JP2982645B2 - ロールプロフィル測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧延ロールのロール軸
方向プロフィルを測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧延ロールは圧延によりロール表面が次
第に摩耗していき、その程度が大きいと圧延材の平坦度
や幅方向での厚さばらつきが大きくなる。そのため、定
期的にロールの表面形状（以下「プロフィル」とい
う。）を測定し、プロフィルが悪化している場合はロー
ル表面を研削したり、定期的にロールを研削してから研
削後のプロフィルを測定し、所定のプロフィルとなって
いるかをチェックする等の管理がなされている。

【０００３】従来、ロールプロフィルの測定や研削は、
圧延ロールを圧延スタンドから取り出して行われていた
が、ロールの組み替え回数の減少による生産性の向上の
ため、ロールを圧延スタンドに組み込んだままでロール
プロフィルの測定や研削が行われるようになってきてい
る。そのためロールを圧延スタンドに組み込んだままで
精度良くロールプロフィルを測定できる装置の開発が要
望されている。

【０００４】特開平3 −77720 号公報には、ロール組み
替え台車上で上下の圧延ロールのプロフィルを同時に測
定する計測装置が開示されている。これはフレームに圧
延ロール表面に接触する複数個の球面状の倣いローラー
と変位センサを取り付けたセンサベースを設け、この倣
いローラーをロール表面に押しつけることでセンサとロ
ールとを調芯させている。また上下方向へのずれに対し
てはフレーム自体をバネ機構で支持し上下方向に移動可
能としている。そしてロール軸方向に設けたガイドレー
ル上をセンサベースが移動することでロールのプロフィ
ルを測定する。

【０００５】また、上下ロール別々に上記の装置を設け
ることで上下ロールのプロフィルを同時に測定すること
ができる。

【０００６】しかし、この装置では複数個の倣いローラ
ーがロール表面に均等な押し付け圧で接触しなければ正
確なプロフィルの測定ができないが、センサ取り付け部
が前後や上下に移動した場合、押し付け機構のバックラ
ッシュ等により必ずしも倣いローラーの押し付け圧が均
等にならず、測定誤差が出易いという問題がある。

【０００７】さらに、この装置は大がかりな機構を有す
るためロール組み替え台車上に設置される装置であり、
圧延ロールを台車上に持ち出して測定を行わなければな
らず、測定準備に時間がかかり生産性を阻害する要因と
なる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、オン
ラインで精度良く圧延ロールのロール軸方向プロフィル
を測定する装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明が要旨とするとこ
ろは、上下一対の圧延ロール間でロール軸に対して同一
垂直面上で上ロールおよび下ロールの表面位置を検出す
る一対の変位計を有するロール表面位置検出手段と、ロ
ール表面位置検出手段のロール軸方向への移動手段と、
前記ロール表面位置検出手段のロール軸方向位置検出手
段と、ロール表面位置検出結果とロール軸方向位置検出
結果からロールプロフィルを演算表示するための信号処
理手段とからなり、前記変位計のロール表面との接触部
が上下圧延ロール軸を含む平面に垂直な軸方向に長さを
有する円筒または円筒の一部で構成された形状であり、
さらに前記ロール表面位置検出手段のロール軸に対して
垂直な面内での傾きを検出する傾き検出手段、およびそ
の検出結果に基づく傾き制御手段を有するロールプロフ
ィル測定装置である。

【００１０】さらに、圧延ロール温度を測定する温度計
を設けてもよい。

【００１１】

【作用】図１は、本発明装置の一例を示す（ａ）正面図
および（ｂ）そのＸ−Ｘ断面図である。上下の圧延ロー
ル１０の間に表面位置検出手段となるセンサヘッド部１
が設けられている。そのセンサヘッド部１には、ロール
軸に対して同一垂直面上で上下のロール表面位置を測定
する変位計２が上下一対で設けられている。さらに、変
位計２のロール表面と接触する部分には接触子３が取り
付けられている。

【００１２】また、センサヘッド部１は上下ロール１０
間のロール軸方向に置かれたレール４上に載置されてお
り、レール４はレール保持台５に取り付けられている。
そのレール４上をセンサヘッド部１がロールの軸方向に
移動可能とするために、図示していないセンサヘッド部
１のロール軸方向への移動手段およびセンサヘッド部１
のレール４上の位置を検出するロール軸方向位置検出手
段が設けられる。

【００１３】センサヘッド部１の変位計２でロール表面
位置を測定しながら、センサヘッド部１をレール４上で
ロール軸方向に移動させ、センサヘッド部１に設けられ
た変位計２によるロール表面位置検出結果とレール４上
でのセンサヘッド部１のロール軸方向位置検出結果をケ
ーブルで信号処理手段である信号処理部へ送り、信号処
理部でロールプロフィルを演算表示する。

【００１４】図２は、ロール表面位置検出手段となるセ
ンサヘッド部を拡大した（ａ）正面図および（ｂ）その
Ｙ−Ｙ断面図である。

【００１５】センサヘッド部１には上下一対の変位計２
が設けられ、その変位計２がロール表面と接触する部分
には接触子３が取り付けられている。

【００１６】変位計２は、例えば渦流式変位計を使用
し、ロール表面と接触する位置を測定すればよい。変位
計２としては渦流式以外に、電磁式変位計や光学式変位
計を用いることも可能であるが、測定精度が 1μｍ以下
のものが好ましい。

【００１７】図３は、接触子の例を示す斜視図である。
接触子３は、上下圧延ロール軸を含む平面に垂直な軸
（以下「Ｘ軸」という。）方向に長さを有する円筒また
は円筒の一部で構成された形状をしている。さらに、こ
の円筒の曲率半径は上下ロール間隔の半分（円筒の直径
が上下ロール間隔）と同じ程度とする。

【００１８】図４は、接触子とロールとの位置関係を示
す側断面図である。接触子３は、上下ロール軸を含む平
面に垂直な軸（以下「Ｘ軸」という。）方向に長さを有
する。すなわち、Ｘ軸方向（円筒の高さ方向）に所定の
長さを有している。

【００１９】センサヘッド部１をロール軸方向に移動さ
せながらロール表面位置の測定を行う場合、例えば図４
のように上下のロール１０の軸が水平方向（Ｘ軸方向）
に若干ずれていた場合や、ロール軸がセンサヘッド部１
の移動方向とずれていた場合には、通常の変位計では上
ロールの最下面や下ロールの最上面に接触子３が接触せ
ずに、最下面または最上面と少しずれたロール表面に接
触する。そのため実際のロール間隔ｄより大きい値が測
定値として得られるため、正確な値とならない。そこ
で、接触子３の長さを、Ｘ軸方向の上記ずれ分に相当す
る長さ以上とすることにより、接触子３が確実に上ロー
ルの最下面と下ロールの最上面に接触し、正確な測定値
を得ることができる。

【００２０】例えば、測定装置を取り付ける時点で、ロ
ール軸とセンサヘッド部１の移動方向とのずれ（ロール
軸とレール４とのずれ）の調整を行うが、ロール軸両端
部で± 1cm以内の精度で位置決めするのは容易なため、
ロール軸とセンサヘッド部１の移動方向とのずれを考慮
した接触子３のＸ軸方向の長さ（円筒の高さ）は 2cm程
度で十分である。

【００２１】また、接触子３のロール１０との接触面の
Ｘ軸方向の精度は表面研磨により±2μｍ以下に仕上げ
るのが好ましい。さらに、上下一対の接触子３同士でも
平行度の高いもの、例えばＸ軸方向長さ 2cmに対して 3
μｍ以下の平行度を有する接触子３を選択して用いた
り、変位計２との取り付け部の調整で上下接触子間の平
行度を保つように調整機構を有している方が好ましい。

【００２２】以上のような形状や寸法精度の接触子３を
用いることで、ロール表面位置の測定誤差を± 1.5μｍ
程度に抑制することができる。

【００２３】センサヘッド部１に設けた変位計２の出力
は、信号処理部に導かれ、それぞれの出力の和を求め
て、この和の値から基準とする間隔を減ずることによ
り、上下両ロール１０のプロフィルを合わせた値が求め
られる。上下一対の変位計２の出力和を用い、上下ロー
ル１０間にあるセンサヘッド部１が上下方向に変位した
場合でも、上下それぞれの変位計２の出力が相殺するた
め出力和に誤差は現れない。

【００２４】図５は、接触子とロールとの位置関係を示
す正面断面図である。接触子３の形状を円筒または円筒
の一部で構成された形状とし、この円筒の曲率半径を上
下ロール間隔の半分（円筒の直径が上下ロール間隔）と
同じ程度とする。すなわち、接触子３を図５のような円
筒の一部で構成された形状とした場合、円筒の曲率半径
ｒは上下ロール間隔ｄの半分程度とする。

【００２５】それにより、レールの撓みや設置誤差によ
り、センサヘッド部１が上下のロール軸を含む面内で
（ａ）から（ｂ）のようにロール軸に対して傾いた場合
でも、上下ロール１０と接触する接触子３の表面間の間
隔は常に一定となる。すなわち、接触子３のロール１０
と接触する面がロール間隔ｄの半分の曲率半径ｒであれ
ば、接触子３の外周は真円のため、接触子３がその面内
で傾いても上下ロール１０と接触する接触子表面間の間
隔は常にロール間隔ｄと同じ値となる。そして、本発明
では上下一対の変位計２からの出力和を用いてロールプ
ロフィルを測定するため、上下ロール軸面内での傾きに
影響されず、測定誤差は無視できる。

【００２６】また、接触子３の曲率半径ｒが正確にロー
ル間隔ｄの半分でなくとも、円筒の曲率ｒがロール間隔
ｄの半分に概ね近ければ、例えばレールの撓みが 5mm程
度であれば実際の傾きはせいぜい数度程度のため誤差は
無視できる程度である。

【００２７】接触子の材質は特に問わないが、ロールの
プロフィル測定をするため変形しにくく、ロールと接触
するため摩耗しにくいもの、さらに熱膨張率の小さいも
のが好ましい。また、ロールと接触する面に金属板等の
摩耗しにくい材料を張り付けたものでもよい。

【００２８】なお、上記では変位計２のロール表面と接
触する部分に接触子３を取り付けた例を用いて説明した
が、変位計２自体のロールと接触する部分が円筒または
円筒の一部で構成された形状であっても構わない。

【００２９】センサヘッド部１のレール４上での移動手
段は、手動でセンサヘッド部１をレール４に沿って移動
させてもよいし、例えばパルスモーターとボールスクリ
ューを組み合わせた直動機構をセンサヘッド部内とレー
ル部に配置し、センサヘッド部１をロール軸方向に移動
させると同時にセンサヘッド部１のロール軸方向位置を
検出し、その出力を信号処理部に送る。さらに、上記の
ロール表面位置検出手段によるロール表面位置を信号処
理部に送り、それらを演算表示することで、ロールプロ
フィルを測定することができる。

【００３０】また、１ステップ当たりのレール上の移動
距離を例えば10cmと一定とし、１ステップ毎のロール表
面位置の測定結果を取り込んで信号処理部で処理し、ロ
ールのプロフィルを測定してもよい。

【００３１】次に、本発明装置は、ロール軸に対して垂
直な面内でのロール表面位置検出手段の傾きを検出する
傾き検出手段、およびその検出結果に基づく傾き制御手
段を有している。

【００３２】図２にその一例を示すが、センサヘッド部
１上には、センサヘッド部１のロール軸に対して垂直な
面内での傾きを検出する傾き検出手段として角度計６を
設けており、その検出結果に基づき、図示していない傾
き制御手段によりセンサヘッド部１を水平に保つように
している。これは、図２（ｂ）の断面図がロール軸に対
して垂直な面に相当するが、この面内でセンサヘッド部
１が傾いた場合には、変位計２で測定される値は実際の
値よりも小さい値となってしまう。さらに、ロール軸上
に沿って同一軸線上とは異なる位置のプロフィルを測定
してしまうことになる。

【００３３】角度計（水平検出器）６としては、勾配が
1/200を検出可能なものを用いるのが好ましく、例えば
振り子を利用した角度計で、サーボ機構により振り子の
位置をセンサヘッド部１に対して一定になるように制御
し、その制御信号からセンサヘッド部の鉛直方向あるい
は水平方向からの角度を出力する装置を傾き検出手段と
して用いる。

【００３４】また、傾き制御手段としては、図２に示す
ようにセンサヘッド部１を２本のレール４上に載置した
構造とし、センサヘッド部１の傾きに応じて片側のレー
ル４または両方のレール４を上下させることで制御する
ことができる。レール４を上下させるには、ロールチャ
ックやロール上に載置させたアクチュエータ等に直接レ
ールを取り付けてもよいが、先の図１に示したレール保
持台５を介して取り付けてもよい。また、図２では傾き
検出手段となる角度計６をセンサヘッド部１に設けた場
合を説明したが、レール４やレール支持台５の剛性が高
い場合は、レール４上やレール支持台５上に角度計６を
設けてその結果を基に傾き制御を行っても同程度の測定
精度を得ることが可能である。

【００３５】検出結果に基づく傾き制御は、接触子３の
Ｘ軸方向の長さ、センサヘッド部１の水平度を制御する
制御手段の配置とプロフィル測定の要求精度の３要素か
ら決定される。つまり、接触子３のＸ軸方向長さが 2c
m、制御手段として２つのアクチュエータ７がレール４
に沿って40cmの間隔で配置されており、センサヘッド部
１がロール軸に対して垂直な面内で傾いた際に生じる測
定許容誤差を± 1μｍ程度とすると、制御手段の制御精
度は20μｍ程度のものを選択すればよい。

【００３６】アクチュエータとしては、例えば、モータ
ーにパルスを送ってモーターを１ステップだけ所定の角
度だけ回転させるとスクリューが軸方向にわずかに移動
する、ボールスクリュー機構とステップモーターからな
るものを用ればよい。この時のモーターへの１パルス当
たりのスクリューの移動量が10μｍ程度となるものが好
ましい。

【００３７】上記のように、センサヘッド部１またはレ
ール４やレール保持台５に設けた角度計６による検出結
果に基づきセンサヘッド部１の傾きを制御するが、本発
明装置を測定位置に設置してプロフィル測定を行う前
に、レール４やレール保持台５に設けた角度計６の出力
に基づきセンサヘッド部１の水平度を所定の精度に制御
し、その後センサヘッド部１がレール４上を移動する際
に、センサヘッド部１に設けた角度計６からの出力を基
に傾き制御を行う、複数の角度計６を併用して制御する
ことにより、 1μｍ以下の測定誤差に制御することが可
能である。

【００３８】さらに、ロール温度を管理するために温度
計を設けてもよい。ロールのプロフィル測定値はロール
温度に依存し、プロフィル測定時のロール温度が雰囲気
温度より高いとロールの損耗よりも、いわゆるヒートク
ラウンが支配的にプロフィルに反映される。このような
ヒートクラウンを含めたロールのプロフィルはロール温
度に依存し、ロールの研削の判断には用いることができ
ない。このため、プロフィル測定時のロール温度を測定
するのが好ましい。

【００３９】

【実施例】図６は、本発明の装置構成の別の例を示す正
面図である。

【００４０】ロールのプロフィルを測定するためには、
まず上下ロール１０間にセンサヘッド部１とレールを挿
入させるために、ロール１０を上下に移動させて所定の
ロール間隔とする。

【００４１】センサヘッド部１およびレールの配置は図
１と同様であり、センサヘッド部１には上下一対の変位
計と接触子が設けられており、レール保持台５に支えら
れたレール上をセンサヘッド部１が移動する。レールに
は外径50mm、厚さ 2mmのステンレス鋼製パイプを２本用
い、その上にセンサヘッド部１を載置している。また、
個々のレールはＩ型のアルミ材で作製されたレール保持
台５により支持されている。

【００４２】この例では、個々のレール保持台５はレー
ルの両端部と中央部の３ヶ所でアクチュエータ７によっ
て支持されており、アクチュエータ７近傍のレール保持
台５に角度計６が取り付けられている。また、アクチュ
エータ７はその片端がロール１０あるいはロールチャッ
ク１１上に載置されており、アクチュエータ７近傍のレ
ール保持台５の高さを制御可能としている。このアクチ
ュエータ７は２本のレール保持台５にそれぞれ取り付け
られているため、片方のレール保持台５または両方のレ
ール保持台５の高さをアクチュエータ７で制御すること
で、２本のレール上に載置されたセンサヘッド部１の水
平度を制御することができる。

【００４３】さらに、センサヘッド部１にも角度計６を
設け、レール上を移動する際のセンサヘッド部１の傾き
を検出、制御することでより高精度な測定が可能であ
る。

【００４４】センサヘッド部１はレール内に設けた図示
していない送り機構によりロール軸方向に走引される。
走引時の１ステップ毎、例えば 1cmの走引毎にセンサヘ
ッド部１の水平度が制御され、そのステップ毎に変位計
で測定されたロール表面位置出力が信号処理部へ取り込
まれる。

【００４５】センサヘッド部１とレールの接触部の寸法
精度が高く、かつレールの剛性が高い場合は、レール両
端部のみをロール１０の両端のロールチャック１１で支
持することでセンサヘッド部１の水平度を満足させるこ
とも可能である。この場合は、レール両端のロールチャ
ック１１上に設けたアクチュエータ７近傍のレール保持
台５に角度計６を設置し、レールとセンサヘッド部１を
上下ロール間に挿入した時点で保持台両端の角度計６の
出力を見ながらレールの水平度を制御し、その後センサ
ヘッド部１を移動しながらプロフィルを測定する。この
場合は、センサヘッド部１に角度計６を設ける必要がな
く、短時間での測定も可能である。さらに、センサヘッ
ド部自体の傾き制御が不要なため安価な装置作製が可能
である。

【００４６】信号処理部では、上下一対の変位計からの
出力信号とセンサヘッド部のロール軸方向位置の出力信
号を取り込み、変位計からの出力信号の和から一定値を
減じた値をロール軸方向位置と合わせることでロールの
プロフィルを測定することができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明装置により、圧延生産性を阻害す
ることなく、ロールを圧延機に組み込んだオンラインで
も、± 3μｍ程度の高い精度で圧延ロールのロール軸方
向プロフィルを測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一例を示す正面図およびその断面
図である。

【図２】ロール表面位置検出手段となるセンサヘッド部
を拡大した正面図およびその断面図である。

【図３】接触子の例を示す斜視図である。

【図４】接触子とロールとの位置関係を示す側断面図で
ある。

【図５】接触子とロールとの位置関係を示す正面断面図
である。

【図６】本発明の装置構成の別の例を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１：センサヘッド部 ２：変位計 ３：接触子 ４：レール ５：レール保持台 ６：角度計 ７：アクチュエータ １０：ロール １１：ロールチャック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−106240（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−88721（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−22909（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−170207（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−166112（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32 G01B 7/00 - 7/34 B21C 51/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下一対の圧延ロール間でロール軸に対し
   て同一垂直面上で上ロールおよび下ロールの表面位置を
   検出する一対の変位計を有するロール表面位置検出手段
   と、該ロール表面位置検出手段のロール軸方向への移動
   手段と、前記ロール表面位置検出手段のロール軸方向位
   置検出手段と、ロール表面位置検出結果とロール軸方向
   位置検出結果からロールプロフィルを演算表示するため
   の信号処理手段とからなり、前記変位計のロール表面と
   の接触部が上下圧延ロール軸を含む平面に垂直な軸方向
   に長さを有する円筒または円筒の一部で構成された形状
   であり、さらに前記ロール表面位置検出手段のロール軸
   に対して垂直な面内での傾きを検出する傾き検出手段、
   およびその検出結果に基づく傾き制御手段を有すること
   を特徴とするロールプロフィル測定装置。