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JP5986321B2 - 鋼板のスケール厚さ測定装置 - Google Patents
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Description

本発明は、鋼板のスケール厚さ測定装置に係り、より詳しくは、鋼板のスケール厚さをオンラインで正確に測定することができる鋼板のスケール厚さ測定装置に関する。
高温で形成される鋼板表面のスケールは、鋼板内部に酸化が進行しないようにする役割をするが、スケールの厚さが厚くなり過ぎると、溶接作業時にスケールが混入して溶接不良を生じさせるという問題がある。また、密着力が落ち、スケールが剥離して錆が発生するなど、製品の品質に影響する問題を引き起こす。
従って、鋼板や厚板の製造工場においては、スケールの厚さを減らす最適な工程を導出して製品を生産することが重要であり、所定の厚さ以上のスケールが生成した場合は、これをショットブラストなどで除去しなければならないため、製造工程中にスケールの厚さを正確に測定するのが重要な問題である。
スケールの厚さを測定するためには試料を採取して断面を研磨した後に顕微鏡で観測する方法があるが、この方法は多くの時間が必要となり、また破壊的な方法であるので、製造工程中に組み込んで測定するのは不可能である。一方、磁気誘導方式の測定センサを用いた携帯用測定機を利用する方法も、常温で試料を採取できる場合は測定が可能であるが、製造工程ラインに組み込んで測定するのは不可能である。
更に、非接触式で測定する方法としてはレーザー超音波方式や、マイクロ波又はX線回折方式があるが、測定精度が製造工程に活用するにはいずれも不足していて、適用が不可能であるという問題がある。
本発明の課題は、鋼板のスケール厚さをオンライン上で正確に測定できる装置を提供することである。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置は、所定の幅を有する鋼板を移動させる移送装置と、移送装置の上方に配置されたフレームと、フレームに連結され、移送装置が停止する時間に下降して鋼板のスケール厚さを測定する複数の検出装置と、検出装置から受信した複数の厚さ測定値によって鋼板のスケール厚さを算出する制御部と、を含む。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、制御部は、鋼板に関する情報を予め受信し、鋼板の幅に応じて複数の検出装置間の離隔距離を調節しても良い。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、検出装置は、フレームに連結されたボディー部と、鋼板と接触する測定ヘッドと、ボディー部に固定されて測定ヘッドを上昇/下降させる駆動部と、を含む。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、測定ヘッドは、駆動部に対して前後左右に回動可能に結合される。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、測定ヘッドと駆動部との間に結合され、測定ヘッドによって鋼板に加えられる加圧力を一定に維持するダンピング構造体を含む。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、ダンピング構造体は、ガイド部及びガイド部にスライドするスライド部を含み、スライド部は、測定ヘッドが下降して鋼板に接触した後から、駆動部の下降距離だけ、ガイド部にスライドしても良い。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、スライド部の最大スライド距離は、測定ヘッドの最大下降距離より大きく形成されても良い。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、測定ヘッドは、移送装置の作動を検知する移動検知センサを含み、制御部は、移動検知センサによって移送装置の作動が検知されれば、測定ヘッドを上昇させるように駆動部に制御信号を出力しても良い。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、測定ヘッドは、ヘッドハウジングと、ヘッドハウジングに挿入され、末端がヘッドハウジングの外側に露出して鋼板と接触する複数の測定センサと、を含む。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、ヘッドハウジングの内部に配置される温度センサを含み、制御部は、温度センサから受信した内部温度に応じて、スケール測定値を補正しても良い。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、制御部は、温度センサによって測定された内部温度が、予め設定された臨界値を超過する場合、測定ヘッドを上昇させるように駆動部に制御信号を出力しても良い。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、ヘッドハウジングの外壁には、チャネルが形成され、チャネルには、冷却ガスが循環しても良い。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、ボディー部とフレームとの間に配置される非常シリンダーを含み、制御部は、非常時に、ボディー部を上昇させるように非常シリンダーに出力信号を印加しても良い。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置において、非常シリンダーによるボディー部の上昇高さは、駆動部による測定ヘッダの最大下降高さより高く形成されても良い。
本発明によれば、鋼板や厚板のスケール厚さを製造工程において迅速に測定することが可能となり、生産される全製品のスケール厚さを迅速に測定することができる。
従って、スケール厚さに及ぼすプロセス因子の導出に利用できるだけでなく、スケール厚さの厚い製品だけを選別してショットブラストなどの後工程を経るようにすることにより、プロセス負荷を減少させ、スケールの厚さが均一で厚くない製品だけを選別して出荷できるという長所がある。
本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置の概念図である。 本発明の一実施形態による検出装置の斜視図である。 図2における検出装置の変形例である。 図2における検出装置の他の変形例である。 本発明の一実施形態による検出装置の測定ヘッダの一部断面図である。 本発明によるスケール厚さ測定装置の検出装置が非平坦面の鋼板に載置された状態を示す図である。 本発明の一実施形態による検出装置の動作を示す概念図である。 本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置のブロック図である。
本発明は、種々の変更を加えることができ、色々な実施形態を有することができるところ、特定の実施形態を図面に例示し、詳細な説明の欄に詳細に説明する。
但し、これは、本発明を特定の実施形態のみに限定しようとするものではなく、本発明は、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものとして理解しなければならない。
本発明において、「含む」又は「有する」などの用語は、明細書に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在するのを指定しようとするものであって、1つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものの存在又は付加可能性を予め排除するものではないことを理解しなければならない。
又、本発明において添付された図面は、説明の便宜のために拡大又は縮小して示されたものとして理解しければならない。
本発明について、図面を参考して詳細に説明し、図面符号に関係なく同一又は対応する構成要素には同一の参照番号を付与し、これに関する重複説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置の概念図である。
本発明によるスケール厚さ測定装置は、所定の幅を有する鋼板を移動させる移送装置100、前記移送装置100の上方に配置されたフレーム200、前記フレーム200に連結され、前記移送装置100が停止する時間に下降して前記鋼板のスケール厚さを測定する複数の検出装置300、及び前記検出装置300から受信した複数の厚さ値によって前記鋼板のスケール厚さを算出する制御部を含む。
移送装置100は、所定の幅と長さを持って一方向に鋼板を移送させる。このような移送装置100は、無限軌道を有するコンベヤーベルトであっても良いし、この他の様々な構成によって鋼板を一方向に移送することができる構成であれば、何れも適用できる。移送装置100は、一般的に、鋼板に識別標識などを形成するために所定周期ごとに停止される。
フレーム200は検出装置300を移送装置100の上方に配置するための構造物であり、バー(Bar)形状で形成され、移送装置100の上方に配置される。これにより、移送装置100によって移動される鋼板Aは、フレーム200を通過することになる。
検出装置300は、フレーム200に付着され、待機モードでは移送装置100の上方に配置され、測定モードに転換した時に下降して鋼板のスケールの厚さを検出する。検出装置300は複数で構成されても良く、鋼板の幅に対応して適切な間隔で配置される。
検出装置300は、フレーム200に連結されるボディー部310、鋼板Aと接触する測定ヘッド330、及びボディー部310に固定されて測定ヘッド330を上昇/下降させる駆動部320を含む。
ボディー部310は、フレーム200に連結され、鋼板の幅方向(図1のy方向)に移動可能に構成される。ボディー部310は、幅方向に移動するための移動部材(図示せず)を含むことができ、このような移動部材はラックギア(rack gear)及びモータで構成されることができる。これにより、鋼板の幅に応じて各検出装置300が適正な位置に移動することができるため、鋼板の幅が変更された場合でも鋼板Aの縁部と中央部とのスケール厚さを有効に検出することができる。従って、鋼板の種類及び幅が変化しても、スケール厚さを正確に測定できるという長所がある。
駆動部320は、ボディー部310に固定され、測定ヘッド330を上昇/下降させるための種々の構成を全て選択することができる。例えば、油圧シリンダーを用いたり、モータとラックギアなどを用いたりして測定ヘッド330を上昇/下降させることができる。
測定ヘッド330は、待機モードでは鋼板Aと所定間隔をもって離隔配置され、測定モードでは駆動部320によって下降されて鋼板Aと接触することによって鋼板のスケール厚さを測定する。その後、測定が完了すれば、移送装置100が再び作動する前に上昇して、測定ヘッド330によって鋼板に傷が生じるのを防止する。
このような構成により、従来の、観測者が携帯用スケール測定装置を直接鋼板に当ててスケール厚さを測定する方法に比べ、鋼板のスケール厚さをオンラインで遥かに効率的で正確に測定することができる。
図2は、本発明の一実施形態による検出装置の斜視図であり、図3及び図4は、図2に示した検出装置の変形例である。
図2に示すように、本発明による検出装置は、測定ヘッド330と駆動部320との間にダンピング構造体340が配置される。このようなダンピング構造体340は、測定ヘッド330によって鋼板に加えられる加圧力を調節する役割を果たす。具体的には、ダンピング構造体340は、ガイド部342、及びガイド部342にスライドするスライド部341を含む。
図2の(a)に示すように、スライド部341は、測定ヘッド330の荷重によってガイド部342と最大隔離距離を維持しているところ、図2の(b)に示すように測定ヘッド330が下降して鋼板と接触した後に駆動部320が更に下降した場合、駆動部320の下降距離だけガイド部342がスライドすることによって、鋼板に加えられる加圧力を調節することができる。これにより、鋼板が測定ヘッド330によって過度に加圧されることによって鋼板に圧痕が生成して品質が低下するのを防止することができる。
具体的には、ガイド部342が測定ヘッド330と結合されて上昇/下降方向に長孔342aを形成することができ、スライド部341が駆動部320の末端に連結され、突出ピン341aが長孔342aに挿入され、長孔342aに沿って測定ヘッド330が上昇/下降方向に移動する。
この時、突出ピン341aが長孔342aに挿入された状態で回転することができるので、測定ヘッド330は、駆動部320の移動方向に対して前後方に移動することができる。これにより、測定ヘッド330が下降した状態で鋼板が移動しても、鋼板にスクラッチが生じるのが防止されると共に、下降時に鋼板が平坦面でなくても鋼板と有効に密着することができる。
この時、駆動部320が過度に測定ヘッド330を下降させた場合でも、測定ヘッド330が鋼板に衝突して衝撃が加えられるのを防ぐために、スライド部341がガイド部342にスライドする最大スライド距離(長孔の長さ)は、駆動部320の最大下降距離より大きく設計されることが好ましい。これは、長孔342aの長さを駆動部320の最大下降距離より長く形成することによって実現することができる。
上記のような構成によれば、駆動部320が故障などの理由で最大に測定ヘッド330を下降させても、鋼板に加えられる加圧力は測定ヘッド330の荷重のみに維持されるので、鋼板の不良発生が防止される。
この時、スライド部341が駆動部320の一側に結合され、ガイド部342が測定ヘッド330の一側に結合されるものとして説明したが、その逆にスライド部341が測定ヘッド330の一側に結合され、ガイド部342が駆動部320の一側に結合されても良い。また、ダンピング構造体は、前述した構成を実現できるのであれば、多様に変形することができる。
例えば、図3に示すように、ダンピング構造体350は、ガイド部352に孔352aが形成され、スライド部351に孔352aに嵌められたボール(ball)351aが形成されることにより、測定ヘッド330が、駆動部320に対して前後左右に自由に回動することができる。従って、別途の回転部材を備えなくてもダンピング構造体350によって加圧力が調節されると同時に、測定ヘッド330を回転させるように構成することができるので、部品数が減るという長所がある。
また、図4に示すように、ダンピング構造体360は、駆動部320に結合されたガイド板361と、測定ヘッド330に連結されたスライド板362と、から形成され、スライド板362の上部に形成された突出ピン362aが、ガイド板361の孔に固定挿入されることによってスライドするように構成することもできる。この時、突出ピン362aにはスプリングのような弾性部材362bを結合させて測定ヘッド330を鋼板に密着させるように構成することもできる。
図5に示すように、測定ヘッド330は、ヘッドハウジング331、及びヘッドハウジング331に挿入され、末端が前記ヘッドハウジング331の外側に露出して鋼板と接触する複数の測定センサ332を含む。
ヘッドハウジング331は、内部に空間が備えられ、鋼板に対して起立する形状に形成される。内部空間には均一な間隔で複数の測定センサ332が配置され、ヘッドハウジング331の底面には基板333が結合されて内部空間を密閉する。測定センサ332は基板333に固定され、末端は外部に露出する。基板333はヘッドハウジング331と同一な材質からなっても良く、特に熱遮断性能に優れた材質から成ることが好ましい。
測定センサ332としては、鋼板のスケール厚さを測定できる種々のセンサを全て選択することができるが、比較的高温においても迅速で正確な測定が可能な磁気誘導センサが選択できる。以下では、測定センサ332として磁気誘導センサを用いる例を説明するが、必ずしもこれに限定されるものではない。
磁気誘導センサ332は、軟磁性コアを中心に中央部に磁気誘導用コイルが巻回され、その上部と下部には各々検知コイルが巻回されて複数のセンサが配置される。この時、各検出装置に配置されるセンサの個数が少なすぎると、スケール厚さ値の平均値を正確に表すことができず、測定位置によって偏差が大きくなるため、各測定ヘッド330には5〜10個のセンサが配置されることが好ましい。磁気誘導センサには、数kHz帯の周波数を印加し、軟磁性コアを中心とする2つの検知コイルから誘導される電圧を差動振幅した値をスケール厚さに換算する。
測定センサ332の露出部分と基板333との間には、スプリングのような弾性部材337が結合され、センサの末端面と鋼板との密着時に十分な密着力を提供することができる。また、基板333とヘッドハウジング331を結合させる結合部材336が弾性材質で形成され、基板の露出面には弾性パッド334が配置されてヘッドハウジング331が鋼板に接触する時にセンサ332に加えられる過度な圧力を分散させることができる。
ヘッドハウジング331の内部には温度センサ335が取り付けられる。ヘッドハウジング331の内部には発振と受信及び増幅のための回路基板が取り付けられており、回路基板には複数の半導体素子が配置される。これにより、ヘッドハウジング331内部の温度に応じて電圧が変動して測定値に影響を及ぼすことになる。従って、温度センサ335は、ヘッドハウジング331の内部の定められた時間に温度を測定して制御部に送信するか、制御部から検出信号を受ければ温度を測定して制御部に送信する。
鋼板は相対的に高温であるため、接触時にヘッドハウジングの内部温度が急激に上昇して正確な測定ができないという問題がある。従って、ヘッドハウジング331の外壁は二重壁で形成され、冷媒を循環するチャネル331aが形成され、冷媒によってヘッドハウジング内部の急激な温度上昇が防止される。
チャネル331aは、冷却ガスが循環するように構成されてもよいが、図5のように冷却ガスが基板333を循環して各測定センサ332の間へ排出されるようにすることが更に良い。この場合、冷却ガスによって測定センサ332に過度な熱が加わることを防止することができると共に、測定センサ332が密着する鋼板の温度を下げることができるので正確な検出が可能であるという長所がある。
従って、基板333は、ヘッドハウジングのチャネル331aと連通して横方向に形成されたサブチャネル333aと、基板のサブチャネル333aと連結されてセンサ332の取付け位置の間に形成される貫通ノズル333bと、を含むことができる。
また、測定ヘッド330は、鋼板と密着する面に移動検知センサ(図示せず)を含むことができる。このような移動検知センサは近接センサなどで構成され、測定ヘッドと鋼板とが密着した状態で、鋼板が移動する場合にこれを検知して制御部に送信する。
図6は、本発明によるスケール厚さ測定装置の検出装置が非平坦面の鋼板に載置された状態を示す図である。
図6に示すように、フレーム200に3個の検出装置300が配置されている場合、左側の側面に配置された第2検出装置300aは、中央に配置された第1検出装置300bに比べスケールSの厚さが相対的に厚くても、前述したダンピング構造体がスライド(d)することにより第1検出装置300bと同一な加圧力を維持することができる。
また、第1検出装置300bを基準に右側に配置された第3検出装置300cのように、鋼板Aが非平坦面である場合でも測定ヘッド330が駆動部320に対して所定角度θだけ回転して鋼板Aに密着できることが分かる。
すなわち、本発明の実施形態によれば、幅方向に鋼板厚さが異なったり、非平坦面であったりしても、測定ヘッド330が一定の加圧力で密着配置されるため、正確にスケール厚さを算出することができる。また、幅方向に複数の検出装置300が厚さ値を測定するため、より正確なスケール厚さを測定することができる。そして、鋼板の種類が変わって幅、厚さなどが変わっても容易に測定することができる。
図7は、本発明の一実施形態による検出装置300の動作を示す概念図である。
図7(a)に示すように、測定ヘッド330が下降して鋼板のスケールを測定し、測定が完了すれば、図7の(b)に示すように、駆動部320が測定ヘッド330を上昇させる。しかし、駆動部320が異常状態であるために測定ヘッド330を上昇させることができない非常時(例えば電源オフ時)には、測定ヘッド330が接触したままの状態で鋼板Aが移動することになって、鋼板の表面に不良が発生するという問題がある。
従って、本発明においては、駆動部320が作動しない非常時には、ボディー部310に設けられた非常シリンダー311を駆動させてボディー部310をフレーム200から上昇させることにより、測定ヘッド330が鋼板Aから上昇するように構成することができる。
この時、ボディー部310がフレーム200から上昇する距離は、駆動部320によって測定ヘッド330が下降する最大距離より大きいことが好ましい。これによって、駆動部320の異常な運転により測定ヘッド330が最大下降距離まで移動した場合であっても、測定ヘッド330がボディー部310の上昇によって鋼板Aから離れることができるので、鋼板に不良が発生するのを防止することができる。
図8は、本発明の一実施形態によるスケール厚さ測定装置のブロック図である。
図8を参照してスケール厚さ測定制御システムについて説明すれば、先ず、制御部400は、システムサーバ(例えば、前段階工程の制御部又はメインサーバ)から鋼板の情報(長さ、幅、鋼種の情報など)を受信した後、鋼板の幅に合わせて離隔するように検出装置300のボディー部310に出力信号を印加する。
次いで、移送装置100が停止すれば、駆動部320に出力信号を印加して測定ヘッド330を下降させて鋼板のスケールを測定し、測定が完了すれば、再び駆動部320に出力信号を印加して測定ヘッド330を上昇させる。この時、駆動部320が異常状態と判断されれば、ボディー部310をフレーム200から上昇させるようにボディー部310に出力信号を印加することができる。また、温度センサ335によって測定された温度が臨界値を超過した場合は、測定を中止し、測定ヘッドを上昇させることができる。また、制御部400は、移動検知センサによって鋼板が移動すると判断した場合は、測定が完了していない状態であっても測定ヘッドを上昇させるように駆動部320に出力信号を印加することができる。
次に、制御部400は、複数の測定センサ332から送信された測定データを集めて平均値を計算して鋼板のスケール厚さを算出する。この時、測定誤差を減らすために、送信されたデータのうち最も大きい値と最も小さい値を除いた残りのデータをもって平均値を算出することができる。
この時、温度センサから受信した温度情報に応じてスケール厚さ値を補正することができる。具体的には、制御部400は温度と測定値との相関関係データが格納されたメモリ部410を含み、これを用いて、受信した温度に応じてスケール厚さ値を補正することができる。また、受信した鋼種の情報に応じて好適な検量線を選択して測定値を補正することもできる。
制御部400は、測定されたスケール厚さをディスプレイ部500に出力し、実際にユーザがオフラインで測定した値と差が発生した場合は、これをメモリ部410に格納することができる。
以上では、本発明の実施形態を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更できることを容易に理解することができる。

Claims (12)

  1. 所定の幅を有する鋼板を移動させる移送装置と、
    前記移送装置の上方に配置されたフレームと、
    前記フレームに連結され、前記移送装置が停止する時間に下降して前記鋼板のスケール厚さを測定する複数の検出装置と、
    前記検出装置から受信した複数のスケール厚さ測定値によって前記鋼板のスケール厚さを算出する制御部と、
    を含み、
    前記検出装置は、前記フレームに連結されたボディー部と、前記鋼板と接触する測定ヘッドと、前記ボディー部に固定されて前記測定ヘッドを上昇/下降させる駆動部と、を含み、
    前記測定ヘッドは、前記移送装置の作動を検知する移動検知センサを含み、
    前記制御部は、前記移動検知センサによって前記移送装置の作動が検知されれば、前記測定ヘッドを上昇させるように前記駆動部に制御信号を出力することを特徴とするスケール厚さ測定装置。
  2. 前記制御部は、前記鋼板に関する情報を予め受信し、前記鋼板の幅に応じて複数の前記検出装置間の離隔距離を調節することを特徴とする請求項1に記載のスケール厚さ測定装置。
  3. 前記測定ヘッドは、前記駆動部に対して前後左右に回動可能に結合されたことを特徴とする請求項に記載のスケール厚さ測定装置。
  4. 前記測定ヘッドと前記駆動部との間に結合され、前記測定ヘッドによって前記鋼板に加えられる加圧力を一定に維持するダンピング構造体を含むことを特徴とする請求項に記載のスケール厚さ測定装置。
  5. 前記ダンピング構造体は、ガイド部及び前記ガイド部にスライドするスライド部を含み、
    前記スライド部は、前記測定ヘッドが下降して前記鋼板に接触した後から、前記駆動部の下降距離だけ、前記ガイド部にスライドすることを特徴とする請求項に記載のスケール厚さ測定装置。
  6. 前記スライド部の最大スライド距離は、前記測定ヘッドの最大下降距離より大きいことを特徴とする請求項に記載のスケール厚さ測定装置。
  7. 前記測定ヘッドは、ヘッドハウジングと、前記ヘッドハウジングに挿入され、末端が前記ヘッドハウジングの外側に露出して前記鋼板と接触する複数の測定センサと、を含むことを特徴とする請求項に記載のスケール厚さ測定装置。
  8. 前記ヘッドハウジングの内部に配置される温度センサを含み、
    前記制御部は、前記温度センサから受信した内部温度に応じて、前記スケール厚さ測定値を補正することを特徴とする請求項に記載のスケール厚さ測定装置。
  9. 前記制御部は、前記温度センサによって測定された内部温度が、予め設定された臨界値を超過する場合、前記測定ヘッドを上昇させるように前記駆動部に制御信号を出力することを特徴とする請求項に記載のスケール厚さ測定装置。
  10. 前記ヘッドハウジングの外壁には、チャネルが形成され、前記チャネルには、冷却ガスが循環することを特徴とする請求項に記載のスケール厚さ測定装置。
  11. 前記ボディー部とフレームとの間に配置される非常シリンダーを含み、
    前記制御部は、非常時に、前記ボディー部を上昇させるように前記非常シリンダーに出力信号を印加することを特徴とする請求項に記載のスケール厚さ測定装置。
  12. 前記非常シリンダーによる前記ボディー部の上昇高さは、前記駆動部による前記測定ヘッドの最大下降高さより高いことを特徴とする請求項11に記載のスケール厚さ測定装置
JP2015539487A 2012-11-23 2012-12-28 鋼板のスケール厚さ測定装置 Expired - Fee Related JP5986321B2 (ja)

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