JPH10244303A - 連続熱間圧延用バー接合機およびバー突き合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続熱間圧延用バー接合機において、バーの
突き合わせ形状を溶接に適した条件に制御することによ
り、熱間バー接合を確実に行うことを課題とする。 【解決手段】 先行材１ａおよび後行材１ｂをクランプ
する、独立に昇降、前後進可能でその位置検出が可能な
２つのクランプ装置５，６と、１台もしくは複数台のバ
ー端認識センサ１４と、該クランプ装置位置とバー端認
識センサ１４の位置検出出力を用いて突き合わせ位置制
御を行う位置制御機構１１，１２，２１とを備える連続
熱間圧延用バー接合機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シートバーを連続
的に熱間圧延しホットストリップを製造する連続熱間圧
延ラインに好適な連続熱間圧延用バー接合機およぴ該接
合機を用いたシートバーの接合方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、熱延鋼板の生産性の向上、品質の
向上を目的に、仕上圧延機の前で熱間バーを接合し連続
的に熱間圧延する方法が提案されている。この技術の中
核となる熱間バー接合機については、既にＰＣＴ／ＪＰ
９４／００１２７にて、図６に示すようなレーザー式熱
間バー接合機が提案されている。

【０００３】図６においては、熱間仕上圧延機の入側
で、先行圧延材の後端と後行圧延材の先端を少なくとも
２対のピンチロールあるいはクランパによって突き合わ
せ、熱間バーと速度同期しながら走行する接合台車１２
０は、上面より突き合わせ線（接合線と呼称）を接合線
検出センサ１２１で検出し、加工へッド倣い制御用サー
ボシリンダ１２２で実照射位置を補正しながらレーザー
接合を実施する。

【０００４】また接合線検出センサ１２１の技術として
は、例えば特開昭６０−１２１０７２号公報および特開
昭６３−８４８５１号公報がある。これらの接合線倣い
センサは、溶接トーチ前方の溶接線上に、１本あるいは
複数本のレーザースリット光をレーザー発振器から斜め
に投射し、その像を接合線の鉛直上方に設置した撮像装
置によって撮像する光切断方式を利用した構成となって
いる。

【０００５】あるいは、特開昭６１一２６２４６３号公
報にあるように、レーザースポット光を用い三角測量の
原理でセンサから計測対象点までの距離を計測するｌ次
元距離計を接合線と直交する方向にスキャンさせること
により、光切断式と同様に接全線位置を検出するものが
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の図６に示す装置
において、バーの突き合わせを行う際、ピンチロ一ルを
用いた突き合わせでは、正確にバー端位置を認識できな
いため、たとえば、突き合わせ時に先行材と後行材間に
隙間ができ、溶接が不可能となる場合や、逆に先行材と
後行材が突き合った以上に押し込みすぎると、突き合わ
せ部が持ち上がるなどの状況が発生し、レーザーでの溶
接は不可能となる。特にクランパを用いた場合はクラン
プの位置が正確に指定できなければ、溶接倣い装置の可
動範囲外に溶接部が停止し、溶接不可能となることも考
えられる。

【０００７】また先行材と後行材を溶接するに当たって
は、有効な接合面積を得るためには先行材と後行材の板
厚方向の高さ位置を正確に一致させる必要があるが、ク
ランパの位置をクランパに付属する位置検出器の出力に
基づいた制御を行うと、クランパ先端の板のそりにより
接合部ではかならずしも正確な高さ合わせができるとは
限らない。

【０００８】さらに突き合わせ時の先行材と後行材の高
さ位置の関係が異なると、光切断方式の倣い線検出セン
サを用いた場合、通常微分処理により倣い線位置を検出
するが、特に先行材と後行材の高さがほぼ等しい場合、
微分出力は接合部とそれ以外の部分の出力に差がなくな
り、倣い線位置の検出が困難となる。

【０００９】従って本発明においては、熱間バー接合を
確実に行うために、バーの突き合わせ形状を溶接に適し
た条件に制御することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために発明されたものであり、熱間仕上圧延機の
入側で、先行圧延材の後端と後行圧延材の先端を突き合
わせた後レーザー等により突き合わせ部を加熱して接合
する連続熱間圧延用バー接合機において、圧延の進行と
ともに移動する先行圧延材あるいは後行圧延材とともに
熱間粗圧延機出側付近から仕上圧延機入側付近まで走行
可能な走行型接合機であって、該走行型接合機に設置さ
れた先行材をクランプするクランプ装置１と後行材をク
ランプするクランプ装置２と、該クランプ装置１、２を
昇降あるいは前後進させることが可能な移動機構と、該
クランプ装置の昇降、前後進位置をそれぞれ検出可能な
位置検出装置と、該接合台車上に該クランプ装置の移動
機構と分離してバーを上方あるいはす方から眺める位置
に固定した１台もしくは複数台のバー端認識センサと、
該バー端認識センサの出力と該クランプ装置の位置検出
装置の出力を用いて該クランプ装置の昇降、前後進位置
制御を行う位置制御機構と、を具備する連続熱間圧延用
バー接合機により実現できる。

【００１１】また、上記バー端認識センサとして、位相
差検出方式を検出原理とするレーザ−距離計をバー走行
方向と平行な方向にスキャンさせることによりバーの走
行方向の断面形状を検出することを特徴とするバー端認
識センサ、あるいは、光切断方式を検出原理とするレー
ザー距離計であって、バーの走行方向の断面形状を検出
することを特徴とするバー端認識センサを用い、該セン
サによって計測されるバーのバー走行方向断面プロフィ
ルにおいて、先行材バー表面と先行材バー後端切断面と
の境界エッジ点の位置を抽出し、その点のバー走行方向
（ｘ方向）位置および必要に応じてバー厚み方向（ｚ方
向）位置をもって先行材の後端位置として出力すること
と、後行材バー表面と後行材バー先端切断面との境界エ
ッジ点の位置を抽出し、その点のバー走行方向（ｘ方
向）位置および必要に応じてバー厚み方向（ｚ方向）位
置をもって先行材の後端位置として出力することと、を
特徴とするバー端認識センサを用いることによって実現
できる。

【００１２】さらには、該連続熱間圧延用バー接合機を
用いて、バー端認識センサにより先行圧延材の後端位置
を検出し、該後端位置がクランプ装置１に対してｘ方向
における一定の位置に来た時点でクランプを行い、引き
続き後行圧延材の先端位置を検出し、該先端位置がクラ
ンプ装置２に対してｘ方向における一定の位置にきた時
点でクランプを行い、さらに引き続いて、先行材後端部
のｘ方向位置とｚ方向位置と、後行材先端部のｘ方向位
置とｚ方向位置を計測し、その結果に基づいてクランプ
装置１、２の前後進移動距離、昇降距離をフィードフォ
ワード的に決定しバー突き合わせ位置を調整するバー突
き合わせ制御方法を行うことによって実現できる。

【００１３】本発明によれば、バー突き合わせ以前にバ
ー端部の位置を計測し、突き合わせ実施前にｘ方向およ
びｚ方向の先行圧延材、後行圧延材の端部位置が既知で
あり、また、クランプ装置の昇降、前後進位置制御を行
う位置制御機構によりその位置を自由に制御可能である
ため、突き合わせ位置をレーザー溶接可能な範囲すなわ
ち溶接倣い装置の稼働範囲に設定することが可能である
ため、溶接が必ず実行可能となる。また、先行圧延材、
後行圧延材の段差も正確に制御できるから、必要な接合
面積を確保可能となるため、溶接の信頼性が高くなり、
さらに、倣い線検出センサに対してもセンサ感度大とな
る段差状況に制御可能であるから倣い線検出の精度も向
上する。

【００１４】すなわち、本発明においては、バーの突き
合わせ形状を溶接に適した条件に制御し、熱間バー接合
を確実に行うことが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図を用いて本発明の実施の形態を
説明する。図１は本発明の連続熱間圧延用バー接合機の
全体構成を示す図である。１ａはその先端が既に仕上げ
圧延機に到達している先行圧延材、１ｂは先行圧延材に
続いて通板されている後行圧延材である。２はバー接合
機本体であり、圧延材の進行に伴い地面上に設置された
レール３の上を駆動輪４を介してバーと同期して走行す
ることが可能である。接合機本体には先行圧延材１ａを
はさみこむように把持するクランプ装置５ａと５ｂが設
置され、同様に後行圧延材１ｂを把持するクランプ装置
６ａ，６ｂが設置されている。クランプ装置５ａはガイ
ドレール７と油圧シリンダ８を介して中間台車９と、中
間台車９はガイドレール１０と油圧シリンダ１１を介し
て接合機本体２と固定されている。油圧シリンダ８と１
１にはシリンダ位置を計測可能な位置センサ１２、１３
が各々に設置されている。従ってクランプ装置５ａは油
圧シリンダ８と１１により、圧延材を昇降方向とライン
進行方向に所望の位置に前後させることができる。クラ
ンプ装置５ｂ，６ａ、６ｂはいずれも５ａと同じ構造で
接合機本体２に設置されており、圧延材をクランプした
まま、その先端位置を昇降、ライン進行方向に所望の位
置に移動させることができる。

【００１６】バー端認識センサ１４はバーの幅方向セン
ター位置にバーを上から見込むように接合機本体２に固
定されている。本装置は位相差検出方式を計測原理とす
るレーザ−距離計を紙面に平行でバーの幅方向センター
位置にある平面上を、角度θの範囲でスキャンさせるこ
とにより、バーの断面形状を計測し、先行圧延材の後
端、および後行圧延材の先端の高さ、ライン進行方向位
置を検出する。

【００１７】一方、接合機から離れた地上に設置された
ＣＯ₂ レーザー発振器１５よりバーの接合に使用される
ＣＯ₂ レーザー光線１６は反射ミラー１７を介して溶接
トーチ先端１８に導かれ、ここでバーに向かって発射さ
れる。溶接ト−チ先端１８の位置は昇降方向とライン進
行方向および板幅方向の３方向に移動可能な移動台車１
９を介して接合機本体２に設置され、圧延材と同期して
接合機２が走行しながら、板幅方向に、圧延材の開先部
（接合線）を溶接して行く。また溶接トーチ先端部１８
付近には接合線の位置を計測する接合線検出センサ２０
が設置されており、その計測値に従って、ライン進行方
向の接合線位置とレーザー光線の位置ずれを補正し、同
時に溶接トーチ先端部をバー表面から一定の距離に保つ
よう制御しながら接合を実行する。

【００１８】制御装置２１はバー端認識装置１４によっ
て検出されたバー端位置よりクランプ装置の目標位置を
演算し、これを用いて位置検出センサ１２、１３の位置
情報をもとにサーボ機構により油圧シリンダ８、１１を
動作させ、バー端が正確に溶接トーチ先端部８のライン
進行方向稼働範囲内の中心位置にくるように、さらには
バーが厚み方向に接合面積が最大となるように接合突き
合わせを実施する。

【００１９】なお、本図ではクランプ装置は先行材、後
行材ともに昇降、前後進可能となっているが、必要なけ
れば、これらの一部の機能を削除してもかまわない。あ
るいは、バー端認識センサは板幅センター位置でなくて
も、キヤンバ等の影響を事前に取り除く設備を具備すれ
ばかまわない。さらに、幅方向に２台を設置すれば、キ
ャンバ量の計測も可能となるため、突き合わせ時にキャ
ンバを補正しながら突き合わせを行うことも可能とな
る。

【００２０】またクランプ装置は本図に示す上下からの
挟み込む方式でなく、サイドから挟むものであってもか
まわないし、あるいは、ピンチロール式でもかまわな
い。

【００２１】また、本装置はレーザー式の接合装置のみ
にかかわらず、他の溶接方式においても正確なバーの突
き合わせ状態が必要な場合にはその効果を発揮できる。

【００２２】図２は本発明におけるバー突き合わせ動作
を示すフローチャートである。バー接合機本体前端の基
準位置を先行圧延材（先行材）後端が通過した時点（ブ
ロック３０）でバー端認識センサが計測を開始し、バー
端認識センサ視野内に先行材後端部が到達した時点から
先行材後端位置を、後行材先端部が視野内に到達した時
点から後行材先端位置をクランプ制御装置に出力し始め
る（ブロック３１）。クランプ制御装置はその位置を読
み込み、既定のクランプ位置に先行材後端位置が到達し
たら（ブロック３２）、油圧シリンダを動作させ、先行
材のクランプを実施する（ブロック３３）。全く同様の
フローにて後行材の先端位置が既定のクランプ位置に到
達したら後行材のクランプを実施する（ブロック３４、
３５）。ブロック３６にて先行材、後行材ともクランプ
が完了したことを確認した後、ブロック３７にて再度バ
ー端認識センサによって先行材後端部および後行材先端
部のＸ、Ｚ方向位置を計測し、クランプ制御装置に出力
した（ブロック３８）後、クランプ制御装置は既定の溶
接線位置および高さ位軍に両者のエッジ点位置がくるよ
うにクランプ装置の前進、昇降を制御する（フロック３
９）。

【００２３】図３（ａ）は位相差検出方式を検出原理と
するレーザー距離計をバー走行方向と平行な方向にスキ
ャンさせることによりバーの走行方向の断面形状を検出
することを特徴とするバー端認識センサの構成図であ
る。４０はレーザー光源であり、この場合半導体レーザ
ー素子を用いている。４１はコリメーション用のレンズ
であり、接合線上の計測点でレーザーのスポットが焦点
を結ぶようになっている。４２、４３、４４は平板ミラ
ーてあり、レーザー光をガルバノミラー４５に導く。ガ
ルバノミラー４５はモーター４６によって往復運動する
ことにより、レーザースポットを往復スキャンさせる。
ある一瞬においてレーザースポットが点Ｅにあるとする
と、そこからの反射光は再ぴガルバノミラー４５に戻っ
てき、さらに平板ミラー４４を経由して、ミラー４３の
周辺に取り付けられたフィルタ４７を通り、さらに集光
レンズ４８を通ってフオトダイオ一ド４９に集光され、
電気信号に変換される。

【００２４】変位変換回路５０はレーザー装置４０に対
し制御電流を供給することにより周期的にレーザーの強
度変調を行う一方、受光素子４９から受光強度に比例し
た電流値を入力される。図３（ｂ）に示すように、前記
制御電流５１に対し、受光素子から入力される電流値５
２は、レーザー４０から受光部４９に至る距離の伝送時
間ｔに相当する位相分遅れた強度変動のある信号として
検出される。なお、図３（ｂ）のグラフの縦軸は電流強
度を示し、横軸は時間を示す。変位変換回路５０はこの
位相のずれを距離値に変換するとともに、モーター４６
に設置されているパルスエンコーダ５３によって得られ
るガルバノミラー４５の振り角信号をとりこむことによ
り計測点Ｅの位置座標が検出可能となる。以上の素子、
回路はケース内に収納されており、５４がセンサヘッド
である。

【００２５】図４は光切断方式を計測原理とする溶接線
位置検出器を示す構成図である。６０は半導体レーザー
であり、シリンドリカルレンズ６１により鋼板上にスリ
ット状の光帯を投射する。投射された該スリット光は鋼
板上で反射されて、集光レンズ６２を介してカメラ６３
内にある２次元ＣＣＤ素子６４にて受光される。

【００２６】図５は、バー端認識センサにおいて行われ
る信号処理の概要を示す図である。図３、４の各手法の
いずれを用いた場合にも、同じ処理内容である。

【００２７】図５（ａ）は突き合わせ前の処理フローを
示す。図５（ｂ）はこの時の溶接線位置検出器からの断
面形状の検出波形を示す。波形７０ａは突き合わせ前の
被溶接材１ａの断面、７０ｂは１ｂの断面である。該波
形における座標軸ｘ，ｚは図１における座標系と同じで
あり図示の通りである。まず、検出波形７０ａ，７０ｂ
がブロック１０１にて溶接位置検出器より信号処理装置
に入力される。続いてブロック１０２ではｘについての
ｚの微分、ｚ′（Ｘ）が演算される。この結果の波形を
図５（ｃ）７１ａ，７１ｂに示す。７１ａの、７１ｂ側
と反対側の端点をＡ、７１ｂの７１ａと反対側の端点を
Ｂとする。ブロック１０３において検査点を点Ａに設定
した後、ブロック１０４において検査点Ａのｚ′に対し
て一定のしきい値ＴＨとの大小を比較する。もしｚ′が
ＴＨ以上であればブロック１０５にて検査点を７１ｂ側
に１点ずらして、再度ブロック１０４にてｚ′のＴＨに
対する大小判定を実行する。この操作をｚ′がＴＨより
小さくなる検査点がみつかるまで繰り返し実行する。最
終的にｚ′がＴＨより小さくなれば、ブロック１０６に
てその検査点に対応する検出波形データ７０ａのｘ方向
位置を求める。ブロック１０７では該検査点のｚ座標を
求める。ここで求まったｚ座標が被溶接材ｌａの高さｈ
１である。

【００２８】すなわち、ブロック１０３から１０７は検
出波形７０ａの微分波形７１ａに対し、点Ａから７１ｂ
側に向かってしきい値ＴＨより小さくなるをサーチし、
初めて検出されるこれを満足する点Ｐ（図５（ｂ），
（ｃ））を検出し、その点の高さを求めるものである。

【００２９】ブロック１０８〜１１２は同様の動作を被
溶接材１ｂについて行うものであり、この場合検出波形
７０ｂの微分波形７１ｂについて点Ｂより７１ａの方向
にサーチを行い、点Ｑを求めることとなる。最後にブロ
ック１１３にて１スキャンの演算処理を終了し、次のス
キャンデータの処理としてブロック１０１から再び実行
する。

【００３０】

【発明の効果】本発明においては、バーの突き合わせ形
状を溶接に適した条件に制御するので、熱間バー接合を
確実に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示す図。

【図２】バー突き合わせ動作を示すフローチャート。

【図３】位相差検出方式を検出原理とするバー端認識セ
ンサの構成図。

【図４】光切断方式を検出原理とするバー端認識センサ
の構成図。

【図５】バー端認識センサにおける信号処理の概要図。

【図６】レーザー熱間式バー接合機の全体構成図。

【符号の説明】

１ａ：先行圧延材 １ｂ：後行圧延
材 ２：バー接合機本体 ３：レール ４：駆動輪 ５ａ：クランプ
装置 ５ｂ：クランプ装置 ６ａ：クランプ
装置 ６ｂ：クランプ装置 ７：ガイドレー
ル ８：油圧シリンダ ９：中間台車 １０：ガイドレール １１：油圧シリ
ンダ １２：位置センサ １３：位置セン
サ １４：バー端認識センサ １５：ＣＯ₂ レ
ーザー発振器 １６：ＣＯ₂ レーザー光線 １７：反射ミラ
ー １８：溶接トーチ先端 １９：移動台車 ２０：接合線検出センサ ２１：制御装置 ３０：先行材後端基準位置到達判定ブロック ３１：先行材後端、後行材先端位置計測ブロック ３２：先行材後端位置のクランプ位置到達判定ブロック ３３：先行材クランプブロック ３４：後行材先端位置のクランプ位置到達判定ブロック ３５：後行材クランプブロック ３６：クランプ
完了判定ブロック ３７：先行材後端、後行材先端位置検出ブロック ３８：検出位置入力ブロック ３９：クランプ
装置制御ブロック ４０：レーザー光源 ４１：コリメー
ション用レンズ ４２：平板ミラー ４３：平板ミラ
ー ４４：平板ミラー ４５：ガルバノ
ミラー ４６：モーター ４７：フィルタ ４８：集光レンズ ４９：フォトダ
イオ一ド ５０：変位変換回路 ５１：レーザー
装置に対する制御電流 ５２：変位変換回路にフォトダイオードから入力される
電流値 ５３：パルスエンコーダ ５４：センサヘ
ッド ６０：半導体レーザー ６１：シリンド
リカルレンズ ６２：集光レンズ ６３：カメラ ６４：２次元ＣＣＤ素子 ７０ａ：突き合わせ前の被溶接材１ａの断面 ７０ｂ：突き合わせ前の被溶接材１ｂの断面 ７１ａ：７０ａの微分波形 ７１ｂ：７０ｂ
の微分波形 １０１：検出波形入力ブロック １０２：微分演
算ブロック １０３：検査点を点Ａに設定するブロック １０４：検査点におけるｚ′の大小を判定するブロック １０５：検査点を７１ｂ側に１点ずらすブロック １０６：検査点のｘ座標検出ブロック １０７：検査点
のｚ座標検出ブロック １０８：検査点を点Ｂに設定するブロック １０９：検査点におけるｚ′の大小を判定するブロック １１０：検査点を７１ａ側に１点ずらすブロック １１１：検査点のｘ座標検出ブロック １１２：検査点
のｚ座標検出ブロック １１３：終了ブロック １２０：接合台
車 １２１：接合線検出センサ １２２：サーボ
シリンダ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱間仕上圧延機の人側で、先行圧延材の
   後端と後行圧延材の先端を突き合わせた後レーザー等に
   より突き合わせ部を加熱して接合する連続熱間圧延用バ
   ー接合機において、圧延の進行とともに移動する先行圧
   延材あるいは後行圧延材とともに熱間粗圧延機出側付近
   から仕上圧延機入側付近まで走行可能な走行型接合機で
   あって、該走行型接合機に設置された先行材をクランプ
   するクランプ装置ｌと後行材をクランプするクランプ装
   置２と、該クランプ装置１、２を昇降あるいは前後進さ
   せることが可能な移動機構と、該クランプ装置の昇降、
   前後進位置をそれぞれ検出可能な位置検出装置と、該接
   合台車上に該クランプ装置の移動機構と分離してバーを
   上方あるいは下方から眺める位置に固定した１台もしく
   は複数台のバー端認識センサと、該バー端認識センサの
   出力と該クランプ装置の位置検出装置の出力を用いて該
   クランプ装置の昇降、前後進位置制御を行う位置制御機
   構と、を具備する連続熱間圧延用バー接合機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のバー端認識センサであ
   って、位相差検出方式を検出原理とするレーザー距離計
   をバー走行方向と平行な方向にスキャンさせることによ
   りバーの走行方向の断面形状を検出することを特徴とす
   るバー端認識センサ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のバー端認識センサであ
   って、光切断方式を検出原理とするレーザー距離計であ
   って、バーの走行方向の断面形状を検出することを特徴
   とするバー端認識センサ。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載のバー端
   認識センサであって、該センサによって計測されるバー
   のバー走行方向断面プロフィルにおいて、先行材バー表
   面と先行材バー後端切断面との境界エッジ点の位置を抽
   出し、その点のバー走行方向（ｘ方向）位置および必要
   に応じてバー厚み方向（ｚ方向）位置をもって先行材の
   後端位置として出力することと、後行材バー表面と後行
   材バー先端切断面との境界エッジ点の位置を抽出し、そ
   の点のバー走行方向（ｘ方向）位置および必要に応じて
   バー厚み方向（ｚ方向）位置をもって先行材の後端位置
   として出力することと、を特徴とするバー端認識セン
   サ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の連続熱間圧延用接合機
   において、バーの突き合わせを実施する方法であって、
   請求項２または請求項３に記載のバー端認識センサによ
   り先行圧延材の後端位置を検出し、該後端位置がクラン
   プ装置１に対してｘ方向における一定の位置に来た時点
   でクランプを行い、引き続き後行圧延材の先端位置を検
   出し、該先端位置がクランプ装置２に対してｘ方向にお
   ける一定の位置にきた時点でクランプを行い、さらに引
   き続いて、先行材後端部のｘ方向位置とｚ方向位置と、
   後行材先端部のｘ方向位置とｚ方向位置を計測し、その
   結果に基づいてクランプ装置１、２の前後進移動距離、
   昇降距離をフィードフォワード的に決定しバー突き合わ
   せ位置を調整するバー突き合わせ方法。