JP2015179021A - リング材の形状計測方法、及びその形状計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リング状の圧延材からリング材を製造する際に、酸化層などスケールの影響を受けずにリング材のプロファイル形状をリアルタイムで精確に計測することができるリング材の形状計測方法、及びその計測装置を提供する。【解決手段】本発明の形状計測方法は、スリット光Ｓが照射されたリング材Ｚの外周面を撮像し、その画像Ｍを走査して光切断線Ｌを求め、その光切断線Ｌを基に圧下部ＺＡと非圧下部ＺＢとが形成されたリング材Ｚのプロファイル形状を光切断法を用いて計測するものであって、圧下部ＺＡの画像Ｍを走査する際に、最も輝度の高い位置を圧下部ＺＡの光切断線ＬＡとし、非圧下部ＺＢの画像Ｍを走査する際に、圧下部ＺＡの画像Ｍから求められた光切断線ＬＡの位置とキングロール１１の外形形状とから非圧下部ＺＢの光切断線ＬＢを探索する探索領域を設定し、設定した探索領域内で最も輝度の高い位置を非圧下部ＺＢの光切断線ＬＢと決定する。【選択図】図４

Description

本発明は、凹部や凸部が外周面及び内周面に形成されているリング材を熱間で圧延する際に、当該リング材の外周面に形成された凹凸形状を光切断法を用いて計測するリング材の形状計測方法に関する。

チタン合金などの圧延材を用いて大型のリング材を熱間で圧延するに際しては、リング圧延機が用いられる。このリング圧延機は、円筒状の圧延材を回転させるキングロールと、このキングロールと対面し、且つ圧延材を圧下するマンドレルロールと、圧延材の真円度を維持し、且つ圧延材が水平方向に移動しないように保持するセンタリングロールと、圧延材が圧延されることによって軸心方向（垂直方向）に移動しないように保持するアキシャルロールとで構成されている。

係るリング圧延機において、リング状の圧延材を軸心回りに回転させながら、当該圧延材の内側に配備されているマンドレルロールを、対面する側に配備されているキングロールに向かって圧下させて、目標の形状及び外径寸法になるまで圧延する。
リング圧延機に備えられているキングロール又はマンドレルロールの少なくとも一方には、そのロール表面に突起部及び窪み部を有したプロファイルで構成されている場合がある。この突起形状を有したプロファイルを備えたキングロール及びマンドレルロールを用いて熱間リング圧延を行うことで、外周面に凸部や凹部を備える異形状の大型リング材を製造することができる。

上記したようなリング圧延機を用いて、円筒状の圧延材からリング材まで熱間で圧延を行うに際しては、リング圧延中において、リアルタイムでリング材の凸部や凹部の形状を計測しておくことが、目標とする形状や寸法精度（真円度や外径寸法）にするために非常に重要な事項となる。
このようなリング材の形状を計測する技術としては、接触式の直径計測機やポイント式のレーザ距離計が用いて、外周面などの形状を測定する方法がある。

しかしながら、上記した形状測定方法は、ある位置でのリング材の高さや、ある位置でのリング材の直径などある一箇所におけるリング材の形状を測定しているので、複数の凸部（プロファイル）を有するリング材の場合、当該凸部の数だけ測定機器を配備する必要があり、リング材の製造コストが上昇する虞がある。そのため、実際の熱間リング圧延工程では、採用することは困難である。

また、熱間リング圧延工程においては、リング材の姿勢が傾いたまま熱間リング圧延が行われたり、リング材の上下方向での直径に差が生じてしまったまま熱間リング圧延が行われたりする虞があるため、上記した各点で形状を測定する形状測定方法ではリング材の形状を正確に把握することが困難である。
そこで、光切断法を用いて２次元的な測定を行い、リング材の外周面などの形状を測定する方法が挙げられる。例えば、計測対象が熱間圧延されたリング材ではないが、形状が略リング状であるタイヤの形状を測定する方法が特許文献１に開示されている。

特許文献１は、タイヤの形状検出対象面の所定範囲にスリット光を照射する光照射手段と、前記光照射手段に対応した所定位置に配設され、該光照射手段でスリット光を照射したタイヤ上のスリット像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像されたスリット像に基づいてタイヤの形状検出対象面の形状を検出する形状検出手段と、前記形状検出手段で検出されたタイヤの形状を予め定められた基準形状と比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいてタイヤの良否を判定する判定手段と、を有するタイヤ形状判定装置が開示されている。

特開平１１−１３８６５４号公報

従来、目標の形状及び外径寸法を有するリング材を製造するには、熱間圧延中にリング材の凹凸形状を接触式の直径計測機やポイント式のレーザ距離計などを用いて計測し、計測した結果からリング圧延機のセンタリングロール及びアキシャルロールの位置や、マンドレルロールの送り速度などの熱間リング圧延の条件を制御するようしている。
ところが、リング材を製造すべく、突起形状を有したプロファイルを備えたキングロールを有したリング圧延機を用いて熱間リング圧延を行った場合、目標の形状や外径寸法を得ることが困難なことがあった。

熱間圧延中にリング材（例えば、チタン合金のリング材）の外周面には、黒色の酸化層（以降、黒皮と呼ぶこともある）が形成される。この黒色の酸化層は、リング材の凸部に多く存在し凹部に少ないことを、本願発明者らが圧延の実績より見出している。そのため、特許文献１に開示されている光学的手法を用いた技術の場合には、黒色の酸化層の影響による受光輝度不足や形状の誤検出が多数発生し、リング材の形状計測を正確に測定することが困難であった。

すなわち、従来からの光切断法の技術では、熱間圧延中にリング材の形状を精確に測定することが困難な場合があった。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、リング状の圧延材からリング材を製造する際に、酸化層などスケールの影響を受けずにリング材のプロファイル形状を、リアルタイムで精確に計測することができるリング材の形状計測方法、及びその計測装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係るリング材の形状計測方法は、キングロールを有したリング圧延機を用いて、軸心方向に圧下された部位である「圧下部」と圧下されていない部位である「非圧下部」とが外周面に形成されたリング材を熱間で圧延する際に、当該リング材の外周面のプロファイル形状を光切断法を用いて計測するリング材の形状計測方法において、前記リング材の外周面に対してスリット光を照射し、前記スリット光が照射された前記リング材の外周面を撮像し、前記撮像した画像を走査することで、光切断線を求め、前記求めた光切断線を基に、前記リング材のプロファイル形状を計測するものであって、前記圧下部に対応する画像を走査する際には、最も輝度の高い位置を前記圧下部における光切断線と決定し、前記非圧下部に対応する画像を走査する際には、前記圧下部に対応する画像から求められた前記光切断線の位置と前記キングロールの外形形状とから、前記非圧下部における光切断線を探索する探索領域を設定し、前記設定した探索領域内で、最も輝度の高い位置を当該非圧下部における光切断線と決定することを特徴とする。

好ましくは、前記リング材の形状を計測する際には、前記リング材の外周面に対してスリット光が照射された照射画像を撮像すると共に、前記リング材の外周面に対してスリット光が照射されていない非照射画像を撮像し、前記照射画像と前記非照射画像との差分をとった差分画像を求め、前記差分画像を走査することで、光切断線を求め、前記求めた光切断線を基に、前記リング材のプロファイル形状を計測するとよい。

本発明に係るリング材の形状計測装置は、キングロールを有したリング圧延機を用いて、軸心方向に圧下された部位である「圧下部」と圧下されていない部位である「非圧下部」とが外周面に形成されたリング材を熱間で圧延する際に、当該リング材の外周面のプロファイル形状を光切断法を用いて計測するリング材の形状計測装置において、前記リング材の外周面に対してスリット光を照射する照射部と、前記スリット光が照射された前記リング材の外周面を撮像する撮像部と、前記撮像した画像を走査することで、光切断線を求める光切断線抽出部と、前記求めた光切断線を基に、前記リング材のプロファイル形状を計測する形状計測部を有するものであって、前記光切断線抽出部は、前記圧下部に対応する画像を走査する際に、最も輝度の高い位置を前記圧下部における光切断線と決定すると共に、前記非圧下部に対応する画像を走査する際に、前記圧下部に対応する画像から求められた前記光切断線の位置と前記キングロールの外形形状とから、前記非圧下部における
光切断線を探索する探索領域を設定し、前記設定した探索領域内で、最も輝度の高い位置を当該非圧下部における光切断線と決定することを特徴とする。

好ましくは、前記撮像部は、前記リング材の外周面に対してスリット光が照射された照射画像を撮像すると共に、前記リング材の外周面に対してスリット光が照射されていない非照射画像を撮像し、前記光切断線抽出部は、前記照射画像と前記非照射画像との差分をとった差分画像を求めると共に、前記差分画像を走査することで光切断線を求め、前記形状計測部は、前記求めた光切断線を基に、前記リング材のプロファイル形状を計測するとよい。

本発明のリング材の形状計測方法、及びその計測装置によれば、リング状の圧延材からリング材を製造する際に、酸化層などスケールの影響を受けずにリング材のプロファイル形状を、リアルタイムで精確に計測することができる。

リング圧延機の概略を示す模式図である。 リング圧延機における圧延状態を示す断面図である。 酸化層が発生していない場合におけるリング材の外周面の画像を示す図である。 酸化層が発生している場合におけるリング材の外周面の画像を示す図である。 本発明のリング材の形状計測方法を示す図である。 リング材の外周面に対してスリット光が照射された照射画像を示す図である。 リング材の外周面に対してスリット光が照射されていない非照射画像を示す図である。 照射画像と非照射画像との差分をとった差分画像を示す図である。

以下、本発明に係るリング材の形状計測方法、及びその形状計測装置の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の構成をその具体例のみに限定するためのものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態の開示内容のみに限定されるものではない。
また、本実施形態では、航空機用ジェットエンジンのファンケースなどに用いられるような純チタン製及びチタン合金製の大型のリング材Ｚを例にとり説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態のリング材Ｚの形状計測方法、及びその形状計測装置に用いられるリング圧延機１０は、リング状の圧延材Ｗ（元材）を所定の形状及び外径寸法（所定のプロファイル形状）のリング材Ｚ（圧延製品）に圧延するものである。
リング圧延機１０は、リング状の圧延材Ｗを回転させるキングロール１１と、このキングロール１１と対面し、この圧延材Ｗを径外方向に圧下するマンドレルロール１２と、圧延材Ｗの真円度を維持しつつ、この圧延材Ｗが水平方向に移動しないように保持するセンタリングロール１３と、この圧延材Ｗが圧延されることによって軸心方向（垂直方向）に移動しないように保持するアキシャルロール１４Ａ，１４Ｂと、アキシャルロール１４Ａ，１４Ｂを回転自在に支持するアキシャルロールフレーム１５Ａ，１５Ｂとで構成されている。

キングロール１１は、リング状の圧延材Ｗの外周面側に回転自在に固定されている。キングロール１１は、モータなどの駆動装置が接続され回転駆動するようになっている。キングロール１１が回転することによって、キングロール１１と接触したリング状の圧延材Ｗが回転するようになる。
図２に示すように、本実施形態の場合、キングロール１１の外形形状は、１つ以上の突起部１１Ａ及び窪み部１１Ｂを有した凹凸形状（表面断面プロファイル）で構成されている。この外形形状は、例えば、キングロール１１の軸心に対して中央部より上部側と、中央部より下部側とで異なった（上下方向に非対称）形状を有している。

この上下非対称の外形形状によって、リング材Ｚの外周面に上下非対称の凹凸形状が形成される。
リング材Ｚの外周面に形成された凹部ＺＡは、キングロール１１の突起部１１Ａが押し込まれることで形成されるので、圧下度合いが高い部位すなわち「圧下部」である。一方、リング材Ｚの外周面に形成された凸部ＺＡは、キングロール１１の窪み部１１Ｂの圧下により形成される部位であって、圧下度合いが低い部位すなわち「非圧下部」ＺＢである。

圧延中又は圧延直後のリング材Ｚの表面には黒色の酸化層Ｘ（黒皮）が付着しているが、この黒皮Ｘは、リング材Ｚの非圧下部ＺＢ（凸部）に多く存在し、圧下部ＺＡ（凹部）に少ないことを、本願発明者らは過去の圧延の実績より見出している。
マンドレルロール１２は、キングロール１１より小径の円筒形状であって、キングロール１１と対面する位置（リング状の圧延材Ｗの内周面側）に回転自在で設置され、水平方向（半径方向）に移動することができるようになっている。マンドレルロール１２をリング状の圧延材Ｗの内周面に接触させた後に、さらに径外方向に移動させることで、当該圧延材Ｗに対して回転しながらの圧下が行われる。

センタリングロール１３は、図１に示すように円筒形状であって、マンドレルロール１２と対面し、且つキングロール１１を挟むように、リング状の圧延材Ｗの外周面側に回転自在に左右一対配備されている。このセンタリングロール１３は、リング材Ｚの真円度を調整すると共に、リング材Ｚが水平方向へ移動しないように抑制するものである。
アキシャルロール１４Ａ，１４Ｂは、円錐形状であって、キングロール１１とは反対側の位置に上下一対、傾斜状態でアキシャルロールフレーム１５Ａ，１５Ｂに回転自在に支持されている。これらアキシャルロール１４Ａ，１４Ｂの側面（錐面）は、リング状の圧延材Ｗの上端面及び下端面を挟むように接触している。

圧延材Ｗの上下端面に接触しているアキシャルロール１４Ａ，１４Ｂは、リング状の圧延材Ｗの回転により回転し、上下（高さ）方向の圧下を行うと共に、圧延材Ｗの上下方向の移動を抑制し、高さ方向の形状を保持している。
次に、上記したリング圧延機１０を用いてリング状の圧延材Ｗからリング材Ｚを製造する際に、そのリング材Ｚのプロファイル形状をリアルタイムで計測するリング材Ｚの形状計測装置１について、説明する。

図２に示すように、形状計測装置１は、リング材Ｚの上側に配備されたアキシャルロール１４Ａを回転自在に支持する上側アキシャルロールフレーム１５Ａから吊下されて保持されている。形状計測装置１が保持される位置としては、リング材Ｚの外周面全体が撮像することができる位置であればよい。例えば、図２に示すようにリング材Ｚの高さの略中央とするとよい。

この形状計測装置１は、被測定物であるリング材Ｚの外周面にスリット光Ｓを照射する照射部２Ａと、スリット光Ｓが照射されたリング材Ｚの外周面を撮像する撮像部２Ｂからなる光切断センサ２と、撮像部２Ｂにより撮像された画像Ｍ（撮像範囲Ｈ）を走査して、光切断線Ｌを求める光切断線抽出部３と、求めた光切断線Ｌを基に、三角測量法の原理に基づいてリング材Ｚのプロファイル形状（３次元形状）を計測する形状計測部４とを備える。

光切断センサ２の照射部２Ａは、被測定物を縦断するようなライン光を照射可能とされ、このライン光として赤外線乃至は可視光レーザ光を照射できるレーザ発光素子を備える構成とされている。
光切断センサ２の撮像部２Ｂは、照射部２Ａからのライン光が表面に照射されている被測定物をエリア画像として撮像するものであり、例えばＣＣＤエリアカメラなどで構成されている。

撮像部２Ｂにより撮像された画像Ｍが入力される光切断線抽出部３、リング材Ｚのプロファイル形状を計測する形状計測部４は、パソコン等のデジタル処理装置で構成されている。
この形状測定装置を用いて、リング材Ｚのプロファイル形状を計測する場合は、まず、
被リング材Ｚに対して照射部２Ａからスリット光Ｓを照射し、スリット光Ｓが照射されたリング材Ｚの外周面を撮像部２Ｂで撮像し、撮像された画像Ｍを走査して、光切断線Ｌを光切断線抽出部３で求め、求めた光切断線Ｌに対して光切断法を用いてリング材Ｚのプロファイル形状を、形状計測部４で計測する。この形状測定装置を用いることで、リング材Ｚのプロファイル形状（ｘ，ｙ，ｚ座標値）を遠隔から非接触にて計測することができる。

本願発明は、上記した光切断線抽出部３での処理方法に、大きな特徴を有するものである。以下、光切断線抽出部３での処理方法について説明を行う。
まず、光切断線抽出部３には、撮像部２Ｂで撮像された画像Ｍ（ライン光が写り込んだ画像Ｍ）が入力される。その上で、光切断線抽出部３は、入力された画像Ｍを走査して、最も輝度の高い位置を光切断線Ｌと決定する。

ところが、本実施形態の光切断線抽出部３では、「リング材Ｚの圧下部ＺＡにおける光切断線ＬＡの抽出」と、「リング材Ｚの非圧下部ＺＢにおける光切断線ＬＢの抽出」を異なる手法で行っている。
まず、リング材Ｚの圧下部ＺＡにおける光切断線ＬＡの抽出の場合、リング材Ｚの圧下部ＺＡに対応する画像Ｍ（撮像範囲Ｈ）を走査して、最も輝度の高い位置をリング材Ｚの圧下部ＺＡにおける光切断線ＬＡと決定する。なお、撮像された画像中における圧下部ＺＡの位置は、キングロール１１のプロファイルなどから事前に判るものとなっている。

一方、リング材Ｚの非圧下部ＺＢにおける光切断線ＬＢの抽出の場合、既に決定した光切断線ＬＡの位置とキングロール１１の外形形状（特に、ロール外形の窪み部１１Ｂの深さ）とから、非圧下部ＺＢにおける光切断線ＬＢを探索する探索領域（ＲＯＩ）を設定する。そして、撮像したリング材Ｚの非圧下部ＺＢに対応する画像Ｍ（撮像範囲Ｈ）を走査して、探索領域内で最も輝度の高い位置を、非圧下部ＺＢにおける光切断線ＬＢと決定する。なお、撮像された画像Ｍ中における非圧下部ＺＢの位置は、キングロール１１のプロファイルなどから事前に判るものとなっている。

形状計測部４は、光切断線抽出部３にて抽出された圧下部ＺＡにおける光切断線ＬＡと非圧下部ＺＢにおける光切断線ＬＢを基に、三角測量法の原理を用いて、リング材Ｚのプロファイル形状を計測する。
また、本発明の形状計測装置１は、以下に示す機能も有している。
撮像部２Ｂは、リング材Ｚの外周面に対してスリット光Ｓが照射された照射画像Ｎ（撮像範囲Ｈ）を撮像すると共に、リング材Ｚの外周面に対してスリット光Ｓが照射されていない非照射画像Ｏ（撮像範囲Ｈ）を撮像する機能を有している。なお、リング材Ｚは、加熱炉で過熱された後に熱間圧延で製造されているため、リング材Ｚが熱により自発光しているので、リング材Ｚの外周面の画像Ｍを撮像することができる。

光切断線抽出部３は、照射画像Ｎと非照射画像Ｏとの差分をとった差分画像Ｐ（撮像範囲Ｈ）を求めると共に、差分画像Ｐを走査することで光切断線Ｌを決定する機能を有している。
次に、上記した計測装置を用いて、熱間で圧延されるリング材Ｚの形状計測方法について説明する。

まず、所定の温度（約６００℃〜約１１００℃）にまで加熱され、且つ予め決定された板厚、内径及び外径のリング状に加工された圧延材Ｗ（チタン合金など）を、リング圧延機１０に設置し、キングロール１１を圧延材Ｗの外周面に接触させると共に、マンドレルロール１２を圧延材Ｗの内周面に接触させる。
そして、キングロール１１を回転駆動させて、圧延材Ｗを回転させて、その回転している圧延材Ｗに対して、マンドレルロール１２をキングロール１１の方向に圧下させる。目標の形状及び寸法精度を有するリング材Ｚ（キングロール１１の外形形状が外周面に転写されたリング材Ｚ）になるまで、圧延材Ｗを回転させて拡径しながら圧延を行う熱間リング圧延を繰り返す。

この熱間リング圧延中に、リング材Ｚ（リング状の圧延材Ｗ）の形状計測がリアルタイムで行われている。
具体的には、まず撮像部２Ｂにて、リング材Ｚの外周面に対してスリット光Ｓを照射器から照射して、スリット光Ｓが照射されたリング材Ｚの外周面の画像Ｍ（撮像範囲Ｈ）を撮像する。

図３Ａに示すように、リング材Ｚの外周面に黒色の酸化層Ｘ（黒皮）が生じていない場合、光切断線Ｌを全ての領域（リング材Ｚの上端部から下端部）に亘って検出することが可能である。
一方、図３Ｂに示すように、リング材Ｚの外周面に黒色の酸化層Ｘが生じている場合、黒色の酸化層Ｘからの反射光強度が低下するため光切断線Ｌの誤検出が多くなる。なお、リング材Ｚの表面に存在する黒色の酸化層Ｘは、非圧下部ＺＢ（凸部）に多く存在し、圧下部ＺＡ（凹部）に少ないことを、本願発明者らは過去の圧延の実績より見出している。

また、熱間リング圧延の場合には、リング材Ｚが高温であり、リング材Ｚ自身から発光しているように見えるため、それらの発光により光切断線Ｌを誤検出することがある。
そこで、光切断線抽出部３にて、リング材Ｚの外周面、特に非圧下部ＺＢに黒色の酸化層Ｘが生じている場合でも、光切断線Ｌを精確に検出する。
図４に示すように、圧下部ＺＡ（高圧下部）に対応する画像Ｍを走査して、最も輝度の高い位置（Ａ）を圧下部ＺＡにおける光切断線ＬＡと決定する。

そして、圧下部ＺＡに対応する画像Ｍから求められた光切断線ＬＡの位置と、キングロール１１の外形形状とから、非圧下部ＺＢにおける光切断線ＬＢを探索する探索領域を設定する。
探索領域を設定するにあたっては、キングロール１１の外形形状から、突起部１１Ａの高さ、すなわち窪み部１１Ｂの深さｈを算出する。

非圧下部ＺＢ（低圧下部）において、光切断線ＬＡに対応する位置から算出した窪み部１１Ｂの深さｈ分の範囲を、非圧下部ＺＢにおける光切断線ＬＢを探索する探索領域（ＲＯＩ）と設定する。
非圧下部ＺＢに対応する画像Ｍを走査して、輝度値を測定し、探索領域内で最も輝度の高い位置（Ｂ）を探索する。探索した結果、輝度値の最大値（Ｂ）を当該非圧下部ＺＢにおける光切断線ＬＢと決定する。

図４から分かるように、本発明の特徴である探索領域を設定することで、非圧下部ＺＢに対応しない位置（Ｂ’）を非圧下部ＺＢにおける光切断線ＬＢと決定せずに、非圧下部ＺＢに対応する位置（Ｂ’）を非圧下部ＺＢにおける光切断線ＬＢと決定することができる。
そして、形状計測部４にて、光切断線抽出部３で決定した光切断線ＬＡと光切断線ＬＢを基に、三角測量法の原理に基づいてリング材Ｚのプロファイル形状を計測する。

以上の形状計測の手順を、目標の形状及び寸法精度を有するリング材Ｚになるまで繰り返す。
以上述べた本発明の形状計測技術によれば、リング状の圧延材Ｗからリング材Ｚを製造する際に、黒皮Ｘなどスケールの影響を受けずにリング材Ｚのプロファイル形状を、リアルタイムで精確に計測することが可能となる。
［別手順］
次に、本発明のリング材Ｚの形状計測方法（光切断線抽出部３での処理方法）の別の手順について、説明する。

図５Ａに示すように、撮像部２Ｂにて、まずリング材Ｚの外周面に対してスリット光Ｓを照射し、照射された照射画像Ｎ（撮像範囲Ｈ）を撮像する。
図５Ｂに示すように、さらに、リング材Ｚの外周面に対してスリット光Ｓが照射されていない非照射画像Ｏ（撮像範囲Ｈ）も撮像する。
図５Ｃに示すように、光切断線抽出部３にて、撮像した照射画像Ｎと非照射画像Ｏとの差分をとった差分画像Ｐ（撮像範囲Ｈ）を求める。その差分画像Ｐを走査して、光切断線Ｌを決定する。

形状計測部４にて、光切断線抽出部３で決定した光切断線Ｌを基に、リング材Ｚのプロファイル形状を計測する。
照射画像Ｎと非照射画像Ｏとの差分をとった差分画像Ｐを求めることにより、リング材Ｚからの自発光成分を除去することができ、リング材Ｚのプロファイル形状を精確に計測することができる。また、リング材Ｚの自発光成分を除去した結果、反射光強度が低い酸化層Ｘ付近の表面形状に関しても閾値を低く設定することができ、光切断線Ｌの検出精度が向上するようになる。

本発明のリング材Ｚの形状計測方法、及びその形状計測装置１によれば、リング状の圧延材Ｗからリング材Ｚを製造する際に、酸化層Ｘなどスケールの影響を受けずにリング材Ｚのプロファイル形状を、リアルタイムで精確で且つ簡便に計測することができる。
また、リング材Ｚのプロファイル形状の計測結果をフィードバックすることにより、安定した熱間リング圧延が可能になる。

また、差分画像Ｐを求めることにより、黒色の酸化層Ｘに起因した誤検出をさらに低減させることができるので、リング材Ｚのプロファイル形状の計測結果が安定したものになる。
「差分画像Ｐを用いて光切断線Ｌを抽出する」手法に加えて、前述した「非圧下部ＺＢにおいて探索領域を設定した上で光切断線Ｌを探索する」手法も同時に用いてもよい。

なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 形状計測装置
２ 光切断センサ
２Ａ 照射部
２Ｂ 撮像部
３ 光切断線抽出部
４ 形状計測部
１０ リング圧延機
１１ キングロール
１１Ａ 突起部
１１Ｂ 窪み部
１２ マンドレルロール
１３ センタリングロール
１４Ａ アキシャルロール（上側）
１４Ｂ アキシャルロール（下側）
１５Ａ アキシャルロールフレーム（上側）
１５Ｂ アキシャルロールフレーム（下側）
Ｓ スリット光
Ｌ 光切断線
ＬＡ 光切断線（圧下部）
ＬＢ 光切断線（非圧下部）
Ｍ 画像
Ｎ 照射画像
Ｏ 非照射画像
Ｐ 差分画像
Ｘ 酸化層（黒皮、スケール）
Ｗ 圧延材
Ｚ リング材
ＺＡ 非圧下部（凸部）
ＺＢ 圧下部（凹部）

Claims (4)

1. キングロールを有したリング圧延機を用いて、軸心方向に圧下された部位である「圧下部」と圧下されていない部位である「非圧下部」とが外周面に形成されたリング材を熱間で圧延する際に、当該リング材の外周面のプロファイル形状を光切断法を用いて計測するリング材の形状計測方法において、
   前記リング材の外周面に対してスリット光を照射し、
   前記スリット光が照射された前記リング材の外周面を撮像し、
   前記撮像した画像を走査することで、光切断線を求め、
   前記求めた光切断線を基に、前記リング材のプロファイル形状を計測するものであって、
   前記圧下部に対応する画像を走査する際には、最も輝度の高い位置を前記圧下部における光切断線と決定し、
   前記非圧下部に対応する画像を走査する際には、前記圧下部に対応する画像から求められた前記光切断線の位置と前記キングロールの外形形状とから、前記非圧下部における光切断線を探索する探索領域を設定し、
   前記設定した探索領域内で、最も輝度の高い位置を当該非圧下部における光切断線と決定する
   ことを特徴とするリング材の形状計測方法。
2. 前記リング材の形状を計測する際には、
   前記リング材の外周面に対してスリット光が照射された照射画像を撮像すると共に、前記リング材の外周面に対してスリット光が照射されていない非照射画像を撮像し、
   前記照射画像と前記非照射画像との差分をとった差分画像を求め、
   前記差分画像を走査することで、光切断線を求め、
   前記求めた光切断線を基に、前記リング材のプロファイル形状を計測する
   ことを特徴とする請求項１に記載のリング材の形状計測方法。
3. キングロールを有したリング圧延機を用いて、軸心方向に圧下された部位である「圧下部」と圧下されていない部位である「非圧下部」とが外周面に形成されたリング材を熱間で圧延する際に、当該リング材の外周面のプロファイル形状を光切断法を用いて計測するリング材の形状計測装置において、
   前記リング材の外周面に対してスリット光を照射する照射部と、
   前記スリット光が照射された前記リング材の外周面を撮像する撮像部と、
   前記撮像した画像を走査することで、光切断線を求める光切断線抽出部と、
   前記求めた光切断線を基に、前記リング材のプロファイル形状を計測する形状計測部を有するものであって、
   前記光切断線抽出部は、
   前記圧下部に対応する画像を走査する際に、最も輝度の高い位置を前記圧下部における光切断線と決定すると共に、前記非圧下部に対応する画像を走査する際に、前記圧下部に対応する画像から求められた前記光切断線の位置と前記キングロールの外形形状とから、前記非圧下部における光切断線を探索する探索領域を設定し、
   前記設定した探索領域内で、最も輝度の高い位置を当該非圧下部における光切断線と決定する
   ことを特徴とするリング材の形状計測装置。
4. 前記撮像部は、前記リング材の外周面に対してスリット光が照射された照射画像を撮像すると共に、前記リング材の外周面に対してスリット光が照射されていない非照射画像を撮像し、
   前記光切断線抽出部は、前記照射画像と前記非照射画像との差分をとった差分画像を求
   めると共に、前記差分画像を走査することで光切断線を求め、
   前記形状計測部は、前記求めた光切断線を基に、前記リング材のプロファイル形状を計測する
   ことを特徴とする請求項３に記載のリング材の形状計測装置。