JP2007514139A - 砥石の検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

超音波検査システム(10)であって、金属シート製造用ワークロールを作製するために使用される砥石の検査に使用される。超音波検査システム(10)は、砥石(14)を回転可能に支持する試験台(12)を含んでいる。超音波送信及び受信装置(20)により、超音波は、砥石(14)の内部を通過する。砥石(14)を通過した音波の減衰は、記録装置(38)に記録され、コンピュータ(34)で分析される。記録装置(38)は、コンピュータ(34)であってもよく、音波の振幅減衰を記録することが望ましい。コンピュータ(34)は、振幅の減衰を分析し、振幅の減衰を密度プロファイル(40)として記録し、表示された密度プロファイル(40)をコンピュータスクリーン(36)にディスプレイし、検査が行われる。検査された砥石の密度プロファイル(40)は、特に、使用時の特性が知られている他の砥石の密度プロファイルと比較される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、全般的には、アルミニウムシートのような金属シート材料の製造に用いられるワークロールの研削に用いられる砥石(grinding wheels)に関する。より具体的には、本発明は、金属シート材料の製造に用いられる砥石を検査する装置及び方法に関する。

アルミニウムシートのような金属シート材料(以下「金属シート」)の製造に関する問題は、圧延工程で、金属シートにパターンが転写されることである。金属シートへの「パターニング(patterning)」は、圧延工程で使用されるワークロールによって生ずる。このパターニングは、圧延用ワークロールの製作中に、ワークロールに形成される。一般的に、ワークロールは、表面粗さ等の特性が所定仕様に適合するように、砥石を用いて研削される。それゆえ、砥石に何らかの欠陥が含まれる場合、これらの欠陥は、研削作業時にワークロールへ転写される。

前述の如く、パターニングは、ワークロールの研削中にワークロールに形成され、圧延作業中に金属シートに転写又は形成される。このようにパターンが転写された金属シートは、表面状態が重要な製品には適しておらず、スクラップにせざるを得ない場合がある。このように好ましくないパターンが形成されたワークロールは、その後、修正又は再研削せねばならない。このため、製造ラインの休止時間が増え、完成した金属コイルをスクラップとして廃却する場合には、金銭的損失が著しい。

当該分野では、名目的には同一の砥石でも、ワークロールの作製に適しているものとそうでないものがあることは知られている。ワークロールの作製に適している砥石とは、ワークロール研削の際、圧延時に金属シートに転写されるようなパターニングがワークロールに形成されることなく、ワークロールに要求される粗さ仕様その他の望ましい特性が得られるものを意味する。砥石によっては、多くのパターニングを生じるものがあり、このような砥石では、所望の粗さ仕様その他の特性を得ることが、困難又は不可能となることがある。

当該分野では、超音波、レーザー等を用いて、材料の表面品質及びその他の特性を検査するシステム及び方法が数多く知られている。例えば、McFarlandらに付与された米国特許第６１８２４９９号は、音波を使用して材料の表面品質を判定する方法及び装置を開示している。Arnoldらに付与された米国特許第５８５２２３３号は、レーザービームの偏向を測定することにより、基材のタイポグラフィーと弾性力の両方を測定する音波顕微鏡を開示している。Klineに与された米国特許第４９９１１２４号は、液体に導入された超音波パルスの反射の振幅を測定することにより、液体の密度を測定する方法を開示している。ここでは、超音波パルスを、密度が既知の液体に入れられた基準材料へ送信するのにトランスデューサが用いられる。Kawasakiらに付与された米国特許第４９６９３６１号は、ボール構造体の欠陥を検出する超音波装置を開示している。試験用ボールは、水で満たされたタンクの中に入れられ、超音波伝導媒体として使用される。液体媒体中でボールを回転させながら、トランスデューサから発せられた音波はトランスデューサにエコーバックされ、ボール内部の欠陥がスキャンされる。

Blessingらに付与された米国特許第４７３８１３９号は、基材の粗さ、傷、凹み等の表面特性を測定するのに用いられる超音波装置を開示している。超音波装置は、屈曲した経路に沿って層流状態の流体を通じて超音波を送信する。Heumullerに付与された米国特許第４６０３５８３号は、クラッド面を有するフェライト本体を調べる超音波検査装置を開示している。超音波送信機は、クラッド面と反対側の表面からフェライト本体へ、クラッド面に関して傾斜して発信する。Re Florentinに付与された米国特許第４３６４２６４号は、不均一表面の粗さを測定する超音波装置を開示している。超音波装置は、液体カップリング用媒体を通じて、試験される表面に音波を伝播する送信用トランスデューサを含んでいる。該超音波装置は、試験される表面から反射した音波を受信する受信用トランスデューサをさらに含んでいる。

＜発明の要旨＞
当該分野において、基材の表面特性を測定する方法及び装置は数多く知られているが、金属シート製造分野では、「品質に優れる(good)」砥石と「品質に劣る(poor)」砥石とを区別することが要請されている。さらに、金属シート製造分野では、ワークロールにパターニングが形成されないように、ワークロールの作製前に、品質に優れる砥石と品質に劣る砥石を区別し、砥石を最初に使用する時及び使用する毎に、所望のロール表面が得られるようにすることが要請されている。さらに、砥石の製造の改良を行ない、それによって、金属シート製造に使用されるワークロールの品質を改良することが要請されている。さらに、砥石の品質を予め知ることにより、金属シートの製造中に起こるパターニングの頻度を低下させて、金属シートの製造を改良することが要請されている。

前記要請は、本発明によって達成される。本発明は、全般的には、金属シートの製造に用いられるワークロールの作製に使用される砥石を検査する装置及び方法に関する。本発明は、金属シートの製造に用いられるワークロールの作製に使用される砥石の密度及び／又は硬度の変化を測定する超音波検査システム及び方法である。超音波砥石検査システムは、最も好ましくは、音波が、周囲空気を通じて、検査されるべき砥石に送信される非接触システムである。しかしながら、液体を音伝達媒体として使用し、本発明の砥石検査システム及び方法に用いることもできる。

音波は、砥石内部の密度差を調べることができるように、砥石本体を貫通させることが望ましい。そのような密度差は、砥石毎に固有のものである。例えば、砥石検査システムは、音波を、砥石の中を通過させて、砥石のハブから砥石の外側リムへ、又は外側リムからハブへ送信する超音波機器又は装置を含むことができる。本発明の砥石検査システムでは、周方向と径方向の両方向の密度差を得ることができる。音波が砥石の内部を通過すると、音波は減衰する。減衰は、砥石検査システムに記録及び分析され、検査された砥石の密度プロファイルが得られる。得られた密度プロファイルは、砥石検査システムの使用者が観察できるように、コンピュータスクリーン上に、二次元又は三次元像として視覚的にディスプレイされることが望ましい。

砥石検査システムの使用者は、表示された画像を観察して、砥石の目視検査を行ない、品質が劣る砥石であることを示す密度差が著しい領域を探し出す。例えば、密度差(即ち、密度プロファイル)は、表示された砥石の画像において、色の違いとして現れている。砥石内部の密度が異なる領域を表すために、異なる色が用いられる。密度の異なる領域を区別するのに、どのような色の組合せでも使用可能である。例えば、本発明では、高密度の領域を表すのに赤色を使用し、比較的低密度の領域を表すのに黄色を使用することができる。砥石の中の相対的に同密度の領域を表すのに、緑色及び青色を用いることができる。どのような色の組合せを用いることも、本発明の範囲内である。

本発明の１つの目的は、品質に優れる砥石と品質に劣る砥石に関する不明確性を低下又は解消させることである。前述の如く、当該分野では、ワークロール作製用として、ある砥石を用いる方が、他の砥石を用いるよりも良い場合があることは知られている(即ち、砥石に品質の良否がある)。しかしながら、本発明の以前では、砥石は、製造ラインに設置して実際に試験してみないと、品質に優れる砥石と劣る砥石とを客観的に区別する方法が無かった。金属シートの圧延用ワークロールの作製に使用される砥石の製作工程は、広く知られており、数多くの工程があるので、その製作工程中に、砥石の密度のばらつきが生じる。砥石製作の一般的な工程と、どの工程で砥石の密度のばらつきが生ずるかについては、後で説明する。現在、これらのばらつきの測定は行われていないから、砥石のロットが異なると研削性能に差異があること、また、同じロットの砥石の中でも研削性能に差異があることを、砥石の使用者が認識していることは驚くべきことではない。

前述したように、これまで、砥石の欠陥を発見されるのは、主として、金属シートの製造工程中に金属シートにパターニングが生じてからであった。パターニングが一旦現れると、金属シートの製造は、ロール交換のために停止せねばならず、また、パターンが形成された金属シートは、表面が重要でない用途に用いなければならない。パターニングが、ワークロールの仕上げ研削中に観察されると、砥石は、一般的には、研削による砥石の自然消耗によってパターニングが消えるまで用いられるか、又は、ダイヤモンド工具で加工して、好ましくない材料部分が取り除かれる。もし、消耗又はダイヤモンド加工によってパターニングがなくならない場合、砥石は廃却される。本発明は、砥石をワークロール作製用として使用する前に砥石の欠陥を見つけることにより、このような非効率工程を不要にするものであり、最も重要なことは、ワークロールを圧延作業に供する前に、欠陥を見い出すことである。

このように、本発明は、砥石を検査して、品質に優れる砥石と品質に劣る砥石を区別するシステム及び方法を提供するものである。本発明の方法は、広義において、砥石を試験台に回転可能に支持すること、超音波送信・受信装置を砥石の両面に近接して配置すること、砥石を試験台上で回転させること、音波が砥石の両面を通過するように音波を送信して砥石を検査すること、を含んでいる。

超音波送信・受信装置は、砥石の両面に近接して配備された音送信機及び音受信機を具えている。音波を砥石の中を通過させる工程は、音波を音送信機から音受信機に送信することをさらに含んでいる。

本発明の方法は、砥石内部を通過する音波の振幅の減衰を記録する工程をさらに含んでいる。振幅減衰を記録するために、例えば、デジタルオシロスコープ等の記録装置又はコンピュータが使用される。音波の振幅減衰は、コンピュータで分析され、砥石内部の密度差が求められる。また、コンピュータは、前述の如く、音波の振幅減衰を記録する記録装置としての機能を有する。表示された密度差は、砥石の密度プロファイルとしてコンピュータメモリに保存される。表示された砥石の密度プロファイルは、目視検査のために、コンピュータスクリーンにディスプレイされる。コンピュータは、表示された密度プロファイルの二次元又は三次元の画像がコンピュータスクリーンにディスプレイされるようにプログラミングされることができる。表示された密度プロファイルは、使用者が砥石の密度差の大きい領域を判定し易くするために、望ましくは、カラーでディスプレイされる。表示された砥石の密度プロファイルは、使用したときの品質が既知の砥石の密度プロファイルと比較される。

砥石に送信される音波は、約１００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの範囲であることが望ましい。前述の如く、音波は、周囲空気を音伝達媒体として用いて、砥石に送信されることが望ましい。

本発明に係る砥石検査システムは、金属シートの製造に用いられるワークロールの作製に使用される砥石を回転可能に支持するように作られた試験台と、超音波送信及び受信装置と、記録装置又はコンピュータとを含んでいる。超音波送信及び受信装置は、砥石の各面の近傍に夫々配置されるように作られた音送信機及び音受信機を含んでいる。超音波送信及び受信装置の使用において、音送信機から発信された音波は砥石の中を通過し、砥石を通過した音波は、音受信機によって受信される。記録装置又はコンピュータは、超音波送信及び受信装置と動作可能に接続されており、砥石を通過した音波の振幅減衰を記録する。なお、コンピュータは、記録装置と動作可能に接続され、砥石を通過した音波の振幅減衰を示す入力信号を記録装置から受信するために用いることもできる。

コンピュータは、入力信号を分析して、砥石の面と面の間での密度差を測定し、表示された密度差を密度プロファイルとしてコンピュータメモリに保存するようにプログラミングされている。コンピュータは、砥石検査システムの使用者が目視検査するために、表示された密度プロファイルをディスプレイするコンピュータスクリーンを含むことが望ましい。コンピュータは、表示された密度プロファイルの少なくとも二次元の画像を、コンピュータスクリーンにディスプレイされるようにプログラミングされている。コンピュータは、検査された砥石の密度プロファイルと、使用したときの品質が既知の砥石の密度プロファイルとを比較するようにさらにプログラミングされている。

超音波送信及び受信装置から発せられた音波は、周囲空気を音伝達媒体として用いて検査されるように砥石に連繋されることが望ましい。超音波送信及び受信装置の音送信機から送信され、音受信機によって受信される音波は、約１００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの範囲が望ましい。

本発明のさらなる詳細及び利点については、以下の詳細な説明及び図面から明らかになるであろう。なお、同様な部品については、全体を通じて同じ符号が付されている。

＜望ましい実施例の詳細な説明＞
以下の説明において、「上」、「下」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「上面部(top)」、「底部(bottom)」及びそれらの派生語は、本発明との関係では、図面における向きを表す。しかし、本発明は、特に記載した場合を除いて、数多くの変形例及び他の工程順序が可能であることは理解されるべきである。また、添付の図面に示され、以下の説明に記載された具体的装置及びプロセスは、本発明の単なる例示あることも理解されるべきである。それゆえ、以下に開示する実施例の具体的寸法及び他の物理的特性は、限定するものと解すべきではない。

図１−図４は、本発明に係る砥石検査システム(10)を示している。検査システム(10)は、試験台(12)を含んでいる。試験台(12)は、検査される砥石(14)を支持し、砥石(14)の内部の密度及び／又は硬度の差異が検査される。この差異が存在すると、それが原因となって、金属シート製造に使用されるワークロールに望ましくないパターンが形成される(即ち「パターニング」)。前述のとおり、砥石の分野では、砥石は、品質に大きなばらつきがあることは知られている。さらに、当該分野では、ワークロールの作製用として、ある砥石を用いる方が、他の砥石を用いるよりも良い場合があることは知られている(即ち、砥石に品質の良否がある)。ここに記載する検査システム(10)と砥石の試験又は検査方法は、品質に優れる砥石と劣る砥石を区別する客観的方法を提供するものであり、これまでのように、ワークロールを製作し、例えばアルミニウム金属シートのような金属シートの製造ラインで金属シートを実際に製造した結果によって砥石の品質を判断するものではない。

発明者は、ハブからリムまでの部分の組成と密度が均一な砥石(14)で作製された金属シート製造用ワークロールは、そうでない砥石で作製されたものよりも性能に優れることを見い出した。砥石(14)内部の密度変化が大きいことは、砥石(14)の品質が劣ることを意味する。図１−図４において、砥石(14)のハブは符号(16)で示され、砥石(14)のリムは符号(18)で示されている。発明者は、「品質に優れる」砥石(14)は、密度が周方向に(ハブ(16)からリム(18)まで同心円状に)、ほぼ均一であることを見出した。周方向の均質性が極めて重要であるのは、研削工程中のパターンの形成に大きく影響するからである。砥石(14)の内部に、密度が急に変化する領域又は密度変化が著しい領域があると、これらの密度差に起因して、砥石(14)を用いて作製されるワークロール、ひいては、そのワークロールを用いて圧延される金属シートに、パターニングが形成され易くなる。密度差が大きな領域があると、密度変化の移行部が、ワークロールへのパターニング形成の原因となり、そのワークロールを用いて製造された金属シート材にパターンが形成される原因となる。

試験台(12)は、図１−図４に示されるように、検査される砥石(14)を、望ましくは垂直軸に沿って回転可能に支持するように作られている。しかしながら、試験台は、所望により水平軸又は他の軸に沿って砥石(14)を支持するように作ることもできる。試験台(12)は、当該分野で従来より知られている。検査システム(10)は、試験台(12)と検査される砥石(14)の近傍に、超音波送信及び受信装置(20)が配置されている。超音波送信及び受信装置(20)は、アーム(22)に取り付けられており、該アームは、超音波装置(20)を支持する取付部又は基部(24)に連結されている。取付部(24)は高さ調節が可能な構成とし、超音波装置(20)の高さを試験台(12)上の砥石(14)の高さに合わせて調節できるようにすることが望ましい。超音波装置(20)はまた、アーム(22)の上で移動可能に配備されることが好ましく、前述したように、ハブ(16)からリム(18)へ、またリム(18)からハブ(16)へ連続的に移動して、砥石(14)の周方向の密度変化を調べることができるようにすることが好ましい。

超音波装置は、音送信機(26)と音受信トランスデューサ(28)を含んでおり、これらは、図２に最もはっきりと示されるように、夫々、砥石(14)の上面(30)と下面(32)の近傍にそれぞれ配置されている。音送信機(26)と音受信機(28)は、当該分野で既知の装置であって、音波が砥石(14)を通過するように作られている。音送信機(26)及び音受信機(28)に適した送信機／受信機は、Ultran Industriesにより製造されている。特に、音送信機(26)は、音波を砥石(14)の上面(30)に送信し、その音波が、砥石(14)を通り、砥石(14)の下面(32)の近傍に配置された音受信機(28)によって受信されるように構成される。音送信機(26)は、望ましくは約１００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの範囲の音波を送信するように構成され、音受信機(28)はそのような音波を受信するように作られている。

音送信機(26)と音受信機(28)は、図示の如く、アーム(22)に移動可能に取り付けられることが望ましい。使用中、音送信機(26)及び音受信機(28)は、好適には、砥石(14)のハブ(16)からリム(18)へ、又はリム(18)からハブ(16)へ移動可能であるので、砥石(14)が試験台(12)上で回転する間、ハブ(16)とリム(18)の間の全ての領域は超音波装置(20)によって検査される。この連続的な移動により、径方向と周方向の密度変化は、超音波装置(20)によって確実に検査される。アーム(22)上における音送信機(26)と音受信機(28)の移動は、前述したコンピュータなどの制御装置によって制御されることが望ましい。

音送信機(26)から発せられた音波は、周囲空気を音伝達媒体として使用して、砥石の上面(30)に送信される。その音波は、砥石(14)の本体を通過し、音受信機(28)によって受信される。音波は、砥石(14)の本体を通過するときに減衰し、砥石(14)の内部構造が明らかになる。砥石(14)の内部構造は、次に、密度及び／又は硬度の変化が検査される。砥石(14)の一の領域と他の領域の密度差が大きいとき、及び／又は、砥石(14)内の密度変化が大きいとき、その砥石は、アルミニウムシートのような金属シートの圧延に使用されるワークロールの製造用としては、品質に劣ることを示す。砥石(14)を通過した音波の減衰によって現れる密度変化は、コンピュータによって最も効果的に分析され、ディスプレイされる。このように、コンピュータ(34)は、超音波装置(20)に動作可能に接続される。

コンピュータ(34)は、超音波装置(20)によって検査又は試験された砥石(14)の密度及び／又は硬度の差を表す画像をディスプレイするコンピュータスクリーン(36)を含んでいる。本発明に用いられる適当なコンピュータとして、eIndustrial Computer Inc.によって製造されたものを挙げることができる。望ましい実施例において、コンピュータ(34)は、超音波装置(20)に動作可能に直接接続されており、データは、これらユニット間でデジタル送信される。或いはまた、音波の減衰は、アナログ形態で送信され、記録装置(38)として作用するデジタルオシロスコープ又は適当なアナログ−デジタルコンバータＡ／Ｄによって記録されることができる。オシロスコープのデータは、各走査線の走査完了後、コンピュータ(34)に送信される。Ａ／Ｄコンバータが使用される場合、データは、バッファされるか、又はポイント毎(point-by-point)にコンピュータ(34)に送信される。

作動中、コンピュータ(34)は、音波の減衰、より具体的には、検査中の砥石(14)の内部構造に起因する音波減衰の変化を表す入力信号を、記録装置(38)から、又は超音波装置(20)から直接受信する。コンピュータ(34)は、一般的には、入力信号を分析し、音波減衰の変化を視覚画像としてコンピュータスクリーン(36)にディスプレイするようにプログラミングされている。視覚画像は、砥石(14)の密度及び／又は硬度の差を表す。コンピュータ(34)は、砥石(14)内の密度差に合わせて色の組合せが割り当てられるようにプログラミングされており、その密度差は、後記するように、検査された砥石(14)の「密度プロファイル」として表示される。当該分野の専門家であれば、表示された密度プロファイル(40)は、砥石検査システム(10)で試験又は検査される各砥石(14)に固有のものであり、砥石(14)の「指紋(fingerprint)」と言うべきものであることは理解し得るであろう。ディスプレイされた密度プロファイル(40)は、検査された砥石(14)の実際の密度ではなく、密度表示であり、具体的には、砥石(14)内部の密度差を表している。

次に、図１−図５を参照して、砥石(14)を試験又は検査し、さらに評価する一般的手順について説明する。砥石(14)を試験するには、砥石(14)を、垂直軸の周りに回転可能な試験台(12)の上に置いて、超音波装置(20)により、音波を砥石(14)の本体を通過させる。超音波装置(20)は、検査及び評価を行なう砥石(14)に近接する位置に配置される。特に、音送信機(26)は、砥石(14)の上面(30)の近傍又は該上面(30)に対向するように配置され、音受信機(28)は、砥石(14)の下面(32)の近傍又は該下面(32)に対向するように配置される。当該分野の専門家であれば、音送信機(26)と音受信機(28)の位置は逆にしてもよいことは理解されるであろう。超音波装置(20)は、記録装置(38)に動作可能に接続されるが、より好適には、コンピュータ(34)に直接接続することもできる。このコンピュータ(34)は、前述の如く、記録装置としての機能を果たす。超音波装置(20)は、データを獲得し、得られたデータをコンピュータ(34)又は記録装置(38)に送信する内蔵型コンピュータを含んでいる。内蔵型コンピュータは、走査作業を制御し、超音波装置(20)をトリガーして、データを獲得し変換する。

コンピュータ(34)は、アーム(22)に移動可能に取り付けられた音送信機(26)及び音受信機(28)の動作を制御するために用いられることがさらに望ましい。特に、コンピュータ(34)により、アーム(22)上の音送信機(26)及び音受信機(28)の動作を制御して、砥石(14)が試験台(12)上で回転する間、音送信機(26)及び音受信機(28)が、砥石(14)のリム(18)から砥石(14)のハブ(16)へ、又はハブ(16)からリム(18)へ、順次(sequentially)又は並行して(in tandem)移動できるようにすることが好ましい。さらにまた、音送信機(26)から発せられ音受信機(28)で受信される音波の開始と終了が、砥石(14)のリム(18)からハブ(16)へ、及びハブ(16)からリム(18)への音送信機(26)及び音受信機(28)の移動に一致するように、コンピュータ(34)によって制御することができる。

砥石(14)が試験台(12)上で回転中に、音送信機(26)は、音波を、砥石(14)の上面(30)に送信する。音波は、砥石(14)の本体を通過し、砥石(14)の下面(32)の近傍に配置された音受信機(28)によって受信される。音波は、砥石(14)の本体を通過するときに減衰する。例えば、音送信機(26)及び音受信機(28)は、砥石(14)のリム(18)からハブ(16)へ並行して移動することにより、砥石(14)の同心性の「切れ片(slices)」を表す同心円のデータポイントを獲得する。図５は、同心性のデータポイント円の１つを示している。この明細書の中では、符号(42)で表される前記データポイント円は、一般的には、全ての同心性データポイント円を示すために用いられる。超音波装置(20)からは、任意の数の同心性データポイント円(42)を得られることができ、該データポイント円は記録装置(38)及び／又はコンピュータ(34)に送信される。

砥石(14)内部での音波の減衰は、砥石(14)の密度及び／又は硬度の変化に関係する。特に、砥石(14)内部の音波の振幅の減衰は、砥石(14)の密度及び／又は硬度の変化に関係する。離散的時間(discrete time period)での振幅の減衰は、記録装置(38)又はコンピュータ(34)自体によって記録される。振幅の減衰及びその変化は、砥石(14)内部の密度差を表す。

超音波装置(20)は、同心性の「切れ片」又は同心データポイント円(42)を、入力信号として、記録装置(38)へ、又は直接コンピュータ(34)へ直接供給し、そこで、同心性切れ片又は同心データポイント円(42)が記録される。前述したように、超音波装置(20)から任意の数の同心データポイント円(42)を獲得し、該データポイント円は記録装置(38)又はコンピュータ(34)へ送信される。ハブ(16)からリム(18)へ、又はリム(18)からハブ(16)へ向けて、超音波装置(20)によって採取される同心データポイント円(42)の数が多いほど、砥石(14)の密度プロファイル(40)の精度が向上することは、当該分野の専門家であれば理解し得るであろう。

記録された同心データポイント円(42)は、入力信号として、記録装置(38)からコンピュータ(34)へ供給されることが好ましいが、コンピュータ(34)のメモリの中に直接記録されてもよい。次に、コンピュータ(34)を用いて、記録されたデータが評価又は分析される。特に、コンピュータ(34)は、砥石(14)の内部を通過した音波の減衰記録を分析し、各々の同心データポイント円(42)を評価又は分析し、同心データポイント円(42)を合成又は合計することにより、砥石(14)の密度プロファイル(40)の表示可能画像を形成し、該画像がコンピュータスクリーン上に表示される。同心データポイント円(42)を合成又は合計することに加えて、コンピュータ(34)は、砥石(14)の表示された密度プロファイル(40)に合わせて色を割り当てることにより、「品質に優れる」砥石と「品質に劣る」砥石の評価を容易に行なえるすることが好ましい。

同心データポイント円(42)を構成するデータポイントの数は、任意の数でよい。しかしながら、同心データポイント円(42)毎に、同じ数のデータポイントを得ることが望ましい。このように、砥石(14)のハブ(16)の近傍に配置された同心データポイント円(42)の数は、さらに外側のリム(18)の近傍に配置された同心データポイント円(42)と同じである。またコンピュータ(34)は、同心データポイント円(42)のデータポイントの間隔が異なる場合でも、コンピュータスクリーン(36)上に、密度プロファイル(40)の均一な画像が表示されるようにプログラミングされている。コンピュータ(34)は、同心データポイント円(42)の各データポイント間に線状の陰影を付して、データポイント間の間隔如何に拘わらず、ベタ画像(solid image)が形成されるようにプログラミングされている。この目的のために、グローシェーディングモデル(Gouraud shading model)を用いることができ、コンピュータスクリーン(36)上に表示された砥石(14)の画像中の全ての画素は、検査された砥石(14)の全ての位置における超音波の減衰、望ましくは振幅の減衰について、最良の推定又は表示を表している。グローシェーディングモデルは、当該分野の専門家にとって既知である。

要約すると、コンピュータ(34)は、記録装置(38)と動作可能に接続されるか、又はコンピュータ自体が記録装置としての機能を果たし、超音波装置(20)からの入力信号を受信する。図１中、符号(38)は、コンピュータ(34)のハードウェア支持構造を示しており、該構造の中に記録装置(38)が配置される。コンピュータ(34)は、記録された同心データポイント円(42)を用いて、検査された砥石(14)の内部(即ち、砥石(14)の密度プロファイル(40))を電子的に構築して視覚的に表示する。表示された密度プロファイル(40)は、砥石(14)内部の密度又は密度差の実際の値ではなく、砥石(14)内部の密度差を表す画像である。特に、コンピュータ(34)は、超音波装置(20)が取得した個々の同心データポイント円(42)に基づいて、砥石(14)の密度の横断面図又はプロファイル(40)を編集する。なお、表示される画像は、砥石(14)内での密度が異なる領域を、色を用いて区別することが好ましい。

密度が異なる領域を区別するために用いられる色の組合せは、任意の組合せを用いることができる。本発明では、例えば、高密度の領域を表すのに赤色を使用し、比較的低密度の領域を表すのに黄色を使用することができる。例えば、砥石内部の密度が相対的に同じ領域を表すのに、緑色及び青色を使用することができる。どんな色の組合せを用いることも、本発明の範囲内であり、当該分野の専門家であれば、表示された密度プロファイル(40)に対して適当な配色を施すことはできるであろう。現在の超音波送信方法とは異なり、本発明の砥石検査装置(10)及び方法は、音送信機(26)及び音受信機(28)の伝送媒体として空気を使用する。これに対し、従来の超音波装置では、一般的に、音伝達媒体として液体を利用している。

本発明は、砥石(14)をワークロール製作のために使用する前に、砥石(14)の品質を評価することができる客観的な方法を提供することである。より具体的には、本発明は、砥石をワークロールの製作に使用する前、さらに重要なことは、ワークロールを金属シートの製造工程で使用する前に、品質の劣る砥石を特定することのできる簡単且つ効果的な方法を提供することである。前述の如く、砥石(14)は、一般的には、製造マニュアル(cookbokk)又はレシピスタイルに従って製造され、主として、グリットサイズ、グリット分布、バインダーなどが関係している。この種の製造プロセスでは、「高硬度部(hard spots)」又は「低硬度部(soft spots)」が砥石に形成される要因があると考えられている。これらの「高硬度部」又は「低硬度部」は、砥石(14)内部の密度差が大きい領域であって、ワークロールに「パターニング」を生じる根本原因と考えられており、ワークロールに形成されたパターンは、その後の圧延作業において、金属シートに転写される。それゆえ、本発明は、砥石(14)の製造プロセスを改良し、ワークロールにパターニングを生じる可能性のある欠陥を低減させるものである。

砥石製造マニュアルの型は、当該分野で広く知られており、以下の工程順序に基づく。最初に、砥石(14)の構成要素は、所定のレシピに基づいて重量測定される。これらの構成要素には、研磨グリット、結着剤及び添加剤が含まれる。構成要素は、ミキサーの中で所定時間混合され、必要に応じてふるいにかけられ、材料の大きな塊が取り除かれる。混合物は、次に、固定式又は回転式モールドに装入される。モールド内では、必要に応じて、撹拌用へらが用いられる。材料を安定させるために、必要に応じて、モールドに振動を加えることもできる。モールドの上面部は、その位置(in situ)で砥石(14)を形成する材料を押圧し、該材料を適切な寸法まで押圧する。モールディングプロセスが一旦完了すると、砥石(14)は、「グリーン(green)」状態でモールドから除去され、例えば低温炉の中で乾燥され、水分が除去される。砥石(14)は、必要に応じて、高温炉で焼結され、所定の寸法に機械加工され、仕上げられる。

本発明の検査システム(10)及び方法は、製造プロセスの改良のために、前記の製造プロセスに適用される。砥石(14)の欠陥は、製造プロセスの幾つかの工程で形成されることが知られている。例えば、砥石(14)内部の密度差は、混合工程での不適切な混合に起因して起こり、注入及びその位置での硬化中に、砥石(14)の構成要素がモールド内で沈積又は分離することにより、また、モールド内での材料の加圧の不均一によって生じることが知られている。本発明の検査システム(10)及び方法は、製造プロセス中の問題工程を特定することにより、製造プロセス及び砥石(14)の最終品質が改良されるようにしたものである。例えば、砥石(14)の検査は、炉の中で乾燥される前の「グリーン」状態の間に行なわれる。それゆえ、砥石(14)の最終仕上げ工程の前に、品質の劣る砥石(14)を特定することができるので、製造コストが削減される。不良品と判定された「グリーン」状態の砥石(14)は、その原材料用としてリサイクルされるので、製造プロセスのさらなるコスト低減を達成できる。

さらにまた、検査結果より、不良原因の工程が、混合、モールド充填、硬化、成形プレスにあるかを特定できるので、製造プロセスは全体として改善される。検査結果を利用して、例えば、本発明の方法における混合、モールド充填及び硬化を最適化することができ、また、製造プロセス中に品質の劣る砥石(14)を発生させる系統的エラー(systemic errors)を訂正することができる。例えば、前述の工程で、「品質の劣る」砥石(14)が一旦発見されると、検査結果を分析することにより、砥石(14)に存在する具体的欠陥の種類が判定され、どの製造工程で砥石(14)に欠陥が形成された可能性が最も高いかが判定される。もし、同じ製造者によって製作された複数の砥石(14)の中から、一定のパターンの形成が見つかった場合、例えば、砥石(14)を構成する材料の不適切な混合に関連する不具合が繰り返して起こった場合、製造者に対し、それら設備の不具合を調べるように警告を与えることができる。但し、これは、本発明の適用によって砥石(14)の製造工程がどのように改善されるかを示す単なる一例であって、これに限定されるものではない。他の具体例については、図５−図９を参照して以下に説明する。

図５−図９は、本発明の方法及び検査システム(10)を用いて実際に検査された砥石(14)の密度プロファイル(40)を示している。図５は、検査された砥石(14)の密度プロファイル(40)の一例を示しており、表示された密度プロファイル(40)の暗い領域は高密度の領域を表し、表示された密度プロファイル(40)の明るい領域は比較的密度の低い領域を表している。図５に示された密度プロファイル(40)では、砥石(14)内部の密度は実質的に均一でないが、主な欠陥又は傷の存在も認められない。図５に示された密度プロファイル(40)では、検査された砥石(14)の品質は中級であることを示している。図５に示された密度プロファイル(40)の中で、高密度領域(43)を表す２種類の暗い領域の一方は、同心データポイント円(42)に沿って存在しており、他方は、砥石(14)のハブに隣接する位置で砥石(14)の約９０°の位置に存在している。砥石(14)の表面がワークロール研削中に消耗すると、図５の同心データポイント円(42)の上及びその近傍に存在する高密度領域(43)は、隣接する領域よりも硬度が高い高硬度部が問題となる。前述したように、そのような「高硬度部」が存在する砥石(14)を用いてワークロールを作製すると、ワークロールにパターンが形成される。

図６は、検査された砥石(14)の密度プロファイル(40)の一例を示しており、高密度の領域(44)は、砥石(14)の４分の１を占めている。高密度領域(44)は、砥石(14)の他の部分又は領域と比べてかなり暗く示されている。この他の部分又は領域は、比較的均一な陰影で示されているとおり、密度が比較的均一であり、砥石(14)の４分の３を占めている。このように、図６に表示された密度プロファイル(40)は、検査された砥石(14)の品質が劣ることを示している。これは、砥石(14)中に高密度領域(44)が占める面積率が大きいためである。砥石(14)内部に存在する密度差により、より具体的には、砥石(14)の左上４分の１の部分に存在する大きな密度差により、この砥石(14)を用いて作製されるワークロールにパターニングが形成される傾向がある。

同様に、図７は砥石(14)の検査結果であり、全体品質が劣る砥石(14)の密度プロファイル(40)を示している。図７に表示された密度プロファイル(40)では、高密度領域(46)が大きな面積を占めており、該高密度領域は、砥石(14)のリムの略近傍に局部的に存在することを示している。高密度領域(46)は、砥石(14)の他の部分又は領域と比べてかなり暗く示されている。この他の部分又は領域は、比較的均一な陰影で示されているとおり、密度が比較的均一である。密度の変化は、表示された密度プロファイル(40)では、高密度領域(46)の外側に示されているが、これらの変化は、砥石(14)の厚さ方向には顕著でない。この高密度領域(46)は、製造工程で、追加の材料が砥石(14)の中へ導入されたことを示している。これは、砥石(14)の最終仕上げ工程のうちの１つであるバランシング工程(balancing step)で、追加の材料が砥石(14)に進入したものと考えられる。検査された砥石(14)の一領域に密度差が存在すると、より重要なことは、図７に示されるように砥石(14)のリムの近傍に密度差が存在すると、この砥石(14)を用いて作製されるワークロールはパターニングが形成され易い。

図８は砥石(14)の検査結果であり、この図もまた、全体品質が劣る砥石(14)の密度プロファイル(40)を示している。図８に表示された密度プロファイル(40)は、砥石(14)のリムの近傍に、クラックらしきもの(48)が径方向に存在している。径方向のクラックらしきもの(48)は、砥石(14)の他の部分又は領域と比べて暗く示されている。この他の部分又は領域は、密度プロファイル(40)が比較的均一な陰影で示されているとおり、密度は比較的均一である。密度の変化は、表示された密度プロファイル(40)では、径方向のクラックらしきもの(48)を含む領域の外側に示されているが、これらの変化は、砥石(14)の厚さ方向には顕著でない。径方向のクラックらしきもの(48)は、製造工程又は使用中に発生したものと考えられる。このような径方向のクラックらしきもの(48)は、「グリーン」状態の砥石(14)の硬化中、最終の機械加工中、又は研削作業で砥石(14)の使用中に発生したものと考えられる。径方向のクラックらしきもの(48)は、砥石(14)のリムの近傍に存在し、図８に示される砥石(14)を用いて作製されたワークロールはパターニングが形成され易い。

図９は砥石(14)の検査結果であり、品質に優れる砥石(14)の密度プロファイル(40)を示しており、図５−図８とは異なる。図９に示される密度プロファイル(40)は、「高硬度部」又は「低硬度部」が無く、また、砥石(14)の他の領域と比べて密度が大きな領域が存在しないことを示している。表示された密度プロファイル(40)は、検査された砥石(14)の密度が比較的均一であることを示しており、砥石(14)の品質は良好であり、ワークロール等の研削作業ですぐれた性能を発揮するものと考えられる。図９に示される砥石(14)を用いて研削されたワークロールは、パターニングが形成される可能性は少なく、金属シート、特にアルミニウムシートの圧延作業において優れた性能を発揮する。

望ましい実施例を参照して本発明を説明したが、当該分野の専門家であれば、発明の範囲及び精神から逸脱することなく、本発明に変更及び改変を加えることができる。したがって、前記の詳細な説明は、限定するものではなく、例示である。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定され、本発明に加えられる変形については、特許請求の範囲の文言及びその均等の範囲に含まれるものは、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明に係る砥石検査システムの斜視図である。 図１の砥石検査システムに使用される超音波送信及び受信装置の斜視図である。 図１の砥石検査システムに好適に使用される試験台の平面図である。 図３の試験台の側面図であって、検査される砥石を支持することを示す図である。 コンピュータディスプレイの一例であり、検査された砥石の密度プロファイルを示す図である。 検査された砥石の密度プロファイルを表したコンピュータディスプレイであって、密度差の異なる領域が、砥石の約４分の１の領域に存在することを示す図である。 検査された砥石の密度プロファイルを表したコンピュータディスプレイであって、砥石の製造中に、追加の材料が砥石に導入されたことを示す図である。 検査された砥石の密度プロファイルを表したコンピュータディスプレイであって、検査された砥石中に、径方向にクラックらしきものが存在することを示す図である。 検査された砥石の密度プロファイルを表したコンピュータディスプレイであって、品質が良好であることを示す図である。

Claims (23)

1. 金属シート製造用ワークロールを作製するために使用される砥石を検査する方法であって、
   砥石を試験台上で回転可能に支持する工程、
   超音波送信及び受信装置を砥石の各面の近傍に配置する工程、
   砥石を試験台上で回転させる工程、
   音波が砥石の中を通るように音波を送信し、音波を砥石の両面を通過させて、砥石を検査する工程、
   を含んでいる砥石検査方法。
2. 超音波送信及び受信装置は、砥石の一方の面の近傍に配備された音送信機と、砥石の他方の面の近傍に配備された音受信機を具えており、音波を砥石の両面を通過させる工程は、音波を、音送信機から音受信機に送信することをさらに含んでいる請求項１の方法。
3. 砥石の中を通過する音波の振幅減衰を記録する工程をさらに含んでいる請求項１の方法。
4. コンピュータで音波の振幅減衰を分析して、砥石の内部の密度差を求める工程、及び、表示された密度差を砥石の密度プロファイルとしてコンピュータメモリに保存する工程をさらに含んでいる請求項３の方法。
5. 表示された密度プロファイルを、目視検査を行なうために、コンピュータスクリーン上にディスプレイする工程をさらに含んでいる請求項４の方法。
6. コンピュータは、表示された密度プロファイルの少なくとも二次元の画像を、コンピュータスクリーン上にディスプレイするようにプログラミングされている請求項５の方法。
7. 表示された砥石の密度プロファイルと、使用したときの品質が既知の砥石の密度プロファイルを比較する工程をさらに含んでいる請求項４の方法。
8. 砥石に送信される音波は、約１００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの範囲である請求項１の方法。
9. 音波は、周囲空気を音伝達媒体として砥石に送信される請求項１の方法。
10. 金属シート製造用ワークロールを作製するために使用される砥石を検査する方法であって、
    砥石を試験台上で回転可能に支持する工程、
    超音波送信及び受信装置を砥石の各面の近傍に配置する工程、
    砥石を試験台上で回転させる工程、
    音波が砥石の中を通るように音波を送信し、音波を砥石の両面を通過させることによって砥石を検査する工程、
    砥石の中を通る音波の振幅の減衰を、記録装置又は直接コンピュータの中に記録する工程、
    を含んでいる砥石検査方法。
11. コンピュータで音波の振幅減衰を分析して、砥石の内部の密度差を求める工程、及び、表示された密度差を砥石の密度プロファイルとしてコンピュータメモリに保存する工程をさらに含んでいる請求項１０の方法。
12. 表示された密度プロファイルを、目視検査を行なうために、コンピュータスクリーン上にディスプレイする工程をさらに含んでいる請求項１１の方法。
13. コンピュータは、表示された密度プロファイルの少なくとも二次元の画像を、コンピュータスクリーン上にディスプレイするようにプログラミングされている請求項１２の方法。
14. 表示された砥石の密度プロファイルと、使用したときの品質が既知の砥石の密度プロファイルを比較する工程をさらに含んでいる請求項１１の方法。
15. 砥石に送信される音波は、約１００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの範囲である請求項１０の方法。
16. 音波は、周囲空気を音伝達媒体として砥石に送信される請求項１０の方法。
17. 金属シート製造用ワークロールを作製するために使用される砥石を検査するシステムであって、
    金属シート用ワークロールを作製するために使用される砥石を回転可能に支持することができる試験台と、
    砥石の一方の面の近傍に設けられた音送信機と、砥石の他方の面の近傍に設けられた音受信機を具えており、音送信機から発せられた音波は、砥石の中を通り、音受信機で受信されるように構成された超音波送信及び受信装置と、
    超音波送信及び受信装置に動作可能に接続され、砥石の内部を通過した音波の振幅の減衰を記録するように構成された記録装置又はコンピュータとを、具えている砥石検査システム。
18. コンピュータは、音波の振幅減衰を分析して、砥石の内部の密度差を求めると共に、表示された密度差を密度プロファイルとしてコンピュータメモリに保存するようにプログラミングされている請求項１７のシステム。
19. コンピュータは、目視検査を行なうために、密度プロファイルをディスプレイするコンピュータスクリーンを具えている請求項１８のシステム。
20. コンピュータは、表示された密度プロファイルの少なくとも二次元の画像を、コンピュータスクリーン上にディスプレイするようにプログラミングされている請求項１９のシステム。
21. コンピュータは、表示された砥石の密度プロファイルと、使用したときの品質が既知の砥石の密度プロファイルを比較するようにプログラミングされている請求項１８のシステム。
22. 超音波送信及び受信装置の使用において、音波は、周囲空気を音伝達媒体として利用して、検査される砥石に連繋される請求項１８のシステム。
23. 音送信機から発せられる音波は、約１００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの範囲である請求項１７のシステム。

Images