JP6474335B2 - ロール間相対位置測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば搬送ロールや圧延ロール等の複数本のロールが並んで設置されている場合において、ロール間の相対位置を測定するロール間相対位置測定方法に関する。

複数本のロールが並んで設置されている装置としては、例えば製鉄所において鋼板を搬送する搬送ラインが挙げられる。
このような搬送ラインにおいては、パスラインPLに沿ってほぼ等間隔に並列配置された複数のテーブルローラで構成されている。鋼板を真っ直ぐに搬送するためには、通常、パスラインPLの中心に対する直角度や水平度を所定の精度に維持する必要がある。
例えば、図１２に示すように、並列配置された搬送ロール１１の軸芯がずれていた場合、例えばロール高さのずれ、搬送ロール１１の傾きのずれ、搬送ロール１１の平行度のずれがあった場合（図１２（ａ）参照）、搬送される鋼板１３の蛇行が発生して製品の品質を損なうとともに設備の損傷を招くことになる。
そこで、蛇行が発生した場合には、蛇行原因となっている搬送ロールを特定して、ロールの芯出しを行うことで、蛇行を改善することができる（図１２（ｂ）参照）。

蛇行原因となっている搬送ロールを特定するためには、ロール軸芯の相対関係を測定することが求められ、このような方法として、例えば特許文献１に開示された「テーブルローラの芯出し検査方法」がある。
この特許文献１に開示された方法は、「鋼板を搬送する並列配置された複数のテーブルローラの芯出しを検査する方法であって、前記テーブルローラの上方の所定位置からワークサイドとドライブサイドのローラ面までの距離を順次測定し、これら距離の測定値とあらかじめ与えられた基準値とを比較して、ローラの芯ずれの有無を判定することを特徴とする」（特許文献１の請求項１参照）ものである。
そして、特許文献１において、予め与えられた基準値に関し、「基準値はロール替え等のときに正確に測定しておくとよい」とされている（特許文献１の段落［００１３］参照）。

また、他の方法として、特許文献２に開示された「ロール直交芯だし器およびロール直交芯だし方法」がある。
この特許文献２に開示されロール直交芯だし器は、「ロールの一端部近傍に配置された取り付け冶具と前記取り付け冶具に取り付けられた１本の棒状部材と、前記棒状部材の先端に取り付けられたレーザ距離計を備え、前記取り付け冶具と前記棒状部材はロールの軸線と直交し、前記レーザ距離計は前記ロールの軸線と平行な距離が測定可能なように取り付けられていることを特徴とする」ものである（特許文献２の請求項１参照）。

また、特許文献２にはロール直交芯だし方法についても開示があり、この方法は、「ロール直交芯だし器のレーザ距離計で、ラインセンターに平行に張ったピアノ線と前記レーザ距離計までの距離を測定後、更に、ロールを回転させて、次に前記レーザ距離計が前記ピアノ線を横切る際、前記ピアノ線と前記レーザ距離計までの距離を測定し、これら二つの距離が一致するようにロール軸心とピアノ線となす角度を調整することを特徴とする」ものである（特許文献２の請求項５参照）。

なお、近年では、測定対象物に再反射ターゲットを当接して、該再反射ターゲットにレーザ光を照射して、その反射光から再反射ターゲットを当てた前記測定対象物の空間座標を求める３次元レーザトラッカーを用いた測定方法が着目されており、これに関する技術が特許文献３に開示されている。

特開平８−１０５７３０号公報 特開２００８−１１１６９４号公報 特開２０１２−１７３２５７号公報

特許文献１の方法は、テーブルローラの上方の所定位置からワークサイドとドライブサイドのローラ面までの距離を順次測定し、これらの測定値と予め与えられた基準値とを比較するようにしているが、比較の対象となる予め与えられた基準値は、ロール替え等の際に測定された過去の値である。そのため、現在測定する際には、測定装置を過去の測定位置と同じ位置に設置して測定を行うことが前提となっている。このため、測定装置の設置精度が測定結果に影響し、誤差が生ずる可能性がある。

また、特許文献２の方法では、ピアノ線の引きまわし作業や、冶具の製作といった作業があり、作業が煩雑であるという問題がある。また、ピアノ線の引きまわしのような現場作業があることから、作業者の技能のレベル差が測定精度に影響するという問題もある。
さらに、特許文献２の方法は、ロール軸芯とピアノ線で設定したライン芯との相対位置に限定され、例えば他の搬送ロールのロール軸芯との相対位置を測定することはできない。

以上のように、従来行われている測定方法には種々の問題があり、この問題を解決する方法として、特許文献３に示されたレーザトラッカーを用いることが考えられる。
しかしながら、レーザトラッカーを用いるとしても、具体的にどのように用いるかについて、具体的な開示や示唆をした文献は発明者が知る限りはなく、具体的な測定方法の開発が望まれていた。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、複数本並んで設置されたロール間の相対位置関係を簡易にかつ正確に測定することができるロール間の相対位置測定方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るロール間相対位置測定方法は、複数本並んで設置されたロール間の相対位置関係を測定するロール間相対位置測定方法において、
測定対象物に再反射ターゲットを当接して、該再反射ターゲットにレーザ光を照射して、その反射光から再反射ターゲットを当てた前記測定対象物の空間座標を求める３次元レーザトラッカーを用いるものであって、
前記再反射ターゲットによって前記複数本の各ロールの表面の少なくとも６点の座標を求めるロール表面座標取得工程と、
該ロール表面座標取得工程で取得された座標に基づいて各ロールのロール軸芯を求めるロール軸芯取得工程と、
該ロール軸芯取得工程で取得された各ロール軸芯と、該各ロール軸芯が取得された３次元座標内の基準位置とに基づいて各ロール軸芯の前記基準位置に対するずれ量を算出するロールずれ量算出工程とを備え、各ロール軸芯の前記ずれ量を比較することで各ロールの全ロール間における相対的な位置を知ることができるようにしたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記ロールずれ量算出工程における前記基準位置として、測定対象としている複数本のロールのいずれか１本のロールについて前記ロール軸芯取得工程で取得されたロール軸芯を用いることを特徴とするものである。

本発明においては、３次元レーザトラッカーを用いて、ロール表面座標取得工程とロール軸芯取得工程と、ロールずれ量算出工程とを備えたことにより、特殊な冶具を用いる必要がなく、またピアノ線による芯出し作業も不要となり、小人数でかつ短時間で作業ができ、格段に作業効率を向上することができ、かつ精度の向上を図ることができる。
また、ロール軸芯の測定の際に設定される３次元座標面内の基準位置に基づいてずれ量を算出するようにしているので、特許文献１に開示された方法のように、基準位置を測定したのと全く同様に測定装置を設置する必要なく、設置誤差による測定誤差が生ずることもない。
さらに、基準位置を通り芯や、いずれかのロールのロール軸芯というように任意に設定できるので、測定の目的に合わせて必要とする相対位置の測定が可能である。

本実施の形態に係るロール間相対位置測定方法の工程の説明図である。 本実施の形態に係るロール間相対位置測定方法におけるロール表面座標取得工程の説明図である（その１）。 本実施の形態に係るロール間相対位置測定方法におけるロール表面座標取得工程の説明図である（その２）。 本実施の形態に係るロール間相対位置測定方法におけるロール軸芯取得工程の説明図である。 本実施の形態に係るロール間相対位置測定方法におけるロールずれ量算出工程の説明図である。 本実施の形態に係るロール間相対位置測定方法におけるロール表面座標取得工程の他の態様の説明図である。 実施例において測定対象とした搬送ロールの配置の説明図である（その１）。 実施例において測定対象とした搬送ロールの配置の説明図である（その２）。 実施例において測定対象とした搬送ロールの説明図である。 実施例のロールずれ量算出工程におけるずれ量の説明図である。 実施例においてロールずれ量算出工程における変位を算出する方法の説明図である。 従来例の課題の説明図である。

本発明の一実施の形態に係るロール間相対位置測定方法は、３次元レーザトラッカー１を用いるものであって、図１に示すように、ロール表面座標取得工程と、ロール軸芯取得工程と、ロールずれ量算出工程とを備えている。
まず、３次元レーザトラッカー１（図２参照）について説明し、その後で本発明の各工程を説明する。

＜３次元レーザトラッカー＞
３次元レーザトラッカー１は、特許文献３にも記載されているように、測定対象物に再反射ターゲット３の球面部を当接して、再反射ターゲット３にレーザ光を照射して、その反射光から測定対象物の空間座標を求めるものである。
再反射ターゲット３は、入射したレーザ光を入射方向に反射する構造になっている。

このような３次元レーザトラッカー１による測定は一般的に以下のように行う。
測定対象物の近傍に３次元レーザトラッカー１を設置し、再反射ターゲット３の球面部を測定対象物の表面に当接させる。そして、３次元レーザトラッカー１からレーザ光を再反射ターゲット３に向けて出射し、再反射ターゲット３で反射した光を再び３次元レーザトラッカー１で受け取る。このときのエンコーダの値とレーザ干渉計の値とから、再反射ターゲット３が当接している測定対象物の空間座標（３次元位置情報）を得る。空間座標の取得や、取得された空間座標に基づく演算等は、３次元レーザトラッカー１に付随するコンピュータが所定のプログラムを実行することで実現される各手段によって行われる。

なお、以下の説明において、３次元レーザトラッカー１による空間座標の取得は、特に説明しないが上述した操作によって行うものである。

＜ロール表面座標取得工程＞
ロール表面座標取得工程は、再反射ターゲット３によって複数本の各ロール５の表面の少なくとも６点の座標を求める工程である。
具体的には、図２に示すように、再反射ターゲット３を各ロール５の表面の少なくとも６箇所に当接させ、再反射ターゲット３にレーザ光を照射して各位置の座標を取得する。
なお、図２では１本のロール５のロール表面の８箇所に再反射ターゲット３を当接させる場合を図示している。

少なくとも６箇所としているのは、円筒体の形状を取得するには、最低６個の座標が必要であるからである。換言すれば、６個の座標があれば、この座標を表面が通る円筒体が特定される。もっとも、取得する座標はその数が多い方が精度が向上する。測定技術の一般的な基準では、面を特定するのに必要とされる座標の数をｎとすると、２ｎ＋１の数の座標を取得してかかる座標に基づいて面を特定するのが好ましいとされている。例えば、平面を特定するのに必要とされる座標数は３個であるから、２×３＋１＝７個の座標に基づいて平面を特定するのが好ましく、７個の座標を取得するのが好ましい。
この基準に基づけば、円筒面を特定するのに必要な最低座標数は６個であるから、２×６＋１＝１３個の座標を取得するのが好ましい。

また、ロール５の表面において、座標を取得する箇所はできるだけ離れている方が精度が増す。そこで、図３に示すように、例えば軸方向では、ロール５の両端に近い部位でそれぞれ４点かの座標を取得するのが好ましい。また、周面方向では、例えば１２０°程度の広がりで取得するのが好ましい。

＜ロール軸芯取得工程＞
ロール軸芯取得工程は、ロール表面座標取得工程で取得された座標に基づいて各ロール５のロール軸芯Ｃを求める工程である。
図４に示すように、取得された８個の座標から、これら８個の座標が表面上にある円筒面を求め、該円筒面からその中心軸を求める。この中心軸がロール軸芯Ｃとなる。

＜ロールずれ量算出工程＞
ロールずれ量算出工程は、ロール軸芯取得工程で取得された各ロール軸芯Ｃと各ロール軸芯Ｃが取得された３次元座標内の基準位置とに基づいて各ロール軸芯Ｃの前記基準位置に対するずれ量を算出する工程である。
３次元座標内の基準位置としては、ロール軸芯取得工程で取得されたいずれかのロール軸芯Ｃを基準位置としてもよいし、あるいはロール５が搬送ロールの場合には、搬送される鋼板の中心が通る、いわゆる通り芯を前記３次元座標内に設定して、これを基準位置としてもよい。
通り芯を基準位置とする場合、３次元レーザトラッカー１によって高さの基準点を示すベンチマークと、搬送の入り側と出側のセンターマークをそれぞれ測定し、これによって通り芯を前記３次元座標に設定すればよい。

また、軸方向のみについてロール軸芯取得工程で取得されたいずれかのロール軸芯Ｃの方向を用いて、高さ方向については水平面を基準としてもよい。
この場合、水平面については、３次元レーザトラッカー１によって高さの基準点を示すベンチマークを３カ所測定して、その座標から水平面を設定すればよい。

通り芯を基準位置とした場合、ずれ量の具体的な内容としては、図５（ａ）に示す上下の傾き角度θ１と、図５（ｂ）に示す水平方向の傾きθ２がある。
上下の傾き角度θ１は、通り芯を含み通り芯に直交する水平軸Ｌ１とロール軸芯Ｃが垂直断面上での成す角度である。なお、図５（ａ）では説明のために、水平軸Ｌ１と平行な軸Ｌ１´を図示している。
また、水平方向の傾きθ２は、通り芯を含み通り芯に直交する水平軸Ｌ１とロール軸芯Ｃが水平断面上での成す角度である。

ロールずれ量算出工程によって、基準位置とのずれ量が算出されるので、このずれ量が予め設定した閾値を越えているロールがある場合には、当該ロールについてロール軸芯Ｃのずれをなくすような調整を行えばよい。

以上のように、本実施の形態によれば、特許文献２に開示されたような冶具を用いる必要がなく、またピアノ線による芯出し作業も不要となり、小人数でかつ短時間で作業ができ、格段に作業効率を向上することができ、かつ精度の向上を図ることができる。
また、基準位置をロール軸芯Ｃの測定と同時に測定し、それに基づいてずれ量を算出するようにしているので、特許文献１に開示されたように、基準位置を測定したのと全く同様に測定装置を設置するという作業が不要であり、設置誤差による測定誤差が生ずることもない。
さらに、本実施の形態では、基準位置を通り芯や、いずれかのロール軸芯Ｃというように任意に設定できるので、測定の目的に合わせて必要とする相対位置の測定が可能である。

なお、複数のロール５が近接している場合、ロール５の表面に再反射ターゲット３を直接当接させるのが難しい場合がある。
このような場合には、図６に示すように、長さが既知で下端が湾曲面となった測定用冶具７をマグネットマウンド９で固定した状態で立設し、測定用冶具７の上端部に再反射ターゲット３を取り付けるようにすればよい。
この場合、ロール表面の座標は、測定用冶具７の立設する長さを考慮して演算することで求めることができる。

本発明の効果を確認するために、連続鋳造設備のロール群１０を対象としてロール間相対位置測定を行ったので、これについて以下説明する。
図７、図８は、測定対象としたロール群１０の配置の説明図である。測定箇所は、８セグメント（SEG8）〜１９セグメント(SEG19)を対象とした。
なお、図７において、方向の特定方法として東西南北を用い、図７における図中右側を東、図中左側を西、図中下側を南、図中上側を北と表記している。
各セグメントには、図８に示すように、５本のロールが設置されているが、各セグメントにおいて測定対象としたのは下側の１、３、５番目のロールである。なお、図８において測定対象としたロールの色を黒くしている。

また、ロール５には図９（ａ）に示す１本ロール５ａと、図９（ｂ）に示す分割ロール５ｂがあるが、１本ロール５ａはロールの両端部の測定を行い、分割ロール５ｂでは分割された各ロールの両端の測定を行った。図９において、測定箇所エリアを斜線で示している。
分割ロール５ｂは２本のロール（南側ロールと北側ロール）で構成されている。
なお、８セグメント〜１２セグメントまでは分割ロール５ｂであり、１３セグメントから１９セグメントまでが１本ロール５ａである。

ずれ量を算出する基準位置に関し、水平方向の傾きについては、１９セグメントの最も出側にある１１０番のロールの軸芯を基準にして、図１０（ａ）に示すように、東西の傾きを算出し、西への傾きを＋（プラス）とし、東への傾きを−（マイナス）として表記した。
また、上下方向の傾きについては、図１０（ｂ）に示すように、水平面を基準にして、上への傾きを＋（プラス）とし、下への傾きを−（マイナス）として表記した。

また、求めた傾きから図１１に示すロール長さに基づいて、各ロールの南側に対する北側の変位を求めた。
算出結果を表１に示す。

表１に示すように、極めて高精度の測定結果が得られており、この結果に基づいてずれ量が規定値を超えるロールについてロール軸芯Ｃの調整を行うことで、高精度の調整が可能となる。今回の場合についても、水平方向の傾き及び上下方向の傾きについて規定値に調整した。これにより、調整前はスラブが蛇行して側面にすり傷等の品質不良を発生させていたが、調整後は品質不良にいたる蛇行起因のすり傷は無くなった。

なお、上記の実施例の説明において、ロール軸芯のずれ量を算出する際の傾きの支点に関し、水平方向の傾き及び上下方向の傾き共にロールの南端を支点にした例を示した。
しかしながら、ロール軸芯のずれ量算出に際しては、水平方向の傾き及び上下方向の傾き共にロール中心を支点にして算出するようにしてもよい。

１ ３次元レーザトラッカー
３ 再反射ターゲット
５ ロール
５ａ １本ロール
５ｂ 分割ロール
７ 測定用冶具
９ マグネットマウンド
１０ ロール群
１１ 搬送ロール
１３ 鋼板
Ｌ１ 水平軸
Ｃ ロール軸芯

Claims (2)

1. 複数本並んで設置されたロール間の相対位置関係を測定するロール間相対位置測定方法において、
   測定対象物に再反射ターゲットを当接して、該再反射ターゲットにレーザ光を照射して、その反射光から再反射ターゲットを当てた前記測定対象物の空間座標を求める３次元レーザトラッカーを用いるものであって、
   前記再反射ターゲットによって前記複数本の各ロールの表面の少なくとも６点の座標を求めるロール表面座標取得工程と、
   該ロール表面座標取得工程で取得された座標に基づいて各ロールのロール軸芯を求めるロール軸芯取得工程と、
   該ロール軸芯取得工程で取得された各ロール軸芯と、該各ロール軸芯が取得された３次元座標内の基準位置とに基づいて各ロール軸芯の前記基準位置に対するずれ量を算出するロールずれ量算出工程とを備え、各ロール軸芯の前記ずれ量を比較することで各ロールの全ロール間における相対的な位置を知ることができるようにしたことを特徴とするロール間相対位置測定方法。
2. 前記ロールずれ量算出工程における前記基準位置として、測定対象としている複数本のロールのいずれか１本のロールについて前記ロール軸芯取得工程で取得されたロール軸芯を用いることを特徴とする請求項１記載のロール間相対位置測定方法。