KR20160006219A - 판재의 평탄도 측정 방법, 판재의 평탄도 측정 장치 및 강판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

판재의 평탄도 측정 방법은, 인접하는 압연 스탠드간을 주행하는 판재의 표면에, 상기 압연 스탠드간에 배치된 투영부에 의해 명부 및 암부로 구성되는 명암 패턴을 투영하고, 상기 압연 스탠드간에 배치된 촬상부에 의해 상기 명암 패턴을 촬상함으로써 패턴 화상을 취득하는 공정과, 취득한 상기 패턴 화상을 해석함으로써 상기 판재의 평탄도를 측정하는 공정을 갖고, L0, α, β, hc, hp가 하기의 식 (1)을 만족시킨다.
Figure pct00018

Description

판재의 평탄도 측정 방법, 판재의 평탄도 측정 장치 및 강판의 제조 방법 {METHOD FOR MEASURING FLATNESS OF PLATE MATERIAL, DEVICE FOR MEASURING FLATNESS OF PLATE MATERIAL, AND PRODUCTION METHOD FOR STEEL PLATE}
본 발명은 판재의 평탄도 측정 방법, 판재의 평탄도 측정 장치 및 강판의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 루퍼가 설치된 압연 스탠드간을 주행하는 강판 등의 판재의 평탄도를 루퍼 각도에 관계없이 고정밀도로 측정 가능한 방법, 장치 및 이것을 사용한 강판의 제조 방법에 관한 것이다.
판재에는, 그 품질을 확보함과 함께, 안정된 제조를 행하는 점에서도, 양호한 평탄도가 요구된다. 이로 인해, 판재의 제조 공정에 있어서 평탄도를 적정하게 관리하는 것은, 종래부터의 과제이다.
일반적으로, 평탄도를 나타내는 지표로서, 연신차율이나 급준도와 같은 값이 사용되고 있다.
연신차율 Δε이라 함은, 판재의 길이 방향(제조 라인에 있어서의 주행 방향)의 일정 구간에 있어서의, 판재의 폭 방향 중앙부의 연신율 εCENT와, 판재의 폭 방향 중앙부 이외(일반적으로는, 에지 근방)의 연신율 εEDGE의 차를 말하며, 이하의 식 (2)로 나타내어진다.
Figure pct00001
또한, 급준도 λ라 함은, 판파의 높이 δ와 그 피치 P를 사용하여 λ＝δ/P로 정의된다. 이 판파의 형상을 정현파와 근사시킴으로써, 연신차율 Δε과 급준도 λ(％) 사이에는, 이하의 식 (3)으로 나타내어지는 주지의 관계가 있다.
Figure pct00002
예를 들어, 판재의 일례인 열연 강판의 제조 라인은, 일반적으로, 가열로, 조압연기, 마무리 압연기열, 냉각대, 코일 권취기로 구성되어 있다. 가열로에서 가열된 슬래브는, 조압연기에서 압연되고, 두께 30∼60㎜의 강편(조 바아)으로 가공된다. 이어서, 강편은, 6∼7기의 압연 스탠드를 구비하는 마무리 압연기열에서 압연되고, 고객으로부터 요구되는 두께의 열연 강판으로 된다. 이 열연 강판은, 냉각대에서 냉각되고, 코일 권취기에 의해 권취된다.
평탄도가 양호한 열연 강판을 제조하는 것은, 제품 품질을 확보함과 함께, 마무리 압연기열에의 통판이나 코일 권취기에서의 권취 등을 안정적으로 행하고, 높은 생산성을 유지하기 위해서도 중요하다. 마무리 압연기열 이후에서 발생하는 열연 강판의 평탄도 불량은, 마무리 압연기열 및 냉각대에 있어서 발생하는 연신율의 판 폭 방향의 불균일이 원인이다. 이로 인해, 평탄도가 양호한 열연 강판을 제조하기 위한 방법으로서, 마무리 압연기열을 구성하는 압연 스탠드간, 또는, 마무리 압연기열의 출구측에, 평탄도계나 판 두께 프로필계를 설치하고, 그들의 측정값에 기초하여, 압연 스탠드의 워크롤 벤더를 피드백 제어하는 방법이나, 워크롤의 시프트 위치나 마무리 압연기열의 하중 배분 등의 셋업 조건을 학습 제어하는 방법이 제안되어 있다. 상기한 바와 같은 제어 방법은, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 평11－104721호 공보에 기재되어 있다. 또한, 냉각대의 출구측에 평탄도계를 설치하고, 그 측정값에 기초하여, 냉각대의 각 냉각 노즐의 냉각수량을 피드백 제어하는 방법도 제안되어 있다. 상기한 바와 같은 제어 방법을 실시하기 위해, 압연 스탠드간, 마무리 압연기열의 출구측, 혹은, 냉각대의 출구측에 있어서, 고속으로 주행하는 열연 강판의 평탄도를 측정하는 방법이나 장치가 고안되어, 실기에 적용되고 있다.
종래의 열연 강판의 평탄도 측정 방법으로서, 열간 압연되어 주행하는 열연 강판의 표면에, 판 폭 방향으로 연장되는 복수의 밝은 선으로 이루어지는 선상 패턴을 투영하고, 그 선상 패턴을 2차원 카메라에 의해, 선상 패턴의 투영 방향과는 다른 방향으로부터 촬상하고, 그 촬상 화상 내의 선상 패턴의 변형에 기초하여, 열연 강판의 표면 형상, 나아가서는 평탄도를 측정하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2008－58036호 공보에는, 고밀도의 선상 패턴을 그린 슬라이드를 사용하여, 판 폭 방향으로 연장되는 복수의 밝은 선으로 이루어지는 고밀도의 선상 패턴을 판재 표면에 투영하고, 이것을 카메라로 촬상하여 얻은 촬상 화상 내의 선상 패턴의 변형에 기초하여, 판재의 표면 형상, 나아가서는 평탄도를 측정하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는, 고밀도의 선상 패턴을 투영하므로, 표면 형상의 측정 분해능(공간 분해능)이 높아지고, 판재의 표면 형상을 고정밀도로 측정할 수 있는 것을 기대할 수 있다.
일본 특허 출원 공개 제2008－58036호 공보에 기재된 바와 같은 형상 측정 방법은, 일반적으로는 격자 투영법이라 불리고, 강판의 표면 형상을 측정하는 경우에 한하지 않고, 다양한 용도에 널리 사용되고 있다.
도 1은 격자 투영법을 실시하기 위한 장치 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 격자 투영법에서는, 판재 표면에 대해 경사 상방으로부터, 광원(LT), 격자 패턴(일반적으로는 선상 패턴)(PT)을 그린 슬라이드(SL) 및 결상 렌즈(LN)를 구비한 프로젝터(PR)를 사용하여, 판재 표면에 격자 패턴(명암 패턴)(PT＇)을 투영한다. 그리고, 격자 패턴(PT)의 투영 방향과는 다른 방향으로부터, 2차원 카메라(CA)를 사용하여, 판재(PL)의 표면에 투영된 격자 패턴(PT＇)을 촬상한다. 이때, 판재의 표면 형상이 변화하면, 판재(PL)의 표면의 경사 각도도 변화하고, 카메라로 촬상한 촬상 화상 내의 격자 패턴(PT＇)의 피치(PC)(일반적으로는 선상 패턴을 구성하는 각 밝은 선의 간격)는, 상기 판재(PL)의 표면의 경사 각도에 따라 변화한다. 판재 표면의 경사 각도와 촬상 화상 내의 격자 패턴(PT＇)의 명부의 피치(PC)의 관계는, 기하학적으로 산출 가능하다. 이로 인해, 촬상 화상 내의 격자 패턴(PT＇)의 명부의 피치(PC)를 측정하면, 이 측정 결과와 상기한 관계[판재 표면의 경사 각도와 촬상 화상 내의 격자 패턴(PT＇)의 명부의 피치(PC)의 관계]에 기초하여, 판재 표면의 경사 각도를 산출 가능하다. 그리고, 이 산출한 경사 각도를 적분하면, 판재(PL)의 표면 형상을 산출할 수 있다. 또한, 판재(PL)의 표면의 경사 각도와 촬상 화상 내의 격자 패턴(PT＇)의 명부의 피치(PC)의 관계에는, 평탄한 표면 형상을 갖는 기준판(교정판)에 대해 취득한 격자 패턴(PT＇)의 촬상 화상 내의 격자 패턴(PT＇)의 명부의 피치(PC)가 파라미터로서 포함된다.
상기한 격자 투영법을 응용한 판재의 평탄도 측정 방법으로서, 본 발명자들은, 일본 특허 제4666272호 공보나 일본 특허 제4666273호 공보에 기재된 방법을 제안하고 있다. 이들 방법에 따르면, 측정 장치의 설치 스페이스를 작게 하기 위해, 정반사성이 강한 판재의 표면에 투영된 명암 패턴의 정반사광을 수광할 수 있는 위치에 촬상 수단을 배치하는 경우라도, 판재의 평탄도를 고정밀도로 측정 가능하다. 그러나, 이들 방법은, 주로 마무리 압연기열의 출구측에서 평탄도를 측정하는 것을 상정한 것이다.
마무리 압연기열을 구성하는 압연 스탠드간에는, 통상, 강판의 장력을 제어하기 위한 루퍼가 설치되어 있고, 루퍼의 각도를 변화시킴으로써 강판의 장력을 제어하고 있다. 이 루퍼 각도가 변화하면, 압연 스탠드간을 주행하는 강판의 통판 루트도 변화한다. 즉, 루퍼 각도가 변화하면, 강판 표면의 경사 각도 및 높이(연직 방향의 위치)도 변화한다.
이로 인해, 압연 스탠드간에서 강판의 평탄도를 측정하는 경우에는, 가령 강판이 평탄한 표면 형상을 갖는다고 해도, 루퍼 각도의 변화에 수반하여 촬상 화상 내의 명암 패턴의 명부의 피치가 변화해 버려, 측정 오차의 요인으로 된다.
예를 들어, 일본 특허 제4797887호 공보에는, 강판 표면의 높이에 따라 복수의 기준판(교정판)의 명암 패턴의 명부의 피치(교정값)를 준비해 두고, 강판 표면의 높이를 실측하여, 이 실측 높이에 따른 교정값을 사용하는 것이 제안되어 있다.
그러나, 압연 스탠드간에서 강판의 평탄도를 측정할 때에 일본 특허 제4797887호 공보에 기재된 방법을 적용하였다고 해도, 강판 표면의 높이만이 고려되어 있는 것에 지나지 않고, 루퍼의 각도가 변화하는 경우와 같이, 강판 표면의 높이뿐만 아니라, 강판 표면의 경사 각도가 변화하는 경우에 대해서는 고려되어 있지 않다. 또한, 복수의 교정값을 준비해야 하는 수고를 필요로 한다.
본 발명은 루퍼가 설치된 압연 스탠드간을 주행하는 강판 등의 판재의 평탄도를 루퍼 각도에 관계없이 고정밀도로 측정 가능한 방법, 장치 및 이것을 사용한 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 인접하는 압연 스탠드간에 배치된 투영부와 촬상부의 연직 상방의 높이 위치가 다른 경우, 루퍼에 의한 판재 표면의 상하 이동에 따라 명암 패턴의 명부의 피치가 변화하는 한편, 루퍼에 의한 판재 표면의 기울기 변동에 따라서도 명부의 피치가 변화하므로, 투영부와 촬상부 각각의 높이 위치와 각도를 선택하면 양자의 상황은 서로 상쇄하는 관계로 되는 것을 발견하였다. 이로 인해, 명암 패턴을 투영하는 투영부 및 판재의 표면에 투영된 명암 패턴을 촬상하는 촬상부의 설치 위치 및 설치 각도를 적절하게 설정하면, 루퍼 각도의 영향이 저감되고, 판재의 평탄도를 루퍼 각도에 관계없이 고정밀도로 측정 가능한 것에 상도하였다.
본 형태는, 본 발명자들의 상기한 지견에 기초하여 완성된 것이다. 즉, 상기 과제를 해결하기 위해, 제1 형태는, 인접하는 압연 스탠드간을 주행하는 판재의 표면에, 상기 압연 스탠드간에 배치된 투영부에 의해 명부 및 암부로 구성되는 명암 패턴을 투영하고, 상기 압연 스탠드간에 배치된 촬상부에 의해 상기 명암 패턴을 촬상함으로써 패턴 화상을 취득하는 공정과,
취득한 상기 패턴 화상을 해석함으로써 상기 판재의 평탄도를 측정하는 공정을 갖고,
L0을, 상기 인접하는 압연 스탠드 중, 상기 투영부 및 상기 촬상부의 각 광축의 교점과, 상기 교점에 대해 상기 압연 스탠드간에서 상기 판재의 장력을 제어하는 루퍼와 반대측에 위치하는 압연 스탠드의 수평 방향의 거리로 하고,
α를, 연직 방향과, 압연 방향에 평행한 방향 및 연직 방향을 포함하는 평면에 상기 촬상부의 광축을 사영한 직선이 이루는 각도, 또한 상기 촬상부의 광축이 연직 방향으로부터 루퍼측으로 경사지는 경우에 정(正)의 값으로 되는 각도로 하고,
β를, 연직 방향과, 상기 평면에 상기 투영부의 광축을 사영한 직선이 이루는 각도, 또한 상기 투영부의 광축이 연직 방향으로부터 압연 스탠드측으로 경사지는 경우에 정의 값으로 되는 각도로 하고,
hc를, 상기 인접하는 압연 스탠드에 각각 배치된 상하 한 쌍의 워크롤 중, 각각의 하측의 워크롤의 정점을 지나는 직선인 패스 라인과, 상기 촬상부의 렌즈상 주점의 연직 방향의 거리로 하고,
hp를, 상기 패스 라인과, 상기 투영부의 렌즈상 주점의 연직 방향의 거리로 하면,
L0, α, β, hc, hp가 하기의 식 (1)을 만족시키는 판재의 평탄도 측정 방법을 제공한다.
Figure pct00003
참고로, 도 2b에는, 루퍼보다 하류를 측정하는 경우의 파라미터를 취하는 방법이 나타내어지고, 도 2c에는, 루퍼보다 상류를 측정하는 경우의 파라미터를 취하는 방법이 나타내어져 있다.
또한, 식 (1)에 추가하여 이하의 조건을 부가함으로써, 측정 정밀도를 확보하면서, 마무리 스탠드간에서의 내구성을 확보할 수 있다.
20°≤α＋β≤90°일 때, hp/hc≥1.133, hc≥1000㎜
－90°≤α＋β≤－20°일 때, hc/hp≥1.133, hp≥1000㎜
제1 형태에 따르면, 후술하는 바와 같이, 상기한 식 (1)을 만족시키도록, 투영부 및 촬상부를 배치함으로써, 루퍼 각도가 변화한 경우에도, 촬상한 패턴 화상 내의 명암 패턴의 명부의 피치(판재의 주행 방향의 피치)는 변동되기 어렵다. 따라서, 루퍼가 설치된 압연 스탠드간을 주행하는 강판 등의 판재의 평탄도를 루퍼 각도에 관계없이 고정밀도로 측정하는 것이 가능하다. 이것과 마찬가지의 조건에서, 판재의 평탄도 측정 장치를 제공할 수도 있다
또한, 상기 패스 라인에 대해, 교정판을 2° 기울인 상태로 기준 피치 측정을 행해도 된다. 통상의 압연에서는 루퍼 각도는 0∼25°, 판 각도로 약 0∼4° 변화한다. 오차를 최소로 하기 위해, 상기한 바와 같이 기준 피치 측정을 행하면, 판 각도 변동폭은 ±2°로 되고, 루퍼 각도 변동에 의한 영향을 ±0.72° 이하로 할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 제2 형태는, 조압연기에서 조압연된 강편을, 마무리 압연기열을 구성하는 압연 스탠드에서 압연하는 공정과, 압연된 강판을 냉각대에서 냉각하는 공정을 갖고, 상기 평탄도 측정 방법에 의해 상기 강판의 평탄도를 측정한 결과에 기초하여, 상기 압연 스탠드의 압연 조건 및 상기 냉각대에서의 냉각 조건 중 적어도 한쪽을 제어하는 강판의 제조 방법으로서도 제공된다.
본 발명에 따르면, 루퍼가 설치된 압연 스탠드간을 주행하는 강판 등의 판재의 평탄도를 루퍼 각도에 관계없이 고정밀도로 측정 가능하고, 이에 의해 강판의 품질을 확보함과 함께, 안정된 강판의 제조가 가능하다.
도 1은 격자 투영법을 실시하기 위한 장치 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2a는 마무리 압연기열에 있어서의 평탄도 측정 장치의 설치 상황을 나타내는 모식도이다.
도 2b는 본 실시 형태에 관한 평탄도 측정 방법을 실시하기 위한 평탄도 측정 장치의 개략 구성예를 나타냄과 함께, 루퍼보다 하류를 측정하는 경우의 파라미터를 취하는 방법을 나타내는 모식도이다.
도 2c는 본 실시 형태에 관한 평탄도 측정 방법을 실시하기 위한 평탄도 측정 장치의 개략 구성예를 나타냄과 함께, 루퍼보다 상류를 측정하는 경우의 파라미터를 취하는 방법을 나타내는 모식도이다.
도 3a는 판재 표면의 경사 각도와 명암 패턴의 명부의 피치의 변화의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 3b는 판재 표면의 경사 각도와 명암 패턴의 명부의 피치의 변화의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 판재 표면의 높이와 명암 패턴의 명부의 피치의 변화의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4b는 판재 표면의 높이와 명암 패턴의 명부의 피치의 변화의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4c는 설치 각도 α＋β와, 단위 각도당 피치 변화율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 루퍼의 각도 θL과, 통판 루트 상을 통판하는 열연 강판 표면의 높이 hs 및 경사 각도 θs의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 5에 나타내는 조건하에 있어서의, 루퍼의 각도 θL과, 열연 강판 표면의 경사 각도에 따른 주기적인 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r, 열연 강판 표면의 높이에 따른 주기적인 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 ｒ＇ 및 r·ｒ＇의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 루퍼보다 하류를 측정할 때의 레이아웃예를 나타내는 모식도이다.
도 8은 도 7의 레이아웃에 있어서의, 루퍼의 각도 θL과, 주기적인 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r, ｒ＇ 및 r·ｒ＇의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 루퍼보다 하류를 측정할 때의 레이아웃예를 나타내는 모식도이다.
도 10은 도 9의 레이아웃에 있어서의, 루퍼의 각도 θL과, 주기적인 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r, ｒ＇ 및 r·ｒ＇의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 루퍼보다 하류를 측정할 때의 레이아웃예를 나타내는 모식도이다.
도 12는 도 11의 레이아웃에 있어서의, 루퍼의 각도 θL과, 주기적인 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r, ｒ＇ 및 r·ｒ＇의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 루퍼보다 하류를 측정할 때의 레이아웃예를 나타내는 모식도이다.
도 14는 도 13의 레이아웃에 있어서의, 루퍼의 각도 θL과, 주기적인 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r, ｒ＇ 및 r·ｒ＇의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15a는 기준판의 측정 시험의 시험 개요에 있어서, 기준판의 설치 상황을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 15b는 실시예 및 비교예에 있어서 설정한 루퍼 각도 θL 및 기준판 표면의 경사 각도 θs를 나타내는 그래프이다.
도 15c는 촬상한 패턴 화상의 일례 및 설정한 형상 측정선을 나타내는 그래프이다.
도 16a는 도 15a 내지 도 15c에 나타내는 실시예 및 비교예에 대해, 명암 패턴 중 형상 측정선 L1에 대해 산출한 명부의 종방향 피치의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 16b는 도 15a 내지 도 15c에 나타내는 실시예 및 비교예에 대해, 명암 패턴 중 형상 측정선 L2에 대해 산출한 명부의 종방향 피치의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 16c는 도 15a 내지 도 15c에 나타내는 실시예 및 비교예에 대해, 명암 패턴 중 형상 측정선 L3에 대해 산출한 명부의 종방향 피치의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 17a는 열연 강판의 평탄도(급준도) 측정 결과의 일례에 있어서, 제6 압연 스탠드와 제7 압연 스탠드 사이에 설치된 평탄도 측정 장치로 측정한 급준도를 나타내는 그래프이다.
도 17b는 열연 강판의 평탄도(급준도) 측정 결과의 일례에 있어서, 제7 압연 스탠드 출구측에 설치된 평탄도 측정 장치로 측정한 급준도를 나타내는 그래프이다.
도 18은 지그재그 형상의 명암 패턴을 나타내는 설명도이다.
이하, 첨부 도면을 적절히 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 대해, 판재가 열연 강판이며, 열연 강판 제조 라인의 마무리 압연기열의 압연 스탠드간에서 평탄도를 측정하는 경우를 예로 들어 설명한다.
<1. 평탄도 측정 장치의 전체 구성>
도 2a 내지 도 2c는, 본 실시 형태에 관한 평탄도 측정 방법을 실시하기 위한 평탄도 측정 장치의 개략 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 2a는 마무리 압연기열에 있어서의 평탄도 측정 장치의 설치 상황을 나타내고, 도 2b와 도 2c는 평탄도 측정 장치의 개략 구성을 나타낸다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 평탄도 측정 장치(100)는, 7기의 압연 스탠드 F1∼F7이 설치된 열연 강판 제조 라인의 마무리 압연기열의 제6 압연 스탠드 F6과 제7 압연 스탠드 F7 사이에서 열연 강판(S)의 평탄도를 측정하는 장치이다. 각 압연 스탠드간에는, 제6 압연 스탠드 F6과 제7 압연 스탠드 F7 사이에서 열연 강판(S)의 장력을 제어하는 루퍼(200)가 설치되어 있다. 평탄도 측정 장치(100)는, 명부 및 암부로 구성되는 명암 패턴을 열연 강판(S)의 표면에 투영하는 투영부(1)와, 열연 강판(S)의 표면에 투영된 명암 패턴을 촬상하고 패턴 화상을 취득하는 촬상부(2)와, 촬상부(2)에서 취득한 패턴 화상을 해석하는 화상 해석 장치(3)를 구비한다.
도 2b, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 루퍼(200)와 상류측 압연 스탠드 F6 사이, 또는, 루퍼(200)와 하류측 압연 스탠드 F7 사이, 어느 것도 측정 위치로 할 수 있다.
α는, 연직 방향과, 압연 방향에 평행한 방향 및 연직 방향을 포함하는 평면에 촬상부의 광축을 사영한 직선이 이루는 각도를 의미하고, 촬상부(2)의 광축이 연직 방향으로부터 루퍼(200)측으로 경사지는 경우에 정의 값으로 된다. 도 3a에 있어서의 α는, 연직 방향과, 촬상부의 광축이 이루는 각도를 의미한다. β는, 연직 방향과, 압연 방향에 평행한 방향 및 연직 방향을 포함하는 평면에 투영부의 광축을 사영한 직선이 이루는 각도를 의미하고, 투영부(1)의 광축이 연직 방향으로부터 루퍼(200)와 반대측의 압연 스탠드측(도 2b에서는 압연 스탠드 F7측, 도 2c에서는 압연 스탠드 F6측)으로 경사지는 경우에 정의 값으로 된다. 도 3a에 있어서의 β는, 연직 방향과 투영부의 광축이 이루는 각도를 의미한다.
투영부(1)로서는, 예를 들어 일본 특허 제4666272호 공보에 기재된 바와 같이, 램프나 슬라이드로 구성된 프로젝터나, 일본 특허 제4666273호 공보에 기재된 바와 같이, 복수의 LED를 구비하는 LED 광원을 적용하는 것이 가능하다. 투영부(1)로부터는, 예를 들어 주기적인 명암 패턴으로서, 명부 M1, M2, M3 등이 종방향 및 횡방향으로 각각 소정의 설정 피치로 지그재그 형상으로 배치된 지그재그 형상 패턴(도 18)을 사용한다. 이 지그재그 형상 패턴의 종방향이 판재의 길이 방향을 따르고, 횡방향이 판재의 폭 방향을 따르도록, 판재의 표면에 투영이 된다. 판재의 길이 방향의 명부의 피치가 PL이며, 폭 방향의 피치가 PW이다. 투영부(1)로서는, 명암 패턴을 투영하는 것이 가능한 한에 있어서 공지의 구성을 다양하게 적용 가능하므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다.
촬상부(2)로서는, 예를 들어 일본 특허 제4666272호 공보나 일본 특허 제4666273호 공보에 기재된 바와 같이, SVGA 사이즈의 수광 소자를 갖고, 화상 신호를 프로그레시브 방식으로 출력하는 전자 셔터가 구비된 2차원 CCD 카메라를 사용하는 것이 가능하다. 일본 특허 제4666272호 공보나 일본 특허 제4666273호 공보에 기재된 바와 같이, 저감도로 촬상하는 CCD 카메라와, 고감도로 촬상하는 CCD 카메라를 촬상부(2)로서 설치하고, 양자의 촬상 시야가 서로 중복되는 부분을 갖도록 병치하는 것도 가능하다. 이와 같이, 촬상부(2)로서는, 명암 패턴을 촬상하는 것이 가능한 한에 있어서 공지의 구성을 다양하게 적용 가능하므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다.
화상 해석 장치(3)로서는, 예를 들어 일본 특허 제4666272호 공보나 일본 특허 제4666273호 공보에 기재된 바와 같이, 범용의 퍼스널 컴퓨터에, 평탄도를 산출하기 위한 처리를 실행하는 프로그램(이하, 평탄도 해석 프로그램이라 함)이 인스톨된 구성으로 된다. 화상 해석 장치(3)는, 촬상부(2)로부터 출력된 화상 신호를, 소정의 계조(예를 들어, 256 계조)로 메모리 내에 도입하도록 구성된다. 화상 해석 장치(3)의 메모리 내에 도입된 화상 데이터(패턴 화상)는, 평탄도 해석 프로그램에 의해 해석되고, 해석 결과로서의 평탄도 측정값이, 화상 해석 장치(3)의 모니터 화면 및 상위의 제어 장치[마무리 압연기 등을 제어하는 제어 장치(4)]에 출력된다.
<2. 평탄도 해석 프로그램의 처리 개요>
상기한 평탄도 해석 프로그램에 의해, 예를 들어 일본 특허 제4666272호 공보나 일본 특허 제4666273호 공보에 기재된 바와 같이, (1) 형상 측정선의 설정 처리, (2) 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포의 산출 처리, (3) 형상 측정선을 따른 열연 강판 표면의 경사 각도 분포 및 표면 형상의 산출 처리, (4) 평탄도(급준도)의 연산 처리 등이 실행되고, 평탄도가 산출된다. 평탄도 해석 프로그램으로서는, 일본 특허 제4666272호 공보나 일본 특허 제4666273호 공보에 기재된 공지의 구성을 다양하게 적용 가능하므로, 여기서는 그 개요를 설명하는 것에 그치게 하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
(1) 형상 측정선의 설정 처리
본 처리에서는, 촬상부(2)에 의해 취득한 패턴 화상에 있어서, 패턴 화상의 횡방향(판재의 폭 방향에 상당)으로 소정의 피치로, 패턴 화상의 종방향(판재의 길이 방향에 상당)으로 연장되는 형상 측정선을 설정한다.
(2) 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포의 산출 처리
본 처리에서는, 촬상부(2)에 의해 취득한 패턴 화상에 대해, 도 18에 도시되는 바와 같이, 지그재그 형상 패턴의 종방향(판재의 길이 방향)을 따라 연장되는 형상 측정선 L1 상의 화소를 통과하여 지그재그 형상 패턴의 횡방향(판재의 폭 방향)으로 연장되고, 명부의 횡방향 설정 피치의 2배 이상의 길이를 갖는 직선 L2 상의 화소 농도를 평균화하여, 평균 화소 농도를 산출한다. 도 18의 W는, 평균 화소 농도 분포 산출 영역의 판재의 폭 방향의 폭이다. 이러한 처리에 의해, 정반사광을 수광하는 영역에서 명암 패턴이 찌부러지기 어렵고, 측정 정밀도도 열화되지 않는다.
(3) 형상 측정선을 따른 열연 강판 표면의 경사 각도 분포 및 표면 형상의 산출 처리
본 처리에서는, 평탄도를 측정하는 대상인 열연 강판(S)에 대해 전술한 바와 같이 산출한 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포에 기초하여, 형상 측정선을 따른 주기적인 명암 패턴(지그재그 형상 패턴)의 명부의 종방향 피치의 분포 pm(x)를 산출한다. 한편, 열연 강판(S)의 통판 루트 상에 평탄한 표면 형상을 갖는 기준판에 대해 취득한 패턴 화상에 있어서의 형상 측정선을 따른 평균 화소 농도 분포에 기초하여, 형상 측정선을 따른 주기적인 명암 패턴(지그재그 형상 패턴)의 명부의 종방향 피치의 분포 ps(x)를 산출한다. pm(x) 및 ps(x)를 산출하는 방법으로서는, 일본 특허 제4666272호 공보나 일본 특허 제4666273호 공보에 기재된 바와 같은 위상 해석법을 적용하는 것이 가능하다.
다음으로, 본 처리에서는, 산출한 명암 패턴(지그재그 형상 패턴)의 명부의 종방향 피치의 분포의 비율 R(x)＝pm(x)/ps(x)와, 하기의 식 (4)에 기초하여, 형상 측정선을 따른 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도의 분포 θ(x)를 산출한다.
Figure pct00004
상기한 식 (4)에 있어서, x는 패턴 화상에 있어서의 명암 패턴(지그재그 형상 패턴)의 종방향을 따른 위치(판재의 길이 방향을 따른 위치)를 의미하고 있다. θm(x)는 수평 방향과 판재의 표면이 이루는 경사 각도의 분포이며, 루퍼(200)와 반대측의 압연 스탠드측으로 경사진 경우, 즉, 투영부측으로 경사진 경우에 정의 값으로 된다.
마지막으로, 본 처리에서는, 상기한 바와 같이 하여 산출한 각 형상 측정선을 따른 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도를, 각 형상 측정선을 따라 적분함으로써, 각 형상 측정선을 따른 열연 강판(S)의 표면 형상을 산출한다.
(4) 평탄도(급준도)의 연산 처리
본 처리에서는, 전술한 바와 같이 하여 산출한 각 형상 측정선을 따른 열연 강판(S)의 표면 형상에 기초하여, 급준도를 연산한다. 이 급준도의 연산 시에는, 우선, 각 형상 측정선을 따른 일정한 대상 구간에 있어서의 표면 길이와, 그 사이의 직선 거리에 기초하여, 각 형상 측정선에서의 연신율을 산출한다. 그리고, 열연 강판(S)의 폭 방향 중앙부의 형상 측정선에서의 연신율 εCENT와, 다른 형상 측정선에서의 연신율 εEDGE의 차인 연신차율 Δε을 산출한다[전술한 식 (2) 참조]. 그리고, 이 연신차율 Δε과 전술한 식 (3)에 기초하여, 급준도 λ를 산출한다.
<3. 평탄도 측정 장치의 배치예에서의 효과 설명>
본 실시 형태에 관한 평탄도 측정 장치(100)는, 투영부(1) 및 촬상부(2)가 특정한 관계로 배치되어 있는 것에 특징을 갖는다. 이하, 이것에 대해, 특정한 관계를 도출한 과정도 포함하여 설명한다. 우선은, 도 2b에 도시하는 바와 같은, 루퍼(200)와 하류측 압연 스탠드 F7 사이를 측정 위치로 하는 경우를 예시하여, 효과를 설명한다.
도 3a는 판재 표면의 경사 각도와 명암 패턴의 명부의 피치의 변화의 관계를 나타내는 설명도이다. 도 3b는 양자의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3a에 있어서, θs는 수평 방향과 판재(S)의 표면이 이루는 경사 각도이며, 압연 스탠드측으로 경사진 경우, 즉, 투영부(1)측으로 경사진 경우에 정의 값으로 된다.
또한, ps는 열연 강판(S)이 기준으로 되는 연직 방향 위치에 수평으로 설치된 경우의 명암 패턴의 명부의 종방향[열연 강판(S)의 길이 방향에 상당] 피치를 의미하고, pm은 열연 강판(S)이 수평 방향으로부터 경사 각도 θs만큼 기운 경우의 명암 패턴의 명부의 종방향 피치를 의미한다.
또한, 도 3b에 나타내는 그래프는, α＝28°, β＝－3°일 때의 그래프이다.
도 3b에 나타내는 바와 같이, 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도 θs와 명암 패턴의 명부의 종방향 피치 pm은, 경사 각도 θs가 커지면 피치 pm이 작아지는 단조 감소의 관계에 있는 것을 알 수 있다. 또한, 양자의 관계는, 촬상부(2)의 설치 각도 α와 투영부(1)의 설치 각도 β에 의존하는 것을 알 수 있다.
도 4a는 판재 표면의 높이(연직 방향 위치)와 명암 패턴의 명부의 피치의 변화의 관계를 나타내는 도면이다. 도 4a는 설명도를, 도 4b는 양자의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4a에 있어서, hc는, 패스 라인과, 촬상부(2)의 렌즈상 주점의 연직 방향의 거리를 의미하고, hp는, 패스 라인과, 투영부(1)의 렌즈상 주점의 연직 방향의 거리를 의미한다. 여기서, 도 2b, 도 2c에 도시되는 바와 같이, 패스 라인이라 함은, 인접하는 압연 스탠드 F6, F7에 각각 배치된 상하 한 쌍의 워크롤(R) 중, 각각의 하측의 워크롤(R)의 정점 C6, C7을 지나는 직선 LC를 의미한다.
또한, ps는 열연 강판(S)이 패스 라인 위치에 설치된 경우의 명암 패턴의 명부의 종방향[열연 강판(S)의 길이 방향에 상당] 피치를 의미하고, pm은 열연 강판(S)이 패스 라인 위치로부터 hs만큼 연직 상방의 위치에 수평으로 설치된 경우의 명암 패턴의 명부의 종방향 피치를 의미한다.
또한, 도 4b에 나타내는 그래프는, hp＝4300㎜, hc＝2300㎜일 때의 그래프이다.
도 4b에 나타내는 바와 같이, 투영부(1)의 높이 hp와 촬상부(2)의 높이 hc가 다르고, 또한, hp＞hc의 관계로 되어 있는 경우에는, 열연 강판(S)의 표면의 높이 hs와 명암 패턴의 명부의 종방향 피치 pm은, 높이 hs가 커지면 피치 pm도 커지는 단조 증가의 관계에 있는 것을 알 수 있다. 또한, 양자의 관계는, 투영부(1)의 설치 위치 hp와 촬상부(2)의 설치 위치 hc에 의존하는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 투영부(1)가 촬상부(2)보다도 연직 상방에 위치하는 관계(hp＞hc)에 있는 경우, 루퍼(200)에 의해 열연 강판(S)의 표면이 상방으로 이동하면 할수록 명암 패턴의 명부의 피치가 커지는 한편, 루퍼(200)에 의해 열연 강판(S)의 표면이 투영부(1)측으로 기울면 기울수록 명암 패턴의 명부의 피치가 작아지는 것을 알 수 있었다. 즉, 양자의 상황은 서로 상쇄하는 관계에 있으므로, 투영부(1) 및 촬상부(2)의 설치 위치 hp, hc 및 설치 각도 α, β를 적절하게 설정하면, 루퍼(200)의 각도의 영향이 저감되고, 열연 강판(S)의 평탄도를 루퍼 각도에 관계없이 고정밀도로 측정 가능하다고 생각된다.
<4. 특정한 배치 관계의 일반식의 도출>
전술한 도 2b, 도 2c로부터 알 수 있는 바와 같이, 루퍼(200)의 각도 θL에 따라, 열연 강판(S)의 표면의 높이 hs와 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도 θs가 변화하는 경우, 양자간에는, 기하학적으로 하기의 식 (5)로 나타내어지는 관계가 있다. 또한, 열연 강판(S)의 표면의 높이 hs는, 패스 라인(직선 LC)과, 열연 강판(S)의 표면의 연직 방향의 거리[투영부(1) 및 촬상부(2)의 각 광축의 교점(C)을 지나고 연직 방향으로 연장되는 직선 상에 위치하는 열연 강판(S)의 표면과의 거리]을 의미한다.
Figure pct00005
상기한 식 (5)에 있어서, L0은 인접하는 압연 스탠드 중, 투영부(1) 및 촬상부(2)의 각 광축의 교점과, 그 교점으로부터 루퍼(200)와 반대측에 위치하는 압연 스탠드의 수평 방향의 거리를 의미한다.
또한, 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도 θs에 따른 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율을 r로 하고, 열연 강판(S)의 표면의 높이 hs에 따른 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율을 ｒ＇로 하면, 전술한 도 3b 및 도 4b의 그래프 중에 나타낸 바와 같이, r, ｒ＇은, 기하학적으로 각각 하기의 식 (6), (7)로 나타내어진다.
Figure pct00006
여기서, 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도 θs에 따른 피치의 변화율 r과, 열연 강판(S)의 표면의 높이 hs에 따른 피치의 변화율 ｒ＇을 승산한 R＝r·ｒ＇이 실제로 측정되는 피치 변화율로 된다. 즉, 하기의 식 (8)이 성립한다.
Figure pct00007
상기한 식 (8)에, 상기한 식 (5)로부터 도출되는 tanθs＝hs/L0을 대입하여 정리하면, 하기의 식 (9)가 성립한다.
Figure pct00008
상기한 식 (9)에 있어서, 일반적으로는 hs＜＜L0hp, hs＜＜L0hc가 성립하므로, 식 (9)의 우변 제1항을 0으로 간주하여 정리하면, 하기의 식 (10)이 성립한다.
Figure pct00009
여기서, 좌변은 (4)식 우변의 괄호 내와 동등해지는 것에 착안하면, 하기의 식 (11)로 나타내어지는 L＇을 사용하면, 상기한 식 (10)은 하기의 식 (12)로 나타내어진다.
Figure pct00010
열연 강판(S)의 표면의 경사 각도 θs에 따른 피치의 변화율 r과, 열연 강판(S)의 표면의 높이 hs에 따른 피치의 변화율 ｒ＇이 상쇄될 때에는, 실제로 측정되는 피치 변화율 R＝r·ｒ＇＝1로 된다. R＝1일 때, 상기한 식 (11)로부터, tanθm＝0으로 된다. 또한, tanθm＝0일 때, 상기한 식 (12)로부터, L0＝L＇로 된다. 또한, R＝1을 상기한 식 (10)에 대입하면, 하기의 식 (13)이 성립한다. 즉, L0이 식 (13)을 만족시키는 특정한 배치 관계(α, β, hc, hp의 관계)에 있어서, 루퍼(200)에 의한 판 각도 변동의 영향은 완전히 상쇄되게 된다.
Figure pct00011
반드시 (13)을 만족시키지는 않아도, 판 각도 변동이 측정 오차에 미치는 영향이 요구 정밀도 이내라면, 실용상 문제없게 된다. 열연 마무리 압연에 있어서는, 급준도 측정 범위는 0∼5％, 측정 정밀도는 ±0.2％가 요구되고, 급준도 측정 레인지에 대한 비율은 0.08이다. 판파 형상이 정현파라고 가정한 경우, 표면 각도의 변동 범위는 급준도 5％일 때에 －9°∼＋9°로 되므로, 요구하는 급준도 측정 정밀도를 확보하기 위해 필요한 각도 측정 정밀도는, ±9°에 동 비율 0.08을 승산하여 ±0.72°로 된다.
실제의 측정 상황에서는, 루퍼(200)의 각도 θL의 변동에 따른 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도 θs의 변동은 0∼4°, 즉, ±2°이므로, 외관상의 θm이 0.72° 이하, 즉, θs의 대략 1/3로 억제할 수 있으면 실용상 문제없다. 이하에, θm이 0.72° 이하로 되는 경우의 L＇의 허용 범위, 즉, α, β, hc, hp의 배치 조건의 도출 과정을 나타낸다.
여기서, L0의 허용 범위를 도출하기 위해, 가령 L＇＝aL0으로 두면, 상기한 식 (13)은
tanθm＝hs(1/L0－1/aL0)＝hs/L0(1－1/a)＝(1－1/a)tanθs
로 된다. 외관상의 θm이 0.72° 이하, 즉, θs의 대략 1/3로 억제되기 위해서는,
－1/3θs≤θm≤1/3θs
－tan(1/3θs)≤tanθm≤tan(1/3θs)
θs는 ±2° 이하의 작은 각도이므로, 근사적으로 θs≒tanθs로 할 수 있으므로,
－1/3tanθs≤(1－1/a)tanθs≤1/3tanθs
－1/3≤(1－1/a)≤1/3
0.75≤a≤1.5
즉, 0.75L0≤L＇≤1.5L0이라면, 실용상 문제가 없는 측정 정밀도를 확보할 수 있다. 실제의 형상 측정에 있어서는 압연 방향, 수백㎜∼1m 정도의 측정 시야를 확보할 필요가 있다. 측정 시야 내의 위치에 의해 α, β, L0이 달라지지만, 0.75L0≤L＇≤1.5L0을 만족시키도록 측정 범위를 선택함으로써, 루퍼 변동의 영향 없이 형상 측정을 행할 수 있게 된다.
여기서 L＇에 착안하면, θs는 0.72° 이하의 미소각이기 때문에, R≒1이므로, (14)식과 같이 생각해도 지장없다.
Figure pct00012
지금까지의 결과를 정리하면, 하기 (1)식을 만족시킬 때에, 실용상 문제없는 측정 정밀도를 확보할 수 있게 된다.
Figure pct00013
<5. 교정판의 배치 방법>
패턴 투영 방식에 의해 형상을 측정할 때에는, 미리 측정 위치에 편평한 교정판을 배치하고, 패턴 피치 측정을 행할 필요가 있다. 통상의 압연에서는 루퍼 각도는 0∼25°, 판 각도로 약 0∼4° 변화한다. 오차를 최소로 하는 데 있어서는, 패스 라인(직선 LC)에 대해, 중앙부의 판이 루퍼(200)와 반대측의 압연 스탠드측으로 2° 기운 상태에서 교정(기준 피치 측정)을 행하면, 판 각도 변동폭은 ±2°로 되고, 루퍼 각도 변동에 의한 영향을 ±0.72° 이하로 할 수 있다. 교정 정밀도 향상을 위해 0∼4° 기울여 기준 피치 측정을 행하고, 그들을 평균화해도 된다.
본 실시 형태에 따르면, 식 (1)에 추가하여 이하의 조건을 부가함으로써, 측정 정밀도를 확보하면서, 마무리 스탠드간에서의 내구성을 확보할 수 있다.
20°≤α＋β≤90°일 때, hp/hc≥1.133, hc≥1000㎜
－90°≤α＋β≤－20°일 때, hc/hp≥1.133, hp≥1000㎜
그 이유를 이하에 설명한다. 설치 각도 α와 β에 대해서는 패턴 투영법의 원리에서 볼 때, |α＋β|가 클수록, 각도 변화에 대한 피치 변화율이 향상되고, 각도 검출의 감도가 향상된다(도 4c). 또한, 도 4c는 식 (4)로부터 시산한 강판 표면 각도 1°당 피치 변화율의 계산값을 나타내고 있다. 화상 처리에 의해 피치 측정을 행하는 경우에 있어서는, 0.5％(0.005)의 피치 변화는 충분히 측정 가능하므로, 1° 미만의 각도 측정 분해능을 얻기 위해서는 대략 |α＋β|≥20°가 필요하다. 또한, 마무리 스탠드간의 간극은 2∼3m인 것, 강판 표면 부근은 복사열의 영향에 의해 고온으로 되므로, 내구성을 확보하기 위해 상방으로 1∼1.5m 이상 이격하여 설치할 필요가 있다. 이들 내용으로부터, hc와 hp는 모두 1m 이상에서 |α＋β|≤90°로 된다. 또한, 압연 스탠드간의 거리는 5∼6m가 일반적이므로, L0은 대략 1∼3m로 된다. 루퍼 각도 변동의 영향을 캔슬하도록 hc와 hp에 차를 두게 되지만, 이 차도 α＋β에 의존하고 있고, 가장 각도가 좁은 20°일 때 비율은 최소로 된다. 이하에, 식 (13)에 대해, hp＝bhc로 두고, α＋β＝20°일 때의 비율 b의 취할 수 있는 범위를 시산한다.
(tanα＋tanβ)/(1/hc－1/bhc)＝L0
tanα＋tanβ＝L0/hc(1－1/b)
α＋β＝20°이므로, tanα＋tanβ＝0.352(2×tan10°)∼0.364(tan20°)인 것, L0/hc≤3인 것을 고려하면,
b≥1/(1－2/3tan10°)＝1.133으로 되고, 즉, 양자에 약 1.133배 이상의 차를 둘 필요가 있다.
이상에서 설명한 이유에 의해, 본 실시 형태에 관한 평탄도 측정 장치(100)에 있어서는, 투영부(1) 및 촬상부(2)가 상기한 식 (1)을 만족시키도록 배치되어 있다. 이에 의해, 루퍼(200)의 각도 θL이 변화[이에 의해, 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도 θs 및 높이 hs가 변화]하였다고 해도, 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도 θs에 따른 피치의 변화율 r과, 열연 강판(S)의 표면의 높이 hs에 따른 피치의 변화율 ｒ＇이 상쇄되므로, 촬상한 패턴 화상 내의 명암 패턴의 명부의 피치는 변동하기 어렵다. 따라서, 루퍼(200)가 설치된 압연 스탠드간을 주행하는 열연 강판(S)의 평탄도를 루퍼(200)의 각도에 관계없이 고정밀도로 측정하는 것이 가능하다.
도 5는 루퍼(200)의 각도 θL과, 통판 루트 상을 통판하는 열연 강판(S)의 표면의 높이 hs 및 경사 각도 θs의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 5에 나타내는 그래프는, L0＝2515㎜ 외에, 압연 스탠드 F6, F7이나 루퍼(200)의 설치 조건에 기초하여 계산한 결과이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 루퍼 각도 θL이 변화하면, 열연 강판(S)의 표면의 높이 hs와 경사 각도 θs가 동시에 변화하는 것을 알 수 있다.
도 6은 도 5에 나타내는 조건하에 있어서의, 루퍼(200)의 각도 θL과, 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r[전술한 식 (6) 참조], ｒ＇[전술한 식 (7) 참조] 및 r·ｒ＇의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 6에 나타내는 그래프는, 도 5에 나타내는 조건 외에, 상기한 식 (1)을 만족시키는 α＝28°, β＝－3°, hc＝2300㎜, hp＝4300㎜의 조건에서 계산한 결과이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 루퍼 각도 θL이 변화하면, 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도 θs에 따른 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r과, 높이 hs에 따른 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 ｒ＇의 양쪽이 변화하지만, 이들의 전체의 변화율 r·ｒ＇은 루퍼 각도 θL에 관계없이 거의 1로 되는 것을 알 수 있다.
이하, 본 실시 형태에 관한 평탄도 측정 장치(100)를 사용하여, 실제로 열연 강판(S)의 평탄도를 측정한 결과의 일례에 대해 설명한다.
<레이아웃예>
참고로, 도 7∼도 14에 L0이 식 (13)을 거의 만족시키는 레이아웃예(시산 결과)를 나타낸다. 도 7은 루퍼(200)보다 하류를 측정할 때의 레이아웃예이다. 촬상부(2)의 설치 각도 α＝28°, 투영부(1)의 설치 각도 β＝－1°이다. 도 8은 도 7의 레이아웃에 있어서의, 루퍼(200)의 각도 θL와, 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r, ｒ＇ 및 r·ｒ＇의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 8에 나타내는 그래프는, 상기한 식 (1)을 만족시키는 α＝28°, β＝－1°, hc＝2300㎜, hp＝4300㎜의 조건에서 계산한 결과이다. 식 (13)을 만족시키는 L0은 2515㎜이다. 또한, 식 (13)을 거의 만족시키는 L0을 2530㎜＝L로 한다.
실제로 도 7에 나타내어지는 레이아웃예에 대해, 장치 설치를 행하여 효과 확인 시험을 행하는 것으로 하였다. 기설 설비와의 간섭에 의해, 카메라 중심축은 β＝－3°로 되었지만, 화상 중의 범위로서, 상류에 200㎜∼하류에 400㎜의 범위를 측정 시야로 함으로써, 전 범위에서 식 (1)을 만족시킬 수 있다.
Figure pct00014
라고 하면, 식 (1)의 부등식은, 0.75L0≤L≤1.5L0이며, 이것을 변형하면, 0.75≤L/L0≤1.5로 된다. 한편, 표 1에는, 압연 방향 위치마다의 L/L0의 계산값이 나타내어져 있다. 압연 방향 위치가 상류에 200㎜(－200㎜)일 때, L/L0＝0.79이며, 압연 방향 위치가 하류에 400㎜(＋400㎜)일 때, L/L0＝1.25이다. 따라서, 표 1의 전 범위에서 식 (1)의 조건이 만족되고 있다.
Figure pct00015
도 9는 루퍼(200)보다 하류를 측정할 때의 레이아웃예이며, 투영부(1) 및 촬상부(2)의 설치 각도가 도 7과 다르다. 촬상부(2)의 설치 각도 α＝14.3°, 투영부(1)의 설치 각도 β＝14.3°이다. 도 10은 도 9의 레이아웃에 있어서의, 루퍼(200)의 각도 θL과, 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r, ｒ＇ 및 r·ｒ＇의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 10에 나타내는 그래프는, 상기한 식 (1)을 만족시키는 α＝14.3°, β＝14.3°, hc＝2050㎜, hp＝4300㎜의 조건에서 계산한 결과이다. 식 (13)을 만족시키는 L0은 2515㎜이다. 또한, 식 (13)을 거의 만족시키는 L0을 2520㎜＝L로 한다. 투영부(1) 및 촬상부(2)의 설치 각도가 바뀌어도, tanα＋tanβ가 동일하면, 식 (1)의 조건을 만족시킨다.
도 11은 루퍼(200)보다 하류를 측정할 때의 레이아웃예이며, 도 7의 경우와 투영부(1) 및 촬상부(2)의 높이가 바뀌어져 있다. 촬상부(2)의 설치 각도 α＝1°, 투영부(1)의 설치 각도 β＝－28°이다. 도 12는 도 11의 레이아웃에 있어서의, 루퍼(200)의 각도 θL과, 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r, ｒ＇ 및 r·ｒ＇의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 12에 나타내는 그래프는, 상기한 식 (1)을 만족시키는 α＝1°, β＝－28°, hc＝4300㎜, hp＝2300㎜의 조건에서 계산한 결과이다. 식 (13)을 만족시키는 L0은 2515㎜이다. 또한, 식 (13)을 거의 만족시키는 L0을 2542㎜＝L로 한다.
도 13은 루퍼(200)보다 상류를 측정할 때의 레이아웃예이다. 촬상부(2)의 설치 각도 α＝28°, 투영부(1)의 설치 각도 β＝－1°이다. 도 14는 도 13의 레이아웃에 있어서의, 루퍼(200)의 각도 θL과, 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r, ｒ＇ 및 r·ｒ＇의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 14에 나타내는 그래프는, 상기한 식 (1)을 만족시키는 α＝28°, β＝－1°, hc＝2050㎜, hp＝4300㎜의 조건에서 계산한 결과이다. 식 (13)을 만족시키는 L0은 2000㎜이다. 또한, 식 (13)을 거의 만족시키는 L0을 2014㎜＝L로 한다.
도 8, 도 10, 도 12 및 도 14에 나타내어지는 바와 같이, 루퍼 각도 θL이 변화하면, 열연 강판(S)의 표면의 경사 각도 θs에 따른 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 r과, 높이 hs에 따른 명암 패턴의 명부의 피치의 변화율 ｒ＇의 양쪽이 변화하지만, 이들의 전체의 피치 변화율 r·ｒ＇은, 루퍼 각도 θL에 관계없이 거의 1로 되는 것을 알 수 있다.
<기준판의 측정 시험>
우선 최초에, 상기한 식 (1)을 만족시키도록 투영부(1) 및 촬상부(2)가 배치된 평탄도 측정 장치(100)를 사용하고, 평탄한 표면 형상을 갖는 기준판(교정판)을 열연 강판(S)의 통판 루트 상에 설치하고, 루퍼(200)의 각도 θL을 바꾸어, 각 각도 θL마다 명암 패턴의 명부의 종방향 피치를 산출하는 시험을 행하였다.
도 15a는 기준판의 측정 시험의 시험 개요에 있어서, 기준판의 설치 상황을 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 15b는 실시예 및 비교예에 있어서 설정한 루퍼 각도 θL 및 기준판 표면의 경사 각도 θs를 나타내는 그래프이다. 도 15c는 촬상한 패턴 화상의 일례 및 설정한 형상 측정선을 나타내는 도면이며, 횡방향이 판 폭 방향, 종방향(Y 방향)이 판 길이 방향이다.
도 15a에 나타내는 실시예에서는, 그 상면이 열연 강판(S)의 통판 루트를 따르도록 기준판(M)을 설치하고, 비교예에서는, 그 상면이 열연 강판(S)의 통판 루트로부터 벗어나도록 기준판(M)을 설치하였다. 투영부(1)로서는, 복수의 LED를 구비하는 LED 광원을 사용하고, 기준판(M)의 표면에 명암 패턴으로서의 지그재그 형상 패턴을 투영하였다. 도 15c에 나타내는 바와 같이, 촬상한 지그재그 형상의 패턴 화상에 종방향(Y 방향)으로 연장되는 형상 측정선 L1∼L3을 설정하고, 각 형상 측정선 L1∼L3을 따른 평균 화소 농도 분포를 산출하고, 또한 위상 해석법에 의해 각 형상 측정선 L1∼L3을 따른 명암 패턴의 명부의 종방향 피치의 분포를 산출하였다. 또한, 형상 측정선 L1은 기준판(M)의 폭 방향 중앙부[열연 강판(S)의 폭 방향 중앙부에 상당]에 상당하는 화소를 통과하도록 설정하고, 형상 측정선 L2, L3은, 형상 측정선 L1로부터 기준판(M)의 폭 방향으로 각각 650㎜ 이격된 위치에 상당하는 화소를 통과하도록 설정하였다.
도 16a는 도 15a 내지 도 15c에 나타내는 실시예 및 비교예에 대해, 명암 패턴 중 형상 측정선 L1에 대해 산출한 명부의 종방향 피치의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 16b는 마찬가지로 형상 측정선 L2에 대해 산출한 명부의 피치를 나타내는 그래프이다. 도 16c는 마찬가지로 형상 측정선 L3에 대해 산출한 명부의 피치를 나타내는 그래프이다.
도 16a 내지 도 16c에 있어서, 굵은 점선은 비교예를 나타내고, 그 밖의 선은 실시예를 나타낸다. 일점 쇄선은, θL＝0°를 나타낸다. 피치가 긴 점선은, θL＝10°를 나타낸다. 피치가 짧은 점선은, θL＝15°를 나타낸다. 이점 쇄선은, θL＝20°를 나타낸다. 가느다란 실선은, θL＝25°를 나타낸다. 그리고, 굵은 실선은, θL＝0∼25°의 평균을 나타낸다.
도 16a 내지 도 16c에 나타내는 바와 같이, 실시예(실선으로 나타내는 그래프)에서는 루퍼 각도 θL을 변화시켜도, 거의 일정한 명부의 피치가 얻어지고 있는 것에 반해, 비교예(파선으로 나타내는 그래프)에서는 실시예와는 다른 명부의 피치로 되어 버리는 것을 알 수 있다.
이것으로부터, 본 실시 형태에 관한 평탄도 측정 장치(100)에 따르면, 루퍼 각도 θL에 따라[열연 강판(S)의 표면의 높이 hs 및 경사 각도 θs에 따라] 복수의 기준판(M)의 명암 패턴의 명부의 피치(교정값)를 준비해 둘 필요가 없는 것을 알 수 있다.
<열연 강판의 측정 시험>
상기한 식 (1)을 만족시키도록 투영부(1) 및 촬상부(2)가 배치된 평탄도 측정 장치(100)를 사용하고, 이것을 열연 강판 제조 라인의 마무리 압연기열의 제6 압연 스탠드 F6과 제7 압연 스탠드 F7 사이에 설치하고(도 2a 참조), 루퍼(200)의 각도 θL을 약 10°로 설정하여, 압연된 열연 강판(S)의 평탄도(급준도)를 측정하였다. 이때, 제7 압연 스탠드 F7에 배치된 상하 한 쌍의 워크롤(R, R)은 개방하였다. 또한, 마무리 압연기열의 출구측(제7 압연 스탠드 F7 출구측)에도 동종의 평탄도 측정 장치를 설치하고, 압연된 열연 강판(S)의 평탄도(급준도)를 측정하였다.
도 17a는 열연 강판(S)의 평탄도(급준도) 측정 결과의 일례에 있어서, 제6 압연 스탠드 F6과 제7 압연 스탠드 F7 사이에 설치된 평탄도 측정 장치(100)로 측정한 급준도[열연 강판(S)의 폭 방향 중앙부, 좌측 에지 근방, 우측 에지 근방의 급준도]를 나타내는 그래프이다. 도 17b는 제7 압연 스탠드 F7 출구측에 설치된 평탄도 측정 장치로 측정한 급준도[열연 강판(S)의 폭 방향 중앙부, 좌측 에지 근방, 우측 에지 근방의 급준도]를 나타낸다. 도 17a, 도 17b에 있어서, CE는 열연 강판(S)의 폭 방향 중앙부의 급준도를, DS는 열연 강판(S)의 좌측 에지 근방의 급준도를, WS는 열연 강판(S)의 우측 에지 근방의 급준도를 의미한다.
전술한 바와 같이, 제7 압연 스탠드 F7에 배치된 상하 한 쌍의 워크롤(R, R)은 개방되어 있으므로, 제7 압연 스탠드 F7에서 열연 강판(S)은 압연되지 않는다. 이로 인해, 제6 압연 스탠드 F6과 제7 압연 스탠드 F7 사이에서 측정한 급준도와, 제7 압연 스탠드 F7의 출구측에서 측정한 급준도는, 고정밀도로 측정되어 있는 것이라면, 동등한 값으로 되는 것을 기대할 수 있다.
도 17a, 도 17b에 나타내는 바와 같이, 양자의 급준도 측정값은, 비교적 잘 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 본 실시 형태에 관한 평탄도 측정 장치(100)에 따르면, 루퍼(200)가 설치되어 있는 제6 압연 스탠드 F6과 제7 압연 스탠드 F7 사이에서 평탄도를 측정하는 경우라도, 루퍼(200)의 영향을 받지 않는[루퍼(200)가 설치되어 있지 않은] 제7 압연 스탠드 F7 출구측에서 측정하는 경우와 동등한 정밀도로 평탄도를 측정할 수 있는 것을 알 수 있다.
<7. 강판의 제조 방법>
도 2a에 있어서, 본 실시 형태에 관한 강판의 제조 방법은, 조압연기(300)에서 조압연된 강편을, 마무리 압연기열을 구성하는 압연 스탠드 F1－F7에서 압연하는 공정과, 압연된 강판(S)을 냉각대(400)에서 냉각하는 공정을 갖고, 상기 평탄도 측정 방법에 의해 강판(S)의 평탄도를 측정한 결과에 기초하여, 압연 스탠드 F7의 압연 조건 및 냉각대(400)에서의 냉각 조건 중 적어도 한쪽을 제어한다고 하는 것이다.
압연 스탠드 F7의 압연 조건 및 냉각대(400)에서의 냉각 조건의 제어는, 도 2b 등에 기재된 제어 장치(4)에 의해 행해진다. 이 제어 장치(4)에 의해, 다른 압연 스탠드 F6이나 루퍼(200) 등의 제어를 행하도록 해도 된다.
<8. 평탄도 측정 방법을 강판 제조에 적용하는 것의 효과>
본 실시 형태에 관한 판재의 평탄도 측정 방법에 따르면, 압연 스탠드 F6, F7 사이에 있어서, 루퍼(200)의 각도 변동에 의한 영향을 받지 않고, 강판(S)의 평탄도를 고정밀도로 측정할 수 있다. 따라서, 평탄도를 측정한 결과에 기초하여, 압연 스탠드 F7의 압연 조건 및 냉각대(400)에서의 냉각 조건을 제어함으로써, 평탄도가 좋은 판재를 안정적으로 제조할 수 있다. 이러한 평탄도계를 사용한 제어는, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 평11－104721호 공보에 기재되어 있다.
2013년 5월 14일에 출원된 일본 특허 출원 제2013－101935호의 개시는, 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 포함되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일한 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 포함된다.

Claims (6)

  1. 인접하는 압연 스탠드간을 주행하는 판재의 표면에, 상기 압연 스탠드간에 배치된 투영부에 의해 명부 및 암부로 구성되는 명암 패턴을 투영하고, 상기 압연 스탠드간에 배치된 촬상부에 의해 상기 명암 패턴을 촬상함으로써 패턴 화상을 취득하는 공정과,
    취득한 상기 패턴 화상을 해석함으로써 상기 판재의 평탄도를 측정하는 공정을 갖고,
    L0을, 상기 인접하는 압연 스탠드 중, 상기 투영부 및 상기 촬상부의 각 광축의 교점과, 상기 교점에 대해 상기 압연 스탠드간에서 상기 판재의 장력을 제어하는 루퍼와 반대측에 위치하는 압연 스탠드의 수평 방향의 거리로 하고,
    α를, 연직 방향과, 압연 방향에 평행한 방향 및 연직 방향을 포함하는 평면에 상기 촬상부의 광축을 사영한 직선이 이루는 각도, 또한 상기 촬상부의 광축이 연직 방향으로부터 루퍼측으로 경사지는 경우에 정의 값으로 되는 각도로 하고,
    β를, 연직 방향과, 상기 평면에 상기 투영부의 광축을 사영한 직선이 이루는 각도, 또한 상기 투영부의 광축이 연직 방향으로부터 압연 스탠드측으로 경사지는 경우에 정의 값으로 되는 각도로 하고,
    hc를, 상기 인접하는 압연 스탠드에 각각 배치된 상하 한 쌍의 워크롤 중, 각각의 하측의 워크롤의 정점을 지나는 직선인 패스 라인과, 상기 촬상부의 렌즈상 주점의 연직 방향의 거리로 하고,
    hp를, 상기 패스 라인과, 상기 투영부의 렌즈상 주점의 연직 방향의 거리로 하면,
    L0, α, β, hc, hp가 하기의 식 (1)을 만족시키는, 판재의 평탄도 측정 방법.
    [수학식 14]
    Figure pct00016
  2. 제1항에 있어서, 20°≤α＋β≤90°일 때, hp/hc≥1.133, hc≥1000㎜
    를 만족시키고,
    －90°≤α＋β≤－20°일 때, hc/hp≥1.133, hp≥1000㎜
    를 만족시키는, 판재의 평탄도 측정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하측의 워크롤의 정점을 지나는 직선에 대해, 교정판을 2° 기울인 상태로 기준 피치 측정을 행하는, 판재의 평탄도 측정 방법.
  4. 인접하는 압연 스탠드간에 배치되고, 상기 압연 스탠드간을 주행하는 판재의 표면에, 명부 및 암부로 구성되는 명암 패턴을 투영하는 투영부와,
    상기 압연 스탠드간에 배치되고, 상기 명암 패턴을 촬상함으로써 패턴 화상을 취득하는 촬상부와,
    취득한 상기 패턴 화상을 해석함으로써 상기 판재의 평탄도를 측정하는 화상 해석 장치를 갖고,
    L0을, 상기 인접하는 압연 스탠드 중, 상기 투영부 및 상기 촬상부의 각 광축의 교점과, 상기 교점에 대해 상기 압연 스탠드간에서 상기 판재의 장력을 제어하는 루퍼와 반대측에 위치하는 압연 스탠드의 수평 방향의 거리로 하고,
    α를, 연직 방향과, 압연 방향에 평행한 방향 및 연직 방향을 포함하는 평면에 상기 촬상부의 광축을 사영한 직선이 이루는 각도, 또한 상기 촬상부의 광축이 연직 방향으로부터 루퍼측으로 경사지는 경우에 정의 값으로 되는 각도로 하고,
    β를, 연직 방향과, 상기 평면에 상기 투영부의 광축을 사영한 직선이 이루는 각도, 또한 상기 투영부의 광축이 연직 방향으로부터 압연 스탠드측으로 경사지는 경우에 정의 값으로 되는 각도로 하고,
    hc를, 상기 인접하는 압연 스탠드에 각각 배치된 상하 한 쌍의 워크롤 중, 각각의 하측의 워크롤의 정점을 지나는 직선인 패스 라인과, 상기 촬상부의 렌즈상 주점의 연직 방향의 거리로 하고,
    hp를, 상기 패스 라인과, 상기 투영부의 렌즈상 주점의 연직 방향의 거리로 하면,
    L0, α, β, hc, hp가 하기의 식 (1)을 만족시키는, 판재의 평탄도 측정 장치.
    [수학식 15]
    Figure pct00017
  5. 제4항에 있어서, 20°≤α＋β≤90°일 때, hp/hc≥1.133, hc≥1000㎜
    를 만족시키고,
    －90°≤α＋β≤－20°일 때, hc/hp≥1.133, hp≥1000㎜
    를 만족시키는, 판재의 평탄도 측정 장치.
  6. 조압연기에서 조압연된 강편을, 마무리 압연기열을 구성하는 압연 스탠드에서 압연하는 공정과,
    압연된 강판을 냉각대에서 냉각하는 공정을 갖고,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 평탄도 측정 방법에 의해 상기 강판의 평탄도를 측정한 결과에 기초하여, 상기 압연 스탠드의 압연 조건 및 상기 냉각대에서의 냉각 조건 중 적어도 한쪽을 제어하는, 강판의 제조 방법.
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