JPH07504975A - 連続製造されるストリップの平滑度測定ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 連続製造されるストリップの平滑度測定ローラ本発明は、例えば、鋼ストリップ のような連続的に製造されるストリップの平滑度を測定するローラに関する。

連続的なストリップ製造ラインにおいて、その平滑度を連続的に点検し得ること が必要である。これは、例えば、鋼ストリップの冷間圧延機の場合にそうである 。

平滑度の欠点は、軸方向ファイバと横方向ファイバとの長さの差により縁部に凹 凸が生じたり、又は軸線に空隙が生じることに起因することが多い。

これらの欠点を検出し且つ測定するため、ストリップは、該ストリップを偏向ロ ーラに圧接させることにより張力を加え、ストリップの軸線及び縁部においてス トリップがローラに加える圧力を測定する。実際上、短かいファイバ及び長いフ ァイバは、同一の張力を受けず、その結果、ローラに等しい圧力が加わることは ない。

この平滑度の点検を行うため、ジャケットと、一つの面と、ジャーナルとを備え 、その表面には、圧電又は誘導型の圧力センサが設けられた平滑度測定ローラが 存在する。これらのローラは、その軸線を中心として回転可能に取り付けられる 。しかし、これらのローうには、幾つがの欠点がある。

即ち、 −これらのローラは、機構的に極めて複雑であり且つ非常に重く、このため、こ れらのローラを設置するためには、相当な関連装置を必要とし、特に、モータが 必要となる。

−これらのローラは、極めて高価である。

−圧電又は誘導型センサは、比較的寸法が大きく、このため、その多（をローラ の母線に沿って配置することが出来ず、その結果、その幅方向の分解能が低下す る。

一測定結果の出力及び伝達が複雑である。

−測定は、点検されるストリップの剛性及び厚さに依存する。

本発明の目的は、機構的に簡単且つ軽量であり、モータで駆動する必要がなく、 幅方向の分解能に優れ、測定結果の出力及び伝達が簡単であって、その測定がス トリップの剛性及び厚さと無関係な平滑度測定ローラを提案することである。

この目的のため、本発明の主題は、中空の円筒状面と、ジャケットと、二つの中 空ジャーナルと、を備える、例えば、鋼ストリップのような連続的に製造される ストリップの平滑度を測定するローラであって、横方向力を受ける単モード光フ ァイバに現れる複屈折を利用する光ファイバを有する力測定装置を更に備え、そ の力測定装置の−又は複数の光ファイバが円筒状面の回りに少なくとも一回巻か れた少なくとも一つの巻線部分を形成し、その力測定装置は、ストリップにより ジャケットに加えられる圧力によって生じる機械的応力を受けるような状態でジ ャケットに接触するように配置される。

該光ファイバ力測定装置は、安定的な電源と、単色光光源と、偏光器と、少なく とも一本の単モード光ファイバと、偏光分析器と、光検出器と、電子位相追跡装 置と、を備えており、これらは、円筒状面の内部に配置されている。

ローラに組み込まれる力測定装置は、平行に取り付けられ、円筒状面の回りに巻 線部分を形成する複数の光ファイバを備えており、これらの巻線部分が、少なく とも一回巻くことによって離間され、円筒状面の幅の全体に配分されるようにす ることが望ましい。

該光源は、レーザ源であることが望ましい。

該電子位相追跡装置は、円筒状面内に配置されたマルチプレクサに接続される。

該マルチプレクサは、ジャーナルの外端に近接してローラの軸線内に配置された 発光ダイオードに給電する。

ローラは、複数の光ファイバが接続される少なくとも一つのカプラーを備えるこ とが可能である。

該ローラは、一方でジャーナルの一つに配置された導電性リングに接続され、他 方で、−又は複数の光源に接続された安定的な電源装置を備えている。

該ジャケットは、例えば、樹脂のような合成材料で形成されることが望ましい。

かかるローラは、軽量であり、モータで駆動する必要がなく、幅方向の分解能に 優れ、ストリップの厚さ又は剛性の影響を受けることはない。更に、かかるロー ラは、経済性も備えている。

圧延ストリップの幅全体の可変の温度による影響に対し力測定値を補正するため 、本発明によるローラは、力測定器の光ファイバの巻線部分の近傍に、同様に、 温度変化を受けたときに現れる複屈折を利用する光ファイバから成る少な（とも −回巻きした二次巻線部分を備えることが望ましく、該二次巻線部分は、ストリ ップがジャケットに加える圧力によって発生される機械的応力を受けないような 状態で配置する。

以下、添付図面に関して本発明を更に詳細に説明する。添付図面において、図１ は、光ファイバ力センサの理論線図、図２は、ジャケットの一部を切り欠いた本 発明によるローラの斜視図、図３は、単一の光源によって照射される３本のファ イバを平行に取り付けるときの線図、 図４は、温度の補正を行う、本発明の有利な実施例のローラの軸線に沿った縦断 面図とした部分概略図である。

光ファイバによる力の測定原理は公知であるが、更に明確にするため、以下に説 明する。

単モード光ファイバが横方向力を受けたとき、複屈折が生じる。この複屈折によ り、力の軸線に関して平行に偏光された光波は、力の軸線に関して垂直に偏光さ れた光波と等しい速度で伝播しない。

横方向力を受けた単モード光ファイバにおいて、力の軸線に関して４５°の角度 で偏光された光波が導入される場合、その光波は、力の方向に関して平行に及び 力の方向に関して垂直にそれぞれ直線状に偏光された二つの光波に分割される。

これらの二つの光波は、異なる速度でファイバ内を伝播する。二つの光波がファ イバからの出口で重ね合わされたならば、偏光分析器を使用して、その干渉が観 察される。

力が変化する場合、連続的な干渉縞（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｒｉｎｇｅ ｓ）が生じるのが観察される。該干渉縞の数を計算することにより、力のパター ンの変化に追従し、且つその力の値をめることが可能となる。

この方法を実施するためには、図１にその原理を示した装置が使用される。

この装置は、安定化電源２により給電される単色光光源１を備えている。

該光源１は、適当に方向法めされた偏光器３を照射する。この偏光器３の後方に は、横方向力Ｆを受ける単モード光ファイバ５の端部４が配置されている。該光 ファイバ５の第二の端部６は、偏光分析器７に対面しており、該偏光分析器７の 後方には、発光ダイオード８がある。該発光ダイオード８は、電子位相追跡装置 ９に接続される。該電子位相追跡装置は、干渉信号を分析し、干渉縞の数及びそ の移動方向を計数する。

本発明は、移動するストリップの平滑度の測定に使用することの出来るローラ内 に上記の力測定装置を埋め込むことを内容とする。

図２に全体として符号１０で示したかかる平滑度測定ローラは、中空の円筒状面 １１と、中空ジャーナル１２．１２′　と、ジャケット１３とを備えている。該 円筒状面１１には、複数の光ファイバ５ａ、５ｂ、５ｃが巻かれており、これら 光ファイバは、円筒状面１１の幅の全体に配分された、離間した巻線部分１４． １５．１６を形成する−又は複数のループ５′ａ、５′ｂ１５′Ｃを構成する。

光ファイバの各々は、少なくとも一回巻きされ、幾つかの隣接する巻線部分を形 成することが出来る。各光フナイバの端部は、円筒状面内に貫入し、該円筒状面 の内部には、電源、−又は複数の光源、偏光器、偏光分析器、光検出器及び電子 位相追跡装置が配置される。

光ファイバの各々を集積化して、レーザ光源と、ファイバの一端に設けられた偏 光器と、偏光分析器と、光検出器と、ファイバの他端に設けられた電子位相追跡 装置と、を備える光回路にする。

それ自体公知の電子位相追跡装置は、マルチプレクサ２１に連結される。該マル チプレクサは、ローラ内部に配置される。該マルチプレクサは、ジャーナルの他 端の近傍で中空のジャーナルの軸線内に配置された発光ダイオード２２に連結さ れる。ローラの外側にて、光検出器２３は、発光ダイオード２２と反対側でロー ラの軸線の伸長部分の内部に配置される。該光検出器２３は、図示しない電子信 号処理及び計算装置に連結される。

光ファイバが一本しか無い場合、発光ダイオードは、位相追跡装置に直接、連結 される。

安定化電源２は、ジャーナル１２の外周に配置された二つの導電性リング２４． ２５に連結される。図３に示すような単一の光源ｌで数本の光ファイバを照射す ることが出来る。この場合、偏光器３の後方には、光源１から照射され、偏光器 ３によって偏光された光ビームを光ファイバと同数の多数の偏光ビームに分割す るカプラー２０が配置されている。該カプラー２０は、偏光状態を保持するカプ ラーであることを要する。図３の場合、該カプラー２０は、検出器として機能し 、その各々が横方向力Ｆが付与される円筒体の表面を中心として−又は複数のル ープ５’ａ、５’ｂ又は５′Ｃを形成する、３本のファイバ５ａ、５ｂ、５Ｃに 供給する。又、該カプラー２０の後側に３つの偏光器を配置することも可能であ る。

光ファイバの各々には、偏光分析器７ａ、７ｂ、７ｃと、位相追跡装置９ａ、９ ｂ、９Ｃに供給する光検出器８ａ、８ｂ、８ｃとが設けられる。これら各種の位 相追跡装置は、マルチプレクサ２１に接続される。全ての偏光機能は、適合した 光ファイバにより実施されることが理解される。

巻線部分１４．１５、１６は、光ファイバが優れた横方向分解能を呈するような 状態でローラ上に配置される。これを可能にするため、光ファイバは、特に、ロ ーラの端部に近接した領域内で互いに相対的に近接するように配置することが出 来る。

ストリップとの接触に起因する有害な影響から光ファイバを保護するため、ロー ラの表面には、樹脂が被覆されている。この被覆は、ジャケット１３を形成する 。

次に、作用について説明する。安定化電源２には、リング２４．２５を介して電 流が供給される。該電源は、単色光光源１に供給される安定的な電流を供給する 。光源１は、偏光器３を２ｉｌ！ｉ−Ａすることで偏光される光線を発生する。

この偏光された光線は、カプラー２０により、該カプラーに接続されたファイバ と同数の多数の光線に分割される。光ファイバ５ａ、５ｂ、５ｃの各々は、その 光ファイバに加えられる力Ｆの影響を受ける光ビームを受け取る。光ファイバの 各々の光ビームは、光ファイバの各々と関係付けられた偏光分析器７ａ、７ｂ、 ７ｃにより分析され、偏光分析器の各々から発生された光信号の各々は、光検出 器８ａｓ８ｂ、８Ｃにより検出され、これら光検出器は、光信号を電気信号に変 換する。

電気信号の各々は、関係付けられた位相追跡装置９ａ、９ｂ、９Ｃにより処理さ れる。これらの位相追跡装置は、発光ダイオード２２に給電するマルチプレクサ ２１に信号を送る。該発光ダイオードは、ローラから光信号を送り出す。この信 号は、ローラの外側に配置された発光ダイオード２３により検出される。該発光 ダイオード２３は、その信号を電子処理及び計算装置に送る。このように、光フ ァイバの各々に付与される力Ｆをめることが可能となる。

ローラの光ファイバの全てが同一の光源による光の照射を受けることは必ずしも 必要でなく、幾つかの光源を設けることも可能であることを理解すべきである。

これに反し、位相追跡装置の全ては、単一のマルチプレクサに接続される。その 結果、ローラから信号の出力は単一となる。

発光ダイオード２２及び光検出器２３により信号を出力することは、導電性リン グにより出力する場合よりもはるかに信頼性が増すという利点がある。

最後１ご、製造ラインにおいて、ローラは、ストリップの面に対して平行なその 軸線を中心として回転可能に取り付けられる。該ローラは、ストリップがローラ に力を作用させるようにストリップをある程度撓ませるような状態で取り付けら れる。

かかるローラは、ストリップの剛性又は厚さによる影響を受けないことを理解す べきである。実際上、測定された力は、ストリップをローラに巻き付ける角度に 影響されず、これは、従来技術のローラの場合には得られないことであり、従来 技術の場合、その巻き付は角度は、ストリップの剛性及び厚さに依存する。

上述の力測定装置の構造に使用される単モード光ファイバは、同様の方法で熱を 感知可能である。

このように、ストリップの温度が、横方向に均一で無い場合（例えば、縁部が中 間部分よりも低温である）、多数の光ファイバにより出力される信号は、温度差 による影響を受け、故に、ストリップの周囲温度が均一であるときの平滑度の真 の欠点を完全に表示することは出来ない。

こうした欠点を解消するため、力測定器の各光フアイバ巻線部分の近傍には、同 一型式の二次巻線、即ち、温度変化の作用により９０″の両方向に沿って現れる 複屈折を利用する単モード光ファイバから成る温度センサを配置することが有利 であり、この巻線部分は、圧延ストリップによりローラのジャケットに加えられ る圧力に起因する機械的応力がその巻線部分を構成するファイバに影響しないよ うな状態で配置する。

図面を不必要に複雑にしないよう、巻線部分１４を含むローラ１０の部分のみを 示す図４に図示するように、本発明のこの特別な実施例は、温度センサの二次巻 線部分２４を形成する光ファイバを通路２５内に収容することで実施することが 出来、この通路２５は、−次巻線部分１４用にハウジングに形成された通路より も深く、表面１１に機械加工することにより形成される。理解されるように、こ の機械加工深さは、二次巻線２４を構成する光ファイバがジャケット１３と接触 しない直径となるように設定される。

温度は感知するものの、応力は感知しない、符号２４で示すような光ファイバに よる温度測定は、上述の力センサ装置のような干渉偏光技術を利用して行うこと が出来る。

この方法は、符号２４で示すような単モード光ファイバの温度センサ回路網をロ ーラ１０に沿って配分された力センサ回路網１４．１５．１６等と平行に取り付 けるものである。その各々が隣接する力センサに関係付けられたこれらの温度セ ンサ２４等は、力測定光ファイバ５ａ、５ｂ、５Ｃ等が取り付けられたものと同 一の光学装置、即ち、例えば、レーザのような単色光光源、偏光器、少なくとも 一つの温度検出用単モード光ファイバ、偏光分析器、光検出器及び電子位相追跡 装置のような装置の内部に配置される。

このように配置されたこれらの光ファイバ２４は、局部的な温度を表示する信号 を出力する。この信号を利用して、力を検出する隣接する光ファイバからの信号 を補正し、これにより、圧延ストリップがその幅に亙って示す温度勾配による影 響を受けない応力値をめる。更に、中央コンピュータにより、各対の力温度の値 を基に、ストリップが２０°Ｃの周囲温度に達したときに示すであろう平滑度の プロファイルをめることが容易となる。

充　１３ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　６年　６月　２日」

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．中空の円筒状面（１１）と、ジャケット（１３）と、二つの中空ジャーナル （１２、１２′）とを備える型式であり、その軸線を中心として回転可能に取り 付けられた、例えば、鋼ストリップのような連続的に製造されたストリップの平 滑度を測定するローラにして、横方向力を受ける単モード光ファイバに現れる複 屈折を利用する光ファイバを備える力測定装置を備え、該力測定装置の一又は複 数の光ファイバ（５ａ）が、ストリップによりジャケット（１３）に加えられる 圧力によって発生される機械的応力を受けるような状態で前記ジャケット（１３ ）に接触するように配置された円筒状面（１１）を中心として少なくとも一回の 巻き部分（５′ａ）を有する少なくとも一つの巻線部分（１４）を形成すること を特徴とするローラ。
2. ２．請求の範囲第１項に記載のローラにして、前記光ファイバの力測定装置が、 安定化電源（２）と、単色光光源（１）と、偏光器（３）と、少なくとも１本の 単モード光ファイバ（５）と、偏光分析器（７）と、光検出器（８）と、電子位 相追跡装置（９）とを備え、これら装置が前記円筒状面（１１）内に配置される ことを特徴とするローラ。
3. ３．請求の範囲第１項又は第２項に記載のローラにして、該ローラに設けられる 力測定装置が、平行に取り付けられ、前記円筒状面（１１）を中心とする巻線部 分（１４、１５、１６等）を形成する複数の光ファイバ（５ａ、５ｂ、５ｃ）を 備え、該巻線部分が、少なくとも一回巻き部分（５′ａ、５′ｂ、５′ｃ）によ り離間され且つ前記円筒状面（１１）の幅に沿って配分されることを特徴とする ローラ。
4. ４．請求の範囲第２項に記載のローラにして、前記光源（１）がレーザ源である ことを特徴とするローラ。
5. ５．請求の範囲第２項、第３項又は第４項の何れかに記載のローラにして、前記 円筒状面（１１）の内部に配置され、前記位相追跡装置（９ａ、９ｂ、９ｃ）が 接続されるマルチプレクサ（２１）を更に備えることを特徴とするローラ。
6. ６．請求の範囲第２項乃至第５項の何れかに記載のローラにして、前記ジャーナ ル（１２、１２′）の外端に近接して前記ローラの軸線内に配置された発光ダイ オード（２２）を備えることを特徴とするローラ。
7. ７．請求の範囲第２項乃至第６項の何れかに記載のローラにして、複数の光ファ イバ（５ａ、５ｂ、５ｃ）が接続される少なくとも一つの光カプラー（２０）を 備えることを特徴とするローラ。
8. ８．請求の範囲第２項乃至第７項の何れかに記載のローラにして、前記ジャーナ ル（１２）の一つが安定化電源（２）に連結された導電性リング（２４、２５） を備えることを特徴とするローラ。
9. ９．請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに記載のローラにして、前記ジャケッ ト（１３）が、例えば、樹脂のような合成材料で形成されることを特徴とするロ ーラ。
10. １０．請求の範囲第１項又は第３項に記載のローラにして、前記ストリップが前 記ジャケット（１３）に加える圧力に起因する機械的応力を受けないような状態 で前記力測定光ファイバ（５ａ）の巻線部分（１４）の近傍に配置された、温度 検出用光ファイバの二次巻線部分（２４）を備えることを特徴とするローラ。
11. １１．請求の範囲第１０項に記載のローラにして、前記二次巻線部分（２４）が 、前記一次巻線部分（１４）の位置の直ぐ近傍にて前記円筒状面（１１）に機械 加工された通路内に収容されることを特徴とするローラ。