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公開番号2025036884
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-17
出願番号2023143510
出願日2023-09-05
発明の名称物理量計測方法および物理量計測システム
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人
主分類G01J 5/00 20220101AFI20250310BHJP(測定;試験)
要約【課題】測定対象である帯状物体の位置や傾きが変動しても帯状物体の物理量を精度良く計測可能な技術を提供する。
【解決手段】帯状物体を連続的に搬送しながら、計測装置により帯状物体の物理量を計測する物理量計測方法は、帯状物体の計測点の周辺における基準面からの変位量および傾き量を求める第1ステップと、求められた変位量および傾き量から、計測装置の位置および角度を補正する第2ステップとを有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
帯状物体を連続的に搬送しながら、計測装置により前記帯状物体の物理量を計測する物理量計測方法であって、
前記帯状物体の計測点の周辺における基準面からの変位量および傾き量を求める第１ステップと、
求められた前記変位量および前記傾き量から、前記計測装置の位置および角度を補正する第２ステップと、
を有する、物理量計測方法。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記第１ステップは、二次元レーザー距離計を用いて前記帯状物体の表面の形状プロファイルを測定することで前記基準面からの前記変位量および前記傾き量を取得する、請求項１に記載の物理量計測方法。
【請求項３】
前記第１ステップは、２つ以上のスポットレーザー距離計を用いて前記帯状物体の前記計測点を間に取るように前記帯状物体の幅方向２点以上の変位を測定し、前記基準面からの前記変位量および前記傾き量を取得する、請求項１に記載の物理量計測方法。
【請求項４】
前記計測点は、前記物理量の前記帯状物体の幅方向の分布を得るように前記幅方向に複数有し、前記計測装置を前記帯状物体の幅方向に走査させながら、複数の前記計測点のそれぞれに対し、前記第１ステップおよび前記第２ステップを実施する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の物理量計測方法。
【請求項５】
前記計測装置は、前記帯状物体の前記計測点の放射光量を取得する手段と、前記帯状物体の表面に正反射条件で光を照射する正反射用光源と、前記帯状物体の表面に拡散反射条件で光を照射する拡散反射用光源と、を有し、前記放射光量を取得する手段を用いて、前記正反射用光源より前記帯状物体の表面に正反射条件で光を照射した際の正反射光量と、前記拡散反射用光源より前記帯状物体の表面に拡散反射条件で光を照射した際の拡散反射光量を取得して、前記帯状対象物の表面の放射率と正反射率および拡散反射率との関係をモデル化し、そのモデルと前記正反射光量と前記拡散光量を用いて、前記帯状物体の前記計測点の放射率を算出するものである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の物理量計測方法。
【請求項６】
帯状物体を連続的に搬送しながら、前記帯状物体の物理量を計測する物理量計測システムであって、
前記帯状物体の物理量を計測する計測装置と、
前記帯状物体の計測点の周辺における距離を測定する距離測定装置と、
前記距離測定装置による測定値から、前記帯状物体の計測点の周辺における基準面からの変位量および傾き量を算出し、算出された前記変位量および前記傾き量により、前記計測装置の位置および角度を補正する補正信号を出力する演算装置と、
を有する、物理量計測システム。
【請求項７】
前記距離測定装置は、二次元レーザー距離計を有し、前記二次元レーザー距離計により前記帯状物体の表面の形状プロファイルを測定し、前記基準面からの前記変位量および前記傾き量を取得する、請求項６に記載の物理量計測システム。
【請求項８】
前記距離測定装置は、２つ以上のスポットレーザー距離計を有し、２つ以上のスポットレーザー距離計により前記帯状物体の前記計測点を間に取るように前記帯状物体の幅方向２点以上の変位を測定し、前記基準面からの前記変位量および前記傾き量を取得する、請求項６に記載の物理量計測システム。
【請求項９】
前記計測装置を前記帯状物体の幅方向に走査させる駆動装置をさらに有し、
前記帯状物体の幅方向に複数有する前記計測点で前記計測装置により前記物理量が計測されるように、前記駆動装置により前記計測装置を前記帯状物体の幅方向に走査させながら、前記演算装置により、複数の計測点において、前記変位量および前記傾き量を算出し、前記計測装置の位置および角度を補正する補正信号を出力する、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の物理量計測システム。
【請求項１０】
前記計測装置は、前記帯状物体の前記計測点の放射光量を取得する手段と、前記帯状物体の表面に正反射条件で光を照射する正反射用光源と、前記帯状物体の表面に拡散反射条件で光を照射する拡散反射用光源と、を有し、前記放射光量を取得する手段を用いて、前記正反射用光源より前記帯状物体の表面に正反射条件で光を照射した際の正反射光量と、前記拡散反射用光源より前記帯状物体の表面に拡散反射条件で光を照射した際の拡散反射光量を取得して、前記帯状対象物の表面の放射率と正反射率および拡散反射率との関係をモデル化し、そのモデルと前記正反射光量と前記拡散光量を用いて、前記帯状物体の前記計測点の放射率を算出するものである、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の物理量計測システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送される帯状物体の表面の物理量を計測する物理量計測方法および物理量計測システムに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
素材産業において、製品管理のための計測技術は安定した品質を維持するために非常に重要である。特に帯状の長尺体の素材を巻き取ることでコイル状の製品を生産している鉄鋼、非鉄金属、製紙、樹脂、などの分野では、幅方向及び長手方向問わず均一な品質を担保する必要がある。帯状の素材の製造ラインでは、加工途中の材を複数のロールに巻き付けて搬送させながら製品をさらに加工し、最終的に加工した製品を巻き取ることでコイル状とすることが多い。
【０００３】
このような製造ラインでは、センサ（計測装置）幅方向の固定位置を設置し材の搬送に合わせて計測することで、製品の長手方向（搬送方向）の分布に関しては比較的安定した条件での計測が可能となる。一方、幅方向においては計測点を多点化し分布を計測しようとすると、複数のセンサを並列させるか、あるいは能動的に走査させる必要がある。
【０００４】
例えば、鉄鋼プロセスの一つである薄鋼板の焼鈍ラインでは、製品の品質管理を目的とした製造プロセスにおける温度管理が重要であり、放射温度計を用いて幅方向中央一点を常に計測することで製品長手方向の温度分布の情報を得る一方で、幅方向の温度分布に関しては、走査型放射温度計などを用いて能動的に計測点を走査させることで計測し管理することが必要となる。
【０００５】
このような幅方向の分布の計測では、長手方向と比較して外乱が大きく、均一な条件で計測するための工夫が必要となることが多い。例えば、鋼板表面の欠陥に対し渦電流を用いて検出する渦流探傷装置は、センサヘッドと対象の距離(リフトオフ)が非常に重要であるため、搬送中において製品の幅方向の反りやバタつきにより形状や位置が変動してしまうと外乱要因となり性能が低下する。そこで、搬送中の鋼板に適用するときは常にロールに巻き付いている部分に設置することで、反りやバタつきの変動を抑えリフトオフを均一に保つ工夫をしている。
【０００６】
しかしながら、設置制約上ロール巻き付き位置に設置できない計測機器も存在する。その一例として溶融亜鉛メッキ鋼板の製造ラインにおいて、亜鉛ポッドで母材となる地鉄の表面に亜鉛を付着させ、そのあと縦に搬送する過程でＩＨヒータなどを用いて加熱し合金化させる工程における温度計測技術が挙げられる。合金化工程では製品表面に付着した亜鉛と地鉄との合金化が進むまでロールに巻き付けることができないまま５０ｍ以上も鉛直方向に搬送されるので、鋼板にはやはり上述のような反りやバタつきのような外乱が発生し、外乱は特に幅方向のエッジ部で顕著である。合金化はこのように外乱の多い工程にもかかわらず、材質特性均一化(強度、靭性)や合金化むら抑制という観点から幅方向の温度分布計測が求められている。このような温度分布の計測に通常の放射率を固定した放射測温を用いると、合金化進捗の程度により放射率が大きく変動し測温誤差が大きくなる。
【０００７】
このため、特許文献１には２種類の反射を用いて放射率を補正する技術が提案されている。図７は、特許文献１の技術が適用された溶融亜鉛メッキラインを示す図である（特許文献１の図４に対応）。図７に示すように、溶融亜鉛メッキラインでは、溶融亜鉛ポット１１にて鋼板Ｓに溶融亜鉛を付着させた後、加熱炉１２にて合金化目標温度まで加熱し、保熱帯１３にて保熱するが、温度計測装置１０を保熱帯１３の入側に設置する。温度計測装置１０は、放射温度計４、正反射用光源５、および拡散反射用光源６を備えている。７はシャッターである。演算装置８は、放射温度計４により鋼板Ｓの表面の放射光量を取得し、正反射用光源５から鋼板Ｓに光を照射し、正反射光を取得し、拡散反射用光源６から鋼板Ｓに光を照射し、拡散反射光を取得し、これらの２種類の反射光を用いて放射率を補正する。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載された技術では、温度計本体と対象との位置や傾きが変わってしまうと正しく反射輝度を計測できない。反射輝度の測定誤差は放射率推定誤差につながり、最終的に測温誤差も大きくなる。そのため対象の搬送位置（パスライン）を安定化させて反射輝度を同一条件で計測する必要があるが、亜鉛付着などの懸念からロールの設置が難しく巻き付けによるパスラインの安定化は困難である。
【０００９】
一方、特許文献２には対象にレーザーを走査させて照射し、その反射光の最大輝度の位置から対象の傾きを算出し、算出した傾きに応じてあらかじめ定められた検量線で最大反射輝度を補正する手法が提案されている。しかしながら、特許文献２に記載された手法は、レーザーの反射の最大輝度を利用した計測手法にしか使用できず、適用可能な場面が非常に限定的であり、レーザーを走査するためラグが生じるというデメリットも有る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特許第７２７６５１５号公報
特許第２７３３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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