が、鋼板上方の高い位置を何らの支障
も受けることなく通過するときは、受光信号の大きなも
のが得られ、鋼板もしくは搬送ロールで遮られる高さ位
置まで下がってくると、その得られる受光信号は小さく
なる。従って、レーザー光検出器にレーザー光が入光し
はじめてから遮られるようになるまでの時間（受光期
間）を測定することによってバックリングの検出が可能
である。

【００１４】レーザー光源から発射されたレーザー光束
を鋼板の厚み方向（上方から下方向き）へ段階的に走査
させる方法としては、例えば回転ミラーを用いて扇形状
に走査し、次に、これをレンズによって平行光束に変え
て走査する方法を採用することができる。この平行な走
査レーザー光束は、鋼板の上方の雰囲気を通過した後、
レーザー光検出器に入光するようになる。この場合、平
行な走査レーザー光束の各レーザースポットが鋼板エッ
ジ部での等屈折率線の勾配によって屈折を開始し、さら
には、鋼板上方で鉛直方向に分布する等屈折率線の勾配
により屈折度が加速されることになる。もとより、鋼板
表面近傍では、温度勾配が急峻であるから、等屈折率線
は密である。従って、鋼板表面近傍を通過する走査レー
ザー光ほどより大きく屈折することとなり、その結果と
してレーザー光束の平行走査が実現されなくなり、バッ
クリング検出の不感帯が発生することとなるのである。

【００１５】そこで、走査レーザー光の屈折が顕著な部
分、すなわち温度勾配が急峻な範囲を通過する走査レー
ザー光束のみにつき、これをウエッジプリズムを使って
所定の角度だけ予め鉛直方向寄りに変向しておき、鋼板
に対して斜め入射するように矯正する。これにより、走
査レーザー光束は、鋼板エッジ部で水平方向の光路を進
むようになる。従って、バックリング検出の不感帯は低
減する。

【００１６】なお、走査レーザー光束を鋼板に対して斜
め入射させるときの入射角度は、鋼板表面温度と雰囲気
温度で決まる両者の屈折率の比から、走査レーザー光が
鋼板エッジ部で鉛直上方寄りに屈折することなしに水平
方向に進む角度を選定すればよい。

【００１７】レーザー光源設置側と対抗する側に設置さ
れたレーザー光検出器では、受光した通過光を電気信号
に変換して信号処理判定装置へ出力する。信号処理判定
装置では、レーザー光検出器から入力した受光信号の受
光期間と、鋼板正常時の受光期間とを比較し、両者の差
を求めてバックリングを判定する。

【００１８】

【実施例】図１は、この発明を実施するための装置構成
の一例を示す概略図である。同図において、１は鋼板、
１−１は鋼板１に発生したバックリング、２はロール、
６はレーザー光源、７は回転ミラー、８はレーザー光の
形状修正用レンズ、９はレーザー光束の斜め入射用ウエ
ッジプリズム、１０はレーザー光束の集光用レンズ、１
１はレーザー光検出器、１２はコントローラー、１３は
信号処理判定装置、１４は基準光検出器である。なお、
レーザー光源６としては、Ｈｅ−Ｎｅ等のガスレーザー
や半導体レーザーを使用することが可能である。

【００１９】上記装置において、レーザー光源６より発
射されたレーザー光は、回転ミラー７にて扇形に走査さ
れ、次に形状修正用レンズ８にて水平な平行走査レーザ
ー光束に変えられる。図１では走査レーザー光束を帯状
に図示しているが、ある瞬間には、これらのうちの１本
の光束が存在するだけである。つまり、回転ミラー７の
回転に応じて、レーザー光束は瞬間ごとに上から下へと
時々刻々に段階移動する。

【００２０】図２は、鋼板１と形状修正用レンズとの間
にウエッジプリズム９を置いた場合の、雰囲気の等温線
（等屈折率線）ａと走査レーザー光束のレーザー光路ｂ
を示したものである。

【００２１】ウエッジプリズム９によって、予め鋼板１
に対して斜め入射するよう矯正された走査レーザー光束
は、鋼板エッジ部で水平方向に進む。しかし、矯正され
ずに鋼板１上方の高い位置を通過する走査レーザー光束
は、等温線ａの勾配による影響が極めて少ないため、そ
のまま水平に進むことになる。なお、矯正された走査レ
ーザー光束は、対向側の鋼板エッジ部でも光路屈折する
が、鋼板表面上を通過した後なので、これがバックリン
グ検出の不感帯となることはない。

【００２２】次に、走査レーザー光束をウエッジプリズ
ム９で矯正する場合の角度選定につき、図３を参照して
説明する。一般的にウエッジプリズムを透過した走査レ
ーザー光束の屈折角θは、ウエッジプリズムの屈折率を
ｎ，ウエッジ角をαとすれば、１式で表される。

【００２３】１式 θ＝（ｎ−１）α

【００２４】ここにおいて、走査レーザー光束を鋼板エ
ッジ部で水平方向にするために必要なウエッジプリズム
９における屈折角θは、鋼板エッジ部での等屈折率線
（等温線ａ）の勾配を４５°、鋼板表面温度による空気
の屈折率をＮ_w、炉内雰囲気温度による空気の屈折率を
Ｎ_tとすれば、２式に示すスネルの屈折式によって求め
ることができる。

【００２５】 ２式 Ｎ_t・ｓｉｎ（４５°−θ）＝Ｎ_w・ｓｉｎ４５°

【００２６】連続熱処理炉が定常操業状態に入って安定
すると、鋼板表面温度及び炉内雰囲気温度はほぼ一定す
るとみてよいから、２式におけるＮ_t及びＮ_wは一義的に
決まる。従って、ウエッジプリズム９による屈折角θも
２式から選定することができる。さらには、ウエッジ角
αが１式によって決まることは勿論である。

【００２７】ウエッジプリズム９によって矯正を要する
光束の屈折矯正範囲ｙは、温度勾配が急峻であり屈折が
顕著な部分だけとする。屈折が顕著な範囲すなわち温度
勾配が急峻な範囲を知る方法としては種々のものがあ
る。その一例は、鋼板表面上での温度勾配を数値計算で
求めてレーザー光路をシミュレートする方法である。他
の一例は図４に示すように、実施用のレーザー光検出器
を設置する前に、鋼板１を中間においてレーザー光源Ｌ
の対向側に調査用の位置検出器Ｔを設け、レーザー光Ｌ
−１の入射高さｙｏと位置検出器Ｔによる検出位置との
関係を調査する方法である。いずれにしても、このよう
な方法によれば、屈折の顕著な範囲は簡単に知ることが
できる。

【００２８】上記のようにして決定したウエッジ角αを
持ったウエッジプリズム９を、走査レーザー光束の形状
修正用レンズと鋼板１との間にある屈折矯正範囲ｙ（図
２及び図３参照）に置けば、レーザー光の屈折が抑制さ
れ、バックリング検出の不感帯が減少する。

【００２９】レーザー光束の受光側では、図１に示す集
光用レンズ１０を介して入光した走査レーザー光をレー
ザー検出器１１にて受光し、そのレーザー光を電気信号
に変換して出力する。このようにして得られたレーザー
検出器１１の受光信号は、コントローラー１２を経由し
て信号処理判定装置１３に入力され、そこでバックリン
グ検出が行なわれる。

【００３０】図５は、上記レーザー検出器１１の出力信
号を例示したものである。図５の（Ａ）は、走査レーザ
ー光束の高さの変化を表したタイムチャートであって、
レーザー光束が回転ミラー及び形状修正用レンズによっ
て上から下に変化する状態を示している。このとき、ウ
エッジプリズムの作用により、予め鋼板に対して斜め入
射された走査レーザー光束は、鋼板上での平行走査が可
能となるので、このタイムチャートに表れる信号の波形
はのこぎり状となる。

【００３１】図５（Ｃ）は、受光信号を表したものであ
って、走査レーザー光束が鋼板上方の高い位置を通過し
ているときは受光信号は大きく、鋼板もしくは搬送ロー
ルで遮られる位置を通過しているときは小さいことを示
している。また、受光信号の受光期間ｔは、鋼板の表面
高さが高いと短く（幅が狭い）、反対に低いと長く（幅
が広い）なる。従って、図１に示す基準光検出器１４に
入光してから、刻々移動して走査レーザー光が遮られる
ようになるまでの時間（受光期間）は、図５（Ｂ）に示
すＴ₀及びＴ₁のごとくである。

【００３２】さて、図５（Ａ）において、一点鎖線は鋼
板正常時の受光信号高さを示しており、破線は鋼板にバ
ックリングが発生して鋼板表面の盛り上がり状態時にお
ける受光信号高さを示している。そして走査レーザー光
束がバックリング発生部位を通過すると、受光期間はＴ
₀からＴ₁へと変化する。そこで、受光期間Ｔ₀とＴ₁とを
比較し、両者の差を観察することによってバックリング
の発生を検出するのである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、レーザー光を用い
て鋼板のバックリングを検出する場合にこの発明方法を
実施すれば、従来の欠点であったレーザー光の鋼板位置
通過時における屈折を抑制することができるので、バッ
クリングを高精度に検出測定することができる。また、
この発明方法を実施する装置についても比較的簡単な手
段を用いればよく、かつ複雑な処理を必要としないた
め、連続熱処理炉内を走行する鋼板のバックリング検出
方法として極めて有用性に富むものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明方法を実施するための装置構成例を示
す概略図である。

【図２】この発明方法を実施する場合の鋼板上での等温
線（等屈折率線）及びレーザー光束の光路を示す図であ
る。

【図３】この発明方法の実施に用いるウエッジプリズム
のウエッジ角を決める原理の説明図である。

【図４】レーザー光を用いるバックリング検出におい
て、レーザー光の屈折が顕著な範囲を調査する手法例を
示した図である。

【図５】この発明方法を実施する装置の出力信号を例示
したものであって、（Ａ）はレーザー光束の高さ変化を
示すタイムチャート、（Ｂ）は基準光検出器の受光信号
を示すタイムチャート、（Ｃ）はレーザー光検出器の受
光信号を示すタイムチャートである。

【図６】従来のバックリング検出方法を示す概略図であ
る。

【図７】従来のバックリング検出における鋼板上での等
温線（等屈折率線）及びレーザー光束の光路を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 鋼板 １−１ 鋼板に発生したバックリング ２ ロール ６ レーザー光源 ７ 回転ミラー ８ レーザー光の形状修正用レンズ ９ ウエッジプリズム １０ レーザー光束の集光用レンズ １１ レーザー光検出器 １２ コントローラー １３ 信号処理判定装置 １４ 基準光検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続熱処理炉内で走行している鋼板のバ
   ックリングをレーザー光を用いて検出する方法におい
   て、鋼板の厚み方向に段階的に走査移動させる水平な走
   査レーザー光束の一部を鋼板への入射に先立ってウエッ
   ジプリズムにより所定角度だけ鉛直方向寄りへ変向させ
   て、鋼板に対し斜め入射するように進路矯正し、鋼板位
   置を通過した走査レーザー光束をレーザー光源の対向側
   に設置したレーザー光検出器で検出し、得られた検出信
   号を鋼板の正常時における基準信号と比較し、両者の受
   光期間の差からバックリングを検出することを特徴とす
   る鋼板のバックリング検出方法。