JP7236771B2 - レーザーによる圧延ロール表面の無秩序均一粗面化加工方法 - Google Patents
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Description
粗面化点パラメーターによりレーザー出力Pとレーザーパルス幅λを決定するステップと、
圧延ロール回転角度RAとレーザビームの圧延ロール端面までの距離Dxにより、レーザー粗面化加工領域を決定するステップと、
レーザー粗面化加工領域内に加工しようとする粗面化点により、レーザートリガタイミングtkとレーザビーム偏向角度ηを決定するステップと、
圧延ロール表面に対して粗面化点加工を施すステップと、を含むレーザーによる圧延ロール表面の無秩序均一粗面化加工方法である。
正NUM角形格子をランダムに決定するステップと、
粗面化点面積占有率β0と粗面化点の外円直径Dにより、格子ユニット寸法を決定するステップと、
正NUM角形格子と格子ユニット寸法で圧延ロール展開平面に対して格子区画を行って、格子中心点座標を取得して、規則均一分布座標値(Xi0,Yi0)とするステップと、
真性乱数生成装置によって乱数列対を生成し、乱数列対をスケーリング処理した後ランダム偏移座標値(Δxi,Δyi)を生成するステップと、
ランダム偏移座標値と規則均一分布座標値を重畳して、粗面化点分布座標セット(x,y)を取得するステップと、を含む。
粗面化点外円直径Dにより、粗面化点に外接する格子ユニットの面積A0を決定し、
実際面積占有率βを計算し、
粗面化点面積占有率β0と実際面積占有率βを比較し、実際面積占有率β<β0の場合に、β≧β0になるまで、面積増幅係数を再度調整し、
β≧β0の場合に、格子ユニットの面積A0によって格子ユニット寸法を取得する。
乱数列対から1対の乱数を抽出し、スケーリング演算方式で処理して格子ユニット内に収まるランダム偏移座標(Δxi,Δyi)を取得する。
前記評価指標がドットマトリクス無秩序度の評価指標とドットマトリクス均一度の評価指標を含み、
取得した粗面化点分布座標セット(x,y)の面領域内にランダムに若干の矩形サンプリング領域を設置し、矩形中心を原点として回転して矩形サンプリング領域内に収まる点の数量を統計して一つの群の点数量データ[n1、n2、n3、...ni]を取得し、
取得した粗面化点分布座標セット(x,y)の面領域でランダムにサンプリングし、サンプリング領域形状が円形又は多角形であり、サンプリング領域内に収まる点の数量を統計して一つの群の点数量データ[m1、m2、m3、...mi]を取得し、
標準サンプルデータを採取し、統計学で取得した設定値が
レーザビームの運動軌跡を区画するために、圧延ロール長さLをM等分し、圧延ロールの一つの回転周期内で、展開した圧延ロールをN等分し、
等分点を中心とし、L/2Mをピッチとして、圧延ロールの径方向に対して平行な上境界線Yupと下境界線Ydownを作成し、即ち、
前記境界線がレーザー粗面化加工領域を形成する。
粗面化点分布座標セット(x,y)のうち、
レーザーが圧延ロール表面で集光する時のレーザビームの射出口から圧延ロール表面までの最短距離D_laser_rollを測定し、
レーザー粗面化加工領域内の粗面化点加工のトリガタイミングtkとレーザビーム偏向角度ηを決定し、
1.本発明に係るレーザーによる圧延ロール表面の無秩序均一粗面化加工方法は、設計した粗面化点分布座標セットを直接レーザー粗面化装置の加工パラメーターに変換し、ランダム信号発生装置を増設する必要がなく、圧延ロール表面粗面化パターンの無秩序均一分布クローズドループ加工を実現し、可視化処理の効果を達成した。
2.本発明に係るレーザーによる圧延ロール表面の無秩序均一粗面化加工方法は、レーザー粗面化点の加工効率が100K/sに達することが可能で、従来の発明のレーザー粗面化点の加工効率を大幅に上回っている。
3.本発明に係るレーザーによる圧延ロール表面の無秩序均一粗面化加工方法は、レーザーパラメーターを変更することで粗面化点幾何パラメーターを精確に調整制御可能で、プロセスパラメーターデータを基に、レーザー粗面化点幾何パラメーターとレーザーパラメーターとのマッピング関係を構築し、異なる冷間圧延鋼板の生産プロセスに求められる粗面化点についての技術要求を満たすことができる。
ここで、運動パラメーターとはレーザビームの圧延ロール軸線X方向に沿った平行移動速度Vと圧延ロールの圧延ロール中心軸Ψに沿った回転速度Rotを指し、圧延ロールの長さLをM等分し、等分された圧延ロールはいずれも一周回転する必要がある。
圧延ロール軸線X方向の平行移動速度VとΨ軸回転速度Rotの関係を構築する。
Rot=MV/L
粗面化点パラメーター:粗面化点形状、粗面化点外円直径D、粗面化点突起高さH及び粗面化点面積占有率β0。
圧延ロールパラメーター:圧延ロール半径Rと圧延ロール長さL。
S02.1:正NUM角形格子をランダムに決定する。図3に示すように、正NUM角形格子は正三角形であってもよいし、正四角形であってもよいし、正六角形であってもよい。
S02.2:図4に示すように、粗面化点面積占有率β0と粗面化点の外円直径Dにより、格子ユニット寸法を決定する。具体的には、
粗面化点外円直径については、特定のレーザーパラメーターで加工する単一の粗面化点のパターンとして主に球冠粗面化点と火山噴火口粗面化点の2種があり、同一のパラメーターで加工する複数の粗面化点外円直径を測定し、平均値をとって粗面化点外円直径Dを決定する。粗面化点外円直径Dにより、粗面化点に外接する格子ユニットの面積A0を決定する。
実際面積占有率βを計算する。
粗面化点面積占有率β0と実際面積占有率βを比較し、実際面積占有率β<β0の場合に、β≧β0になるまで、面積増幅係数を再度調整する。ここで、粗面化点面積占有率β0は達成しようとする技術要求に規定される粗面化点面積占有率である。
β≧β0の場合に、格子ユニットの面積A0によって格子ユニット寸法を取得する。
S02.3:正NUM角形格子と格子ユニット寸法で圧延ロール展開平面に対して格子区画を行って、格子中心点座標を取得して、規則均一分布座標値(Xi0,Yi0)とする。
圧延ロール展開表面については、粗面化領域の長辺は圧延ロール周長Lであり、粗面化領域の幅辺は圧延ロール直径φである。正方形格子充填方式で粗面化領域に対して格子区画を行う。
S02.4:真性乱数生成装置によって乱数列対を生成し、乱数列対をスケーリング処理した後ランダム偏移座標値(Δxi,Δyi)を生成する。
発振器サンプリング原理で真性乱数生成装置を設計して真性乱数を生成すると共に、回路熱雑音の存在によって、発振器が動作する時に影響されて小さい範囲の変動が発生する。サンプリング信号がちょうどジッタ区間に至ってサンプリングする時に、サンプリングによって生成するデータが完全なランダム性を有することを保証する。
ここで、真性乱数生成装置は高周波数発振器、低周波数発振器及びDトリガーで構成され、高周波数発振器の出力をトリガーの入力とし、低周波数発振器の出力をトリガーのクロック信号入力とする。低周波数発振器出力信号の立ち上がりが来るたびに、Dトリガーは高周波発振器に対してサンプリングして1ビットのデータを生成する。
乱数列対から1対の乱数を抽出し、スケーリング演算方式で処理して格子ユニットに収まるランダム偏移座標(Δxi,Δyi)を取得する。
S02.5:図5に示すように、ランダム偏移座標値と規則均一分布座標値を重畳して、二次元ドットマトリクス座標分布データセット(Xi,Yi)を取得する。
Xi=Xi0+Δxi
Yi=Yi0+Δyi
ここの二次元ドットマトリクス座標分布データセット(Xi,Yi)は粗面化点分布座標セット(x,y)となる。
S02.6:取得した粗面化点分布座標セット(x,y)に対して評価指標を計算し、設定値を満たすかを判断し、設定値を満たさない場合に、格子形状を正NUM+1角形に変更し、二次元ドットマトリクス座標分布データセットを再度決定する。具体的には、
前記評価指標がドットマトリクス無秩序度の評価指標とドットマトリクス均一度の評価指標を含む。
図11に示すように、取得した二次元ドットマトリクス座標分布データセットの面領域内に若干のS_L*S_B長尺状矩形サンプリング領域をランダムに設置し、矩形中心を原点として回転し、角度分解能θをサンプリング精度により調整し、矩形サンプリング領域内に収まる点の数量N矩形を統計し、一つの群の点数量データ[n1、n2、n3、...ni]を取得し、
図12に示すように、取得した二次元ドットマトリクス座標分布データセットの面領域でランダムにサンプリングし、サンプリング領域形状が円形又は多角形であり、サンプリング領域内に収まる点の数量N円形を統計し、一つの群の点数量データ[m1、m2、m3、...mi]を取得し、
統計量の分散をドットマトリクス均一度の評価指標とする。
標準サンプルデータを採取し、統計学で取得した設定値が
設定値を満たさない場合に、格子形状を正NUM+1角形に変更し、二次元ドットマトリクス座標分布データセットを再度決定する。
ここで、粗面化パラメーターは粗面化点種類、粗面化点直径D及び粗面化点高さhを含み、レーザー粗面化パラメーターとレーザーパラメーターのマッピング関係によって、レーザー出力Pとパルス幅λを直接選択し出力する。レーザー粗面化点幾何パラメーターとレーザーパラメーターのマッピングデータベースの構築はプロセスパラメーターデータに基づくものであり、大量のレーザー粗面化点加工プロセス実験を行う必要がある。
図7に示すように、圧延ロール軸線X方向での各回転周期内でX方向位置センサーとΨ軸のインクリメンタルエンコーダがいずれも信号をN回フィードバックする。
1周期内で加工する圧延ロールを展開し、N等分するようにレーザビームの運動軌跡を区画する。
図8に示すように、等分点を中心とし、L/2Mをピッチとして、圧延ロールの径方向に対して平行な上境界線Yupと下境界線Ydownを作成し、即ち、
粗面化点分布座標セット(x,y)とtfタイミングのレーザビームの圧延ロール展開平面での位置を判断し、tfタイミングの加工領域内に加工しようとする粗面化点を決定する。
図9に示すように、トリガタイミングtkがtfタイミングとtf+1タイミングとの間にあり、レーザーが圧延ロール表面で集光した後のレーザー発生装置端面から圧延ロール表面までの最短距離がD_laser_rollであり、加工領域での粗面化点加工のトリガタイミングtk、レーザビーム偏向角度ηを計算し出力する。
図10に示すように、レーザー粗面化加工装置の高さ方向Z、圧延ロール直径方向Yにおいてはサーボ駆動モータは設定された平行移動速度Vで復帰と集光調整を行い、圧延ロール軸線方向Xに沿った平行移動、圧延ロール中心軸Ψに沿った回転についてはサーボ駆動モータは設定されたX方向平行移動速度Vと圧延ロールの圧延ロール中心軸Ψに沿った回転速度Rotで動作する。
レーザー加工パラメーターのトリガタイミングtkは音響光学変調Qドライバを制御してタイミングでレーザー発生装置にパルス励起信号を開閉させ、レーザー加工パラメーターの偏向角度ηはレーザー発生装置の微細偏向を制御し、レーザー加工パラメーターの出力P及びパルス幅λはレーザー発生装置のレーザビームのエネルギーを制御する。
レーザー発生装置はレーザー加工パラメーター要求によって高エネルギーのレーザビームを出力すると同時に平行移動し、圧延ロールは回転し、それによって圧延ロール表面に対してレーザー粗面化加工を施す。
Claims (7)
- 粗面化点パラメーターと圧延ロールパラメーターにより、粗面化点分布座標セット(x,y)を決定するステップと、
粗面化点パラメーターによりレーザー出力Pとレーザーパルス幅λを決定するステップと、
圧延ロール回転角度RAとレーザビームの圧延ロール端面までの距離Dxにより、レーザー粗面化加工領域を決定するステップと、
レーザー粗面化加工領域内に加工しようとする粗面化点により、レーザートリガタイミングtkとレーザビーム偏向角度ηを決定するステップと、
圧延ロール表面に対して粗面化点加工を施すステップと、を含み、
前記の粗面化点分布座標セット(x,y)を決定するステップは、具体的には、
正NUM角形格子をランダムに決定するステップと、
粗面化点面積占有率β 0 と粗面化点の外円直径Dにより、格子ユニット寸法を決定するステップと、
正NUM角形格子と格子ユニット寸法で圧延ロール展開平面に対して格子区画を行って、格子中心点座標を取得して、規則均一分布座標値(X i0 ,Y i0 )とするステップと、
真性乱数生成装置によって乱数列対を生成し、乱数列対をスケーリング処理した後ランダム偏移座標値(Δxi,Δyi)を生成するステップと、
ランダム偏移座標値と規則均一分布座標値を重畳して、粗面化点分布座標セット(x,y)を取得するステップと、
取得した粗面化点分布座標セット(x,y)に対して評価指標を計算し、設定値を満たすかを判断し、設定値を満たさない場合に、格子形状を正NUM+1角形に変更し、粗面化点分布座標セット(x,y)を再度決定するステップと、を含み、
を特徴とするレーザーによる圧延ロール表面の無秩序均一粗面化加工方法。 - 乱数列対をスケーリング処理した後ランダム偏移座標値を生成するステップは、具体的には、
乱数列対から1対の乱数を抽出し、スケーリング演算方式で処理して格子ユニット内に収まるランダム偏移座標(Δxi,Δyi)を取得することを特徴とする請求項1に記載のレーザーによる圧延ロール表面の無秩序均一粗面化加工方法。 - 取得した粗面化点分布座標セット(x,y)に対して評価指標を計算するステップは、具体的には、
前記評価指標がドットマトリクス無秩序度の評価指標とドットマトリクス均一度の評価指標を含み、
取得した粗面化点分布座標セット(x,y)の面領域内にランダムに若干の矩形サンプリング領域を設置し、矩形中心を原点として回転して矩形サンプリング領域内に収まる点の数量を統計して一つの群の点数量データ[n1、n2、n3、...ni]を取得し、
取得した粗面化点分布座標セット(x,y)の面領域でランダムにサンプリングし、サンプリング領域形状が円形又は多角形であり、サンプリング領域内に収まる点の数量を統計して一つの群の点数量データ[m1、m2、m3、...mi]を取得し、
標準サンプルデータを採取し、統計学で取得した設定値が
- 圧延ロール回転角度RAとレーザビームの圧延ロール端面までの距離Dxにより、レーザー粗面化加工領域を決定するステップは、具体的には、
レーザビームの運動軌跡を区画するために、圧延ロール長さLをM等分し、圧延ロールの一つの回転周期内で、展開した圧延ロールをN等分し、
等分点を中心とし、L/2Mをピッチとして、圧延ロールの径方向に対して平行な上境界線Yupと下境界線Ydownを作成し、即ち、
前記境界線がレーザー粗面化加工領域を形成することを特徴とする請求項1に記載のレーザーによる圧延ロール表面の無秩序均一粗面化加工方法。
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