JPS58147604A - 棒線材直径検査及び寸法制御方法 - Google Patents

棒線材直径検査及び寸法制御方法

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JPS58147604A
JPS58147604A JP57028892A JP2889282A JPS58147604A JP S58147604 A JPS58147604 A JP S58147604A JP 57028892 A JP57028892 A JP 57028892A JP 2889282 A JP2889282 A JP 2889282A JP S58147604 A JPS58147604 A JP S58147604A
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    • B21B38/04Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring thickness, width, diameter or other transverse dimensions of the product
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    • G01MEASURING; TESTING
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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】 本発明は圧延走行中の熱間棒線材の断面寸法を実時間で
測定する棒線材直径検査方法並びに寸法制御方法に関す
るものである。
一般に、熱間圧延棒線材の直径寸法公差は、JISでは
直径の±1.5チ以内となっているが、近年技術の進歩
と需要家での引抜き工程の省略等の必要性とが相まって
、±0.5%という厳しい公差も現われてきている。こ
うした棒線材を圧延する場合には、例えば圧延機の後に
直交2方向の太さ計を設けて、・これらにより棒線材の
天地(ロール孔型の底に対応する部位)と左右(ロール
フリー面に対応)の寸法をチェックしながら、寸法の調
整を行なう場合がある。
しかしながら棒線材のプロフィールは、円形もしくは楕
円形では近似できない複雑な形をしているので、単に天
地、左右の寸法を測定しただけでは棒線材の寸法全体の
保証はできない。
例えば第1図は、80鶴ダの棒鋼の断面を5°毎にマイ
クロメータで測定したデータであるが、これを見れば直
交2軸形の太さ計での測寸では、棒線材の最大値、最小
値をとらえることは不可能であり、従ってより正確な寸
法制御も不可能なことは明らかである。
一般に棒線材の最大径は天地、左右方向の中間のいわゆ
る肩の部位であり、この肩の部位は、第1図でもわかる
ように微小の角度変化により、太き(寸法が変動するこ
とが知られている。従って直交2軸形の太さ計では、正
確に肩の最大径の角度にセットすることは、棒想材に捻
れが発生することもあり、極めて国難であるとともに、
最大径と同時に最小径を測定することも難しい。
従って圧延の圧下調整の手段として用いられ、直径が最
大許容径、最小許容径の間にあるというような品質保証
は不可卵であり、こうした品質保証は、棒線材を冷間剪
断した最終成品を、1本1本限界ゲージでチェックして
許容寸法内であることを確かめることによるのが一般的
であった。
その後これらの問題解決のため、回転形の棒線材寸法測
定装置が開発され、実用に供されている。まずこれにつ
いて説明する。
例えば回転形の棒線材寸法測定装置としては、実願昭5
3−20271号(以下先願1という)、実願昭53−
23729号(以下先願2という)、特願昭54−10
0952号(以下先願3という)等がある。
先願lは回転形の寸法測定装置本体に対するもの、先願
2は先願1に加え、特定角度とその角度における直径寸
法測定値を表示記録するようにしたもの、先願3は先願
1に加え、全周の直径寸法測定値のうちの最大値と最小
値を演算表示する装置を備えたこと等を特徴とするもの
である。
先願1〜3のうち、先願3が棒線材の圧延時寸法公差内
に入っているかどうかの管理用として使用できる程度で
あり、寸法調整のために必要な情報は出力されていない
。更に回転形寸法測定装置によシ測定した全周分の直径
値の基準真円からの偏差を拡大して、陰極側管上に表示
する装置を備えたことを特徴とする特願昭54−379
64号(以下先願4という)が出願されているが、これ
は圧延オイレータによる寸法調整のためのガイダンスで
ある。
一方ここで棒線材圧延時におけるロールの摩耗と、それ
に伴うロール圧下の調整方法について説明する。
第2図(a)は材料噛み込み中の上ロール上左半分の断
面を表わす。Aの軌跡は、ロール組込み直後の圧延初期
のロールのプロフィールで、Bの軌跡はロール組替直前
の圧延完了時のロールのプロフィールであるが、孔型と
入側材料形状(本例の場合は楕円形状)の関係から、左
右方向寄りの肩の摩耗が最も太きい。最大摩耗量をtと
すると、Aの軌跡は天地径がほぼ目標径りに一致するよ
うに調整しであるので、ロール摩耗後の成品径は、Dか
らD+tの範囲となり、Dに対する偏差は、全て正方向
に偏るため太きな値となる。
そのため一般的には、ロールをX量だけ圧下し、第2図
(b)に示すようにCの軌跡とすることにより偏りを正
負に分配し、Dに対する偏差を小さな値とするような調
整を行っている。そのため一般的に棒線材の最大径Dχ
は左右に寄った肩、最小径Dnは天地の部位となる。凸
−ルの摩耗、圧延材の鋼種、温度等の変化によりDx 
s Dnの値は変化するので、その都度ロールの圧下調
整を行い目標径に対するDx、Dnの偏差を小さくなる
ようにしなければならない。
又第2図中のCの軌跡では、フリー直径DfはDnとD
xの中間にあるが、これは理想的な状態を表わしており
、場合によってはDxより太き(なったり、Dnより小
さくなったりすることもありうる。フリー直径Dfは、
DnとDxの間に入りさえすれば、値がいくらであって
も全周の直径の目標径に対する最大偏差に変化はないが
、歩留りを考慮した場合Dnに近い値の方がよい。Df
の寸法調整は、張力調整又は入側形状の調整で行う。こ
のように寸法調整を行うためにはDfs DxXDnの
情報が必要不可欠となるが、従来これらについては考慮
が払われていない。
又第3図は100mmりの棒鋼を、圧延機間を無張力の
状態で圧延した時のプロフィールであり、回転形寸法測
定装置の記録したデータをプロットしたものである。第
3図Bの軌跡は、回転形寸定装置上流の圧!=の入側材
料を、断面の小さなものにした時のものであり、Aの軌
跡は小さくする前のものである。入側材料の断面を小さ
くしたことにより、フリー直径はDftからDf、へと
小さくなっている。
従来より棒線材の形状を制御する方法として、圧延機間
の張力を零もしくは小さな値に制御するいわゆる張力制
御があった。その考え方は棒線材の場合、厚板、熱延鋼
板、形鋼等にくらべ圧延荷重が小さく、圧延荷重の変化
による天地方向の寸法変動が比較的小さいため、圧延機
間の張力を、零もしくは小さな一定の値にすることによ
りフリー直径を一定とし、よって全体の形状を一様なも
のにしようというも、のであった。
しかしながら圧延機間の張力を一定にすることは、目標
径に対するフリー直径のばらつきを材料全長にわたって
一定にする効果であって、必ずしもばらつきを小さくす
ることではない点に注意しなければならない。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、棒線
材の周囲を連続回転する太さ計を用い、これにより棒線
材の直径を連続的に測定して、太さ計の半回転毎にフリ
ー直径Df、フリー直径を除いた最大径DX、最小径D
nを演算表示すると共に、棒線材のロール孔型接触部に
於ける最大径Dx、最小径Dnを圧延機のロール圧下に
よってDn+ (Dx−Dn)/2が目標径りとなるよ
うに制御すると同時に、ロール孔型未接触部に対応する
フリー直径Dfを、DnからDxO間の一定値になるよ
うに圧延機関張力又は圧鉦機のロール圧下によって制御
することにより、ロールの摩耗、圧延機の鋼種、温度、
寸法基準等の変化に応じ、目標径りに対する成品径全周
の偏差を、その時々で最小な値にしようとする寸法制御
方法である。
第4図に、本発明方法を実施する際に使用する回転型の
棒線材直径測定装置を示す。
光源2から発せられた光は、し/ズ3を通って千拘光線
となり、棒線材lの影が受光レンズ4を通って、光電変
換アレイ素子5の上に結像する。光電変換アレイ素子は
、電荷結合装置(CCD)、バケットプリゲート装置(
BBD)を応用したものである。
光電変換アレイ素子5に投影された棒・線材1の直径像
は、発信器6から加えられるシフトノξルスによって、
アレイ素子5から明暗に対応したパルス列の形で出力さ
れ、カウンタ7でパルスカウントされる。このカウント
動作は、所定の周期で繰り返し行なわれ平均化が行われ
る。
パルスカウント値に変挨された直径値は、演算処理装置
9に伝送される。8はスリップリング、13は角度検出
器、14は表示装置である。
第5図は本装置の機構部の概念図を示す。前述の第4図
における光源2、しyズ3.4、光電変換アレイ素子5
、スリップリンダ8、発信−器6、カウンターブは回転
体12に一体となって装着されており、固定軸11を中
心として、モータ10により一方向に連続回転する。こ
の回転体への電源の供給及び信号の授受は、回転体側の
スリップリンク8とブラシ(図示せず)を通して行われ
る。
本例では計数は回転体内で行い、その結果をスリップリ
ンク8とブランとによる信号授受手段を通して取り出し
ているが、該手段を介して、シフトパルス及び信号パル
スを伝送して固定地上側でカウントすることもある。又
信号伝達はスリップリングではなく、電磁カップリング
や光学的装置で行うこともある。
回転駆動モータ10には、測寸部材2〜5が基準方向(
例えば鉛直方向)から所定の角度θ回転する度に、信号
を発生する角度検出器13が設置されている。ここで投
影式測寸機の場合、になるので、θは180°をn等分
した値とする。
これらの装置の中で、本発明の1つである棒線材検査方
法は、演算処理装置9と表示装置14より行われる。角
度検出器13により、θだけ測寸部材2〜5が回転した
ことを検知すると、演算処理装置9はカウンタ7よりカ
ウント値を読み込む。この時カウンタ7は、θだけ回転
する間の光電変換アレイ素子5からのパルス列を連続積
算することにより、平均直径に相当するカウント値とな
っている。読み込んだ直径値は、測寸部材2〜5が18
0°回転する分、すなわちn個入力順に、その時の角度
番号と共に保存してゆく。
かくして入力直径値がn個に達すると、これらのデータ
を基にフリー直径Df、フリー直径を除く最大径Dx、
最小径Dnの演算を行なう。
第6図に信号処理方法の一例を示す。第6図の階段状の
曲線は、100m+++n棒調圧延時に前述の先願1の
回転形寸法装定装置の出力を、kンレコーダに記録した
データである。右方向にチャートを送り、装置からの直
径値の入力を縦方向に出力している。よって信号処理装
置が入力したn個の直径値データを、入力順に左から右
にプロットしたものと同じである。カッコ外の角度は、
装置の回転角度を書き入れたもので、180 degの
回転で全周の直径に相当する。本例では直径値の変化を
、Y=Aginθの曲線回帰によって近似している。第
6図中のカッコ内の角度は曲線回帰のθであり、θ=9
0°での直径がフリー直径Dfどなる。
第6図の(a)図は1.圧延機間に張力がかかったか、
又は圧延ロールへ入る材料の大きさが小さな場合であり
、Am 90°の直に対して、実際の直径値が小さな値
となっている。(b)図は逆の場合であり、Adn 9
0°の値に対し実際つ直径値が大きな値となっている。
依ってAs1n 90°を7リ一面径Df、θ=60〜
120°の範囲外での最大径をDx、最小径をDnとし
、各々に対応する角度番号と共に第4図の表示装置14
へ出力する。
7リ一面径Dfの直径値データに対応する角度番号は、
棒線材の捩れの傾向が一様であれば、一本の材料内や材
料間でもほとんど変動しないはずなので、もし変動が大
きな場合、信号処理は異常と見做し処理を中止する。
以上の処理が終ると、n個の直径値及び角度蒼号値をイ
ニシャライズし、次の180 deg回転の周期に入る
第7図はn=30の表示装置の一例を示す。
フリー直径Df、フリー直径を除いた最大径Dx。
最小径Dnをディジタル文字で表示し、各々の発生角度
は、30個の3色発光ダイオードの該当角度の表示によ
って行い、1)fは赤色、Dxは緑色、Dnは橙色を表
示する。
第8図は本発明の1つである寸法制御方法を実施する場
合の装置の構成例である。
棒線材1は圧延ロール15.15′、16.16′によ
って右方向に圧延進行し、直径測定装置17によって連
続的に全周の径が測定され、張力設定装置18に入力さ
れ、更に張力制御装置19に入力される。20はロール
駆動モータである。
次に寸法制御方法について第β図、第9図を用いて説明
する。
第9図は張力と巾変化の関係を表わす実験データである
。図中ΔB=B−B、で示す。≠i圧延機へ加える張力
としては、本発明が≠i圧延機が最終スタンドである場
合に有効であることと、後方張力による巾変化が、前方
張力による巾変化にくらべ大きいことから 後方張力が
適当と思われる。本発明を後方張力によって実施した場
合、目標張力σは(1)式によって求められる。
(1)式中のkは変形抵抗、Kは張カー巾変化変侠係数
であり、第9図の場合K = 0.44で−あるが孔型
によって値が異なる。Doは張力制御したことによって
得ようとする径の一定値であり、目的によりDnからD
xの間の一定値をとればよい。
演算されたびは、第8図に示す張力制御装置19へ入力
され、圧延機のロール回転数の制御によって、≠1−1
圧延機の張力はσに制御される。第8図の構成図は本発
明を後方張力によって実施した場合を表わしており、σ
より≠(i−1)圧延機のロール駆動モータ20に対す
る回転数補正値を演算し、同時に制御する。
本発明では張力設定装置18と、張力制御装置19を別
々の装置としたが、プロセスコンピュータ等を用い、一
つの装置に統合することも可能である。
以上本発明の第2発明を説明したが、目標張力σの演算
、制御は棒線材1本分のDf、Dx、Dnの平均的値か
らσを求め、次材について制御する方法と、棒線材1本
内でDf、 DnXDxの変動の大きい時に制御する方
法とが考えられるが、本発明はいずれの方法も可能であ
る。
本発明の第2発明は、DfをDxとDnO間の一定値と
する寸法制御方法に関するもので、ロールの摩耗、寸法
基準等の変化に応じ、目標径りに対する成品後全周の偏
差を最小にすることは、オペレータのロール圧下操作に
委ねられている。本発明の第3発明はこのロール圧下操
作も同時に自動化するため第2発明の方法に加え、ナi
圧延機のロール圧下制御装置を付加したものであり、ロ
ール圧下制御装置によってDn+(Dx−Dn)/2が
目標径りとなるようにDx、Dnを制御し、Dに対する
成品後全周の偏差を最小な値にしようとするものである
第10図は本発明の第3発明の構成図例である。
圧下制御装置21は直径測定装置17から入力したDx
 XDnの1直を基に、−Dn + (Dx−Dn)/
2が目標径りとなるDXN Dnを実現するため、+i
圧延機のロール圧下制御量Xを演算し、同時に制御する
。Xの値は近似的には(2)式で求められる。
(2)式中のθは最大径位置のフリー面からの角度であ
り、Oくθく180degとする。(2)式のり。
Dx、Dnは熱間径とし、圧延機のスプリングアップは
ないものとした。
ロール圧下の制御は、Xの値だけ圧下を開く方向の制御
であり、セルシン22の圧下の現在値入力を基に圧下モ
ータ23を制御する。
又本発明の第3発明にもすi圧延機の張力が、σとなる
ように制御する張力制御装置19が含まれるが、≠i圧
延機の70−ル圧下によって生じるマスフロー変化分の
ロール回転数制御も、同時に実施する必要がある。その
ためロール圧下制御装置21よ!llXの値を入力して
いる。
以上本発明の第2、第3発明を説明したが、フリー直径
Dfの制御はいずれの場合も、ナi圧延機に加える張力
により行った。今この張力を、+i圧延憧と−+(i−
1)圧延機の間に材料全長にわたって一定に加えたとし
ても、材料先頭から+(i−1)圧延様噛放し部までの
形状は、一様とはならない。
これは張力Vノ圧延機間の相互影響によるもので、≠(
il)、et圧延機に同時に材料′が噛み込んでいる状
態では、材料を噛み込んでいる全ての圧延機間に張力が
生じ、又その張力の大きさも、噛み込み圧延機数によっ
て変化するからである。そのため棒線材の最終形状は全
長にわたって不均一なものとなる。Dfを制御するため
に加える張力は、それ程大きな値ではないので、このば
らつきも比較的小さな値になることが多いが、寸法基準
が史に厳しい場合については問題となる。
本発明の第4発明は、かかる問題点に鑑みなされたより
精度の高い寸法制御方法であり、Df、Dn % Dx
 ’)制御は≠(i−1)圧延機及び≠i圧延機の圧下
制御によって行い、全ての圧延機間の張力は、零又は微
小値に制御するという寸法制御方法である。
第11図は本発明の第4発明の構成図例である。圧下制
御装flt21は、直径測定装置17から入力したDf
 s Dx % Dnの値を基にDn+(Dx−Dn)
/2が目標径り、DfがDnがらDxの間の一定値にな
るように、+i圧延模のロール圧下制御量Xと+(i−
1)圧延機のロール圧下量Yを演算し、同時に制御する
。Xの演算は例えば(2)式、Yの演算は突成式等によ
って行う。
又本発明の第4発明には、全圧延機間の張力を零又は微
小値に制御する張力制御装置19が含まれるが、+i圧
延機や≠(i−1)圧延機のロール圧下によって生じる
マスフロー変化分のロール回転数制御も同時に実施する
必要があり、そのため圧下制御gttz1よりX、Yの
値を入力している。
以上述べたように、本発明によれば圧延中の棒線材の寸
法をリアルタイムに管理できるばかりでなく、オにし”
−夕がどのような寸法調整を行ったらよいかを示唆す木
データが提供され、特に寸法調整な自動化する場合の寸
法測定装置として不可欠であり、又ロールの摩耗、圧延
材の鋼種、温度、寸法基準号の変化に応じ、目標径に対
する成品径全周の偏差を最小とする棒線材の寸法制御方
法であり、精密圧延用として極めてM益である。
【図面の簡単な説明】
第1図は80gmダの棒鋼の断面を5°毎にマイクロメ
ータで測定したデータ、第2図はロー ルの摩耗とそれ
に伴うロール圧下の調整を表わす説明図、第3図は10
0i100iの棒鋼を圧延機間を無張力の状態で圧延し
た時の回転形寸法測定装置の測定データ、第4図は本発
明方法を実施する際に使用する回転型棒線材寸法測定の
フロー、第5図は本発明装置の斜視説明図、第6図は1
1号処理方法の説明図、巣7図は表示装置のルすの説明
図、第8図は寸法別@1を行なう際の基本装置例の説明
図、第9図(a)は張力と中質化の関係を表わす説明図
、第9図(b)は棒線材断面図、第10図、第11図は
本発明の詳細な説明図である。 1・・・棒線材      2・・・レンズ3.4・・
・レンズ 5・・・光電変換アレイ素子 6・・・発振器      7・・・カウンタ8・・・
スリップリング  9・・・演算処理装装置10・・・
モ宝夕    11・・・固定軸12・・・回転体  
  13・・・角度検出器14・・・表示装置 15.15′、16.16′・・・圧延ロール17・・
・直径測定装置 18・・・張力設定装置19・・・張
力制御装置 20・・・ロール駆動モータ21・・・圧
下制御装置 22.24・・・セル7/23.25・・
・圧下モータ 第1図 第3図 第6図 第7図 70  Dイn口  ′。 第8園 前値方張力(恰) 手続補正書(自発) 昭和58年 1月5日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1事件の表示 昭和57年特許願第 28892  号
2発明の名称 棒線材直径検査及び仕法制御方法3補正
をする者 事件との関係 特許出願人件 所  東京都
千代田区大手町2丁目6番3号名 称  (665) 
 新日本製鐵株式會糺代表者  武 1)  豊 4代 理 人 住 所  東京都中央区日本橋3丁目3番3号5補正命
令の日付 昭和  年  月  日(発送日)6補正に
より増加する発明の数 1特許請求の範囲を次のとおり補正する。 1 走行中の棒線材の周囲をパスラインを軸として連続
回転し、全周なn ’4分した各角度位置に於ける直径
を測定し、俸線拐半周分の測定値から、フリー凹径Df
  とフリー凹径を除する棒線材直径検査方法。   
     2 走行中の棒線材のフリー凹径Df  と
フリー笹掻を除いた最大径DX 、最小径Dn  とD
X。 Dn  の該当する周方向位置を連、1的に測定し、D
f  をDX  とDn  の間の一定値とするため直
径測定個所の上流に位置Tる圧延機(≠1圧延機)−\
加えるべき目標張力6を演算設定し、≠i−1圧延機の
ロール回転数を制御することを特徴とする棒線材寸法制
御方法。 3 麩径DX、  最小径Dn  の値を基に≠1圧 
    1延機のロール圧下制御量’if変化させなが
ら、Dn  十(DX −Dn) / 2が目標後方と
なるように圧下制御をあわせて行なうことを特徴とする
特許請求の範囲第2項記載の棒線材寸法制御方法。 4 走行中の棒線材のフリー凹径Df  とフリー面を
除く最大径DX、  最小径Dn  とDX、Dnの該
当する周方向位置を連続的に測定し、これらの値を基に
直径測定個所の上流に位置する圧延機(≠1圧延機)の
ロール圧下制御量Xを演算制御し、DX、 Dnを変化
させ、Dn+ (D′x −Dn ) / 2が目標径
6となるようこる棒線材寸法制御方法。 以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 走行中の棒線材の周囲をパスラインを軸として連続
    回転し、全周なn等分した各角度位置に於ける直径を測
    定し、棒線材半周分の測定皿から、フリー直径Dfとフ
    リー直径を除いた最大径Dx、最小径Dnを演算表示す
    ることを特徴とする棒線材直径検督方法。 2 走行中の棒線材のフリー直径Dfとフリー直径を除
    いた最大径DX%最小径Dnを連続的に測定し、Dfを
    DxとDnの間の一定値とするため直径測定個所の上流
    に位置する圧延機(+1圧延機)へ加えるべき目標張力
    σを演算設定し、+i−1圧延機のロール回転数を制御
    することを特徴とする棒線材寸法制御方法。 xxxxmtx沖xα廟紘加@XnfiX5=Xf&E
    ldXhfiXMXX’X*fk、敷鎗開六山人ホ石X
    x兼点頑Xhx飯遁晶りに虐X窟定XIX宜X敲危■怠
    血m賭窩X升パA飲危工りる3驚紘定枕憶如樵意Dx、
    Dnの値を基に≠i圧延機のロール圧下制御量Xを変化
    させながら、Dn+(Dx−Dn)/2が目標径りとな
    るように圧下制御をあわせて行なうことを特徴とする特
    許請求の範囲第2項記載の棒線材寸法制御方法。 4 走行中の棒線材のフリー直径Dfとフリー面を除く
    最大径Dx、厳小径Dnを連続的に測定し、これらの値
    を基に直径測定個所の上流に位置する圧延機(≠1圧延
    愼)のロール圧下制御量Xと≠(i−1)圧延機のロー
    ル圧下制御量Yを演算制御し、D’f、、 DxXDn
    を変化させ、Dn+ (Dx=Dn )/2が目標径り
    となるようにし、かつDfがDnからDxO間の一定値
    となるようにし、前記XとYを基に全ての圧延機関張力
    が零又は微小値となるように圧延機のロール回転数を制
    御することを特徴とする棒線材の寸法制御方法。
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