JP7333032B2 - ロールの表面状態の計測装置 - Google Patents

Description

本発明はロールの表面状態の計測装置に係り、詳しくは正確なロール（特に弾性ロール）の表面状態を計測することができる計測装置に関するものである。また、ロールの表面状態を計測することによって、ロールの劣化度合を正確に把握することができるとともに、ロールに異常が生じた場合には速やかに検知することができるロールの表面状態の計測装置に関するものである。

鋼板、紙、フィルム等の薄板状製品の製造・加工・搬送工程には、数多くのロールが使用されている。係るロールは過酷な条件下で使用されることも多く、荷重、熱、薬液、油等による劣化が生じるため定期的に交換が行われている。例えば、弾性ロールにおいては、使用の際の回転および加重によって弾性体が撓んで温度上昇を起こす。係る温度上昇はロールの許容範囲内であればその一部が放熱されることから、ロールは正常に保たれることになる。しかし、温度上昇が許容範囲外になってしまうと、ゴムロールの場合には、まずロール表面に疵（亀裂）が入り（図５（ａ））、その後破裂（バースト）を起こす（図５（ｂ））ことになり、ウレタンロールの場合には、まずロール内部が溶融を起こし、その後膨れを起こしたり（図５（ｃ））、溶融物が溶けだしたりすることになる。
ここで、従前におけるロールのメンテナンス（交換・補修）時期の判断については、ロールの表面状態、例えば、弾性ロールにおいては、疵の有無、摩耗量、表面硬度、表面粗さ等を目視や計測を行うことで異常がないかを確認して行われている。そして、このような表面状態の計測技術としては以下のようなものが知られている（特許文献１～３）。

特許文献１には、カレンダーロールの研磨管理方法において、接触式の変位計がロール上を走査することで、ロール表面の凹凸を測定することができることが開示されている。
特許文献２には、半導体レーザーを用いて圧延ロール表面の粗度を非接触で測定することで、ロール表面の肌荒れや摩耗の度合いを検知する装置が開示されている。
特許文献３には、硬度計の位置をロールに対して特定の角度で固定することで、測定者の個性や経験の差異による影響を排除した測定を可能とした硬度測定装置が開示されている。

特開２００２－２４２０９０号公報 特開平６－２６５３３５号公報 特開２００６－３１８５号公報 特許第６４７３００７号公報

しかしながら、特許文献１～３に記載されている計測手法では、ロール表面に異物が付着しているような場合には、正確なロールの表面状態を計測できないという問題がある。特に、特許文献２のように、ロールが回転中に非接触センサを用いて表面状態を計測するような場合は、異物による誤差の影響が大きくなることから、本来であればメンテナンスの必要がないロールをメンテナンスの時期が来たと誤って判断してしまうという問題がある。

また、ロールをメンテナンスする際には、製造ラインを停止させなければならず、自ずと製品の生産性が低下することになることから、上記のように正確なロールの表面状態を計測できずに誤った判断をしてしまった場合には、生産性を著しく低下させてしまい、無駄なコストを発生させてしまうという問題もある。

また、ロールに異常が生じた場合には、係る異常ロールが製品の品質にも影響を及ぼすことがある。
例えば、弾性ロール等では酸等の薬液による劣化によってロールの表面が溶けて粘着性を帯びてしまうことがあるが、そのようなロール上を製品が通過した場合には製品に異物が付着してしまい、製品の品質低下につながってしまうのである。また、ロットの切り替え時等、新たな薄板状製品がロールに送られる際には、新たな薄板状製品がロールに当たった際の衝撃でロールの表面が剥離したり、表面に疵が入ってしまうことがあるが、そのようなロール上を製品が通過した場合には製品に疵が付いてしまい、製品の品質低下につながってしまうのである。さらに、製品が通過する際の摩擦によってロールの表面がつるつるの状態になってしまった場合にはロール上を製品が蛇行して搬送されてしまうことがあり、適切な加工が行われず、製品の品質低下につながってしまうのである。
そして、このような事態が発生してしまうと、製品に対する信頼性が低下してしまうこととなり、ひいては事業の存続に関わる大問題に発展してしまうこともあるのである。

従って、ロールの表面状態を正確に計測することは極めて重要となるのである。なお、この点は、ロールの異常発生を未然に防ぐという観点やロールのメンテナンスを適切な時期に行うという観点からも極めて重要となるのである。また、ロールに異常が生じた場合には、不良品の発生量を極力少なくするためにも製造ラインを直ちに停止させることが重要であり、係る観点からも極めて重要となるのである。

一方、薄板状製品の製造・加工・搬送工程においては、従前からロール表面の異物を除去するための「ドクター装置」が用いられている（特許文献４参照）。

今回、本願発明者らは鋭意検討を行った結果、ロール表面の異物を取り除くドクター装置を利用することで、ロールの正確な表面状態を計測することができ、ロールのメンテナンス時期の判断を適切に行うことができるロールの表面状態の計測装置を構築することができるという知見を得た。
また、ドクター装置のドクターブレードの振動を検知することで、ロールの異常発生を直ちに検知できるロールの表面状態の計測装置を得ることができるという知見を得た。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、ロールの正確な表面状態を計測することができ、ロールに生じた異常を直ちに検知して、ロールのメンテナンス時期の判断を適切に行うことができるロールの表面状態の計測装置の提供を目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るロールの表面状態の計測装置は、ロールの表面状態を計測する計測装置であって、ドクター装置のドクターブレードよりもロールの回転方向下流側に設けられているものであり、計測装置が、ロールの回転状況に応じて稼働されるものであることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るロールの表面状態の計測装置は、計測装置が、表面硬度、表面粗さ、表面疵、摩耗度、表面粘着度の少なくとも一つを計測するものであることを特徴とする。

本発明の請求項３に係るロールの表面状態の計測装置は、ドクターブレードの振動を検知するセンサが設けられており、計測装置がセンサの検知情報に基づいて稼働されるものであることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るロールの表面状態の計測装置は、計測装置の計測データに基づいてロールの表面状態を評価する評価手段が設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項５、６に係るロールの表面状態の計測装置は、計測装置の計測データおよび／または評価手段の評価結果を送信する送信手段が設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項７に係るロールの表面状態の計測装置の制御方法は、ロールの表面状態の計測装置を制御する方法であって、センサが検知する振動値が所定値以上となった場合に計測装置による計測を行うことを特徴とする。

本発明に係るロールの表面状態の計測装置によれば、ロールの表面状態を計測する計測装置をドクター装置のドクターブレードよりもロールの回転方向下流側に設けることによって、ロールの真の表面状態を正確に把握することができる。そしてその結果、ロールの補修の可否や交換時期を適切に判断することができる。なお、係る効果はロールが弾性ロールの場合に特に顕著なものとなる。

本発明の請求項２に係るロールの表面状態の計測装置によれば、ロールの表面状態を様々な観点から計測することによって、ロールの表面状態をより正確に把握することができる。

本発明の請求項３に係るロールの表面状態の計測装置によれば、計測装置をロールの回転状況に応じて稼働させることによって、ロールの表面状態をより正確に把握することができる。

本発明の請求項４に係るロールの表面状態の計測装置によれば、計測装置をドクターブレードの振動に基づいて稼働させることによって、ロールの表面状態をより正確に把握することができる。また、ロールに生じた異常を速やかに把握することができる。

本発明の請求項５に係るロールの表面状態の計測装置によれば、計測装置の計測データに基づいてロールの表面状態を評価する評価手段を設けることによって、ロールの補修の可否や交換時期をより適切に判断することができる。

本発明の請求項６に係るロールの表面状態の計測装置によれば、計測装置の計測データおよび／または評価手段の評価結果を送信する送信手段を設けることによって、ロールの表面状態を離れた場所で把握することができる。また、ロールが設置されている各ラインの状態を集中管理することができる。

本発明の請求項７に係るロールの表面状態の計測装置を制御する方法によれば、センサが検知する振動値が所定値以上となった場合に計測装置による計測を行うことによって、ロールの表面状態を正確に把握することができる。また、ロールに生じた異常を速やかに把握することができる。

本発明の計測装置の動作を示す模式図である。 本発明の計測装置の一の制御手段（手動計測モード）を示すフロー図である。 本発明の計測装置の別の制御手段（自動計測モード）を示すフロー図である。 本発明の計測装置の評価手段を示すフロー図である。 弾性ロールの劣化の例を示す写真（図５（ａ）はゴムロール表面に疵（亀裂）が入った状態の写真、図５（ｂ）は破裂（バースト）した状態の写真、図５（ｃ）はウレタンロール内部が溶融し膨れた状態の写真、図５（ｄ）は膨れ部分を解体した状態の写真）である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。

（基本構成）
まず、本発明に係るロールの表面状態の計測装置１の構成を図１に基づいて説明する。
本発明のロールの表面状態の計測装置１は、図１（ａ）に示すように、ドクター装置２のドクターブレード３よりもロール４の回転方向下流側に設けられた構造となっている。係る構造とすることによって、ロール４に付着した異物が除去された状態でロール４の表面状態を計測することができ、正確な計測を行うことができるのである。そしてその結果、ロール４の補修の可否や交換時期を適切に判断することができるのである。

本発明のロールの表面状態の計測装置１に用いられる計測機器としては、ロール４の表面状態を計測できるものであれば特に限定されず、ロール表面に接触することなく表面状態を計測する接触式の計測装置１（１ａ）や、ロール表面に接触することで表面状態を計測する非接触式の計測装置１（１ｂ）が挙げられる。
具体的には、計測する項目によって適宜選択されることになり、各測定項目に応じて以下のような計測機器が挙げられる。
・摩耗度：レーザー変位計（非接触式）
・疵、削れの有無：レーザー変位計（非接触式）
・表面硬度：硬度計（接触式）
・表面粗さ：光学式の反射センサ（非接触式）、高精度のレーザー変位計（非接触式）、表面粗さ計（接触式）
・表面温度：温度センサ（非接触式、接触式）
・表面の粘着度：粘着度計（フォースゲージ、接触式）

なお、これらの計測機器はその内のいずれか一つを用いてもよいが、ロール４の表面状態をより正確に把握できることから、複数の計測機器を組み合わせて用いるのが好ましい。

本発明に係るロールの表面状態の計測装置１は、上記した計測機器がロール４の回転状況に応じて稼働されるものであってもよい。例えば、硬度計や粘着度計（フォースゲージ）のようにロール表面に接触することでしか表面状態の計測をすることができない場合は、ロール４の回転（ラインの運転）が停止した状態でなければ正確な計測を行うことができない。
従って、ロール４の回転が停止している場合は、主に接触式の計測機器を稼働（必要に応じて非接触式も稼働）させ、ロール４が回転中の場合は非接触式の計測装置を稼働させてもよい。

ロール４の回転状況を検知する手法としては、ロール端部にコロ（回転体）が当接するようにして、係るコロの回転を検知する方法などが知られているが、製造ラインの運転状況を検知することで間接的にロール４の回転状況を検知することも可能である。例えば、製造ラインの制御システムから送信されるラインの運転・停止の各信号を受信する受信手段をロールの表面状態の計測装置１内（詳しくは後記する制御手段内）に設けておくことで、ロール４の回転が停止したことを検知することができる。
また、ドクター装置２には、一般的にラインの運転停止信号を受信する受信手段が備えられていることから、係る機能を利用すれば新たな設備を設けることなくロール４の回転状況を検知することもできる。
さらに、後記するように、ドクター装置２のドクターブレード３の振動を利用することでロールの回転状況を検知することもできる。

（ドクター装置）
本発明に用いられるドクター装置２は公知のものを用いることができる。
なお、ドクター装置２については、ドクターブレード３の振動を検知するセンサ５を備えていてもよい。係る構成としたドクター装置２を用いれば、ロール４に異常（ロール表面の断裂、剥離等）が生じた際に発生する衝撃をドクターブレード３の振動を通じて検知することができ、ロール４の異常を直ちに把握することができるので好適である。
また、製造ラインの運転状況を検知する方法を採用した場合には、信号としては停止である（製造ラインは停止している）信号を受信した場合でも、ロール自体は直ぐには停止せず惰性で回転し続けることがあり得るのに対して、ドクターブレード３の振動を通じてロール４の回転状況を検知する方法を採用すれば、惰性で回転しているロールに接触式の計測機器を接触させて破損させてしまうことを防止することができるので好適である。
なお、センサ５はドクターブレード３の振動を検知できるものであれば特に限定されず、汎用のものを使用することができる。例えば特許文献４に記載の検知手段などを応用することができる。

また、センサ５が検知する振動がロール４に生じた異常によるものか否かを判断する方法としては、異常が発生した際の振動値（所定値）を予めロール毎に把握しておき、センサ５が検知する振動値が係る所定値以上となった場合に異常が発生したと判断する方法などが挙げられる。

さらに、センサ５はロール４の回転状況を検知する目的でも用いることができる。例えば、センサ５が検知する振動値がゼロなど所定値以下となった場合は、ロール４の回転が停止したと判断する方法などが挙げられる。

（制御手段）
本発明にかかるロールの表面状態の計測装置１の稼働は、必要に応じて手動で稼働させるものであっても良いが、ロール４の回転状況やドクターブレード３の振動値などの検知情報に基づいて稼働する制御手段（図示せず）を設けて、係る制御手段が行うものとしてもよい。
具体的には、上記の検知手法に基づいてロールが回転中である場合には非接触式の計測装置を稼働（図１（ｂ））させ、ロールが停止中である場合には主に接触式の計測機器を稼働（図１（ｃ））させる制御を行うことになる。

また、制御手段は、後記する評価手段の評価結果に基づいてロール４の稼働を制御するものとすることもできる。係る制御を行えば、ロールに不具合が発見された際に直ちにロールを停止させることができ、不良品の発生を効果的に削減することができるので好適である。

（評価手段）
本発明に係るロールの表面状態の計測装置１は、さらに、計測装置の計測データに基づいてロール４の表面状態を評価する評価手段６を備えていてもよい。係る構成とすることによって、ロール４の補修の可否や交換時期をより適切に判断することができる。

評価手段６の構成としては特に限定されるものではないが、計測データ記録手段７とロール情報記録手段８を備えておく構成などを挙げることができる。
計測データ記録手段７には、計測装置によって計測されたデータが記録される。計測データが逐次記録されることにより、ロールの表面状態の履歴（経時変化）を把握することができる。ロール情報記録手段８には、ライン上にロールが設置されている位置に関する情報や各計測項目に関するロールの初期値（新品時の数値、例えばロール径、ロール形状等の情報）、また必要に応じて各計測項目におけるロールの表面状態の許容数値範囲等が記録される。

ロールの表面状態を評価する方法についても特に限定されるものではないが、まず、評価対象の計測データを計測データ記録手段７から抽出し、ロール情報記録手段８に記録されている許容数値範囲と比較を行い、次に、計測データが許容数値の範囲外であるか否かを診断する方法などが挙げられる。そして、計測データが許容数値の範囲外である場合は、異常発報を行い生産管理者に異常を知らせるものとすることができる。
なお、上記の許容数値範囲は、予め設定した数値をロール情報記録手段８に記録させて（入力して）おいてもよいし、これまでに計測した計測データに基づいて演算することによって求めてもよい。また、計測した計測データに基づいて演算することによって求める場合には、計測データとロールの初期データおよび使用期間に基づいてＡＩ（人工知能）に演算させることによって求めることもできる。

（送信手段）
本発明にかかるロールの表面状態の計測装置１は、さらに、計測装置の計測データや評価手段の評価結果を送信する送信手段（図示せず）を備えていてもよい。係る構成とすることによって、ロールの表面状態を離れた場所で把握することができる。例えば、ロールが設置されている同一工場内の各ラインの状況を制御室で集中管理することや全国の各工場の各ラインの状況の状態を本社で集中管理することができる。

次に、上記のように構成されたロールの表面状態の計測装置１の動作および作用を説明する。

ロールの表面状態の計測装置１の動作としては、まず、図１（ａ）に示すように、ロールの表面状態の計測装置１がドクター装置２のドクターブレード３よりもロールの回転方向下流側に設けられていることから、ロールに付着したり、ロールから剥離したりした異物Ａがドクターブレード３によって除去された状態のロール表面を計測することになる。
従って、ロールの真の表面状態を正確に把握することができる。具体的には、［００３１］や［００３６］に記載のとおり、ロールが回転中である場合には非接触式の計測機器を稼働（図１（ｂ））させ、ロールが停止中である場合には主に接触式の計測機器を稼働（図１（ｃ））させる制御を行うことになる。

次に、各計測機器の具体的な動作について説明する。なお、各計測機器の動作については、手動計測モードと制御手段によって行う自動計測モードがある。

（手動計測モード）
まず、本発明に係るロールの表面状態の計測装置１の手動計測モードのフローについて、図２に基づいて説明する。

まず、計測開始のスイッチを手動で入れて計測を開始する。

次に、ステップ１（Ｓ１）において、ロールが回転中か（ラインが運転中か）を判断する。なお、ロールが回転中かどうかの判断は、［００３２］や［００３３］に記載の検知手段を用いればよい。

次に、ロールが回転中の場合には、非接触式の計測装置（レーザー変位計、温度センサ、光学式の反射センサ）を稼働させ（図１（ｂ））、計測データをディスプレイ上に表示するとともに評価手段内（計測データ記録手段７）に記録し、計測を終了する。

一方、ロールが停止中である場合には、主に接触式の計測機器（硬度計、表面粗さ計、粘着度計）を稼働させ（図１（ｃ））、計測データをディスプレイ上に表示するとともに評価手段内（計測データ記録手段７）に記録し、計測を終了する。なお、必要に応じて非接触式の計測装置（レーザー変位計、温度センサ、光学式の反射センサ）も稼働させる。

以上のとおり、手動計測モードにおいては、設備管理者がロールの表面状態を確認したいタイミングでロールの表面状態の計測装置の稼働を行うことができる。

（自動計測モード）
次に、本発明に係るロールの表面状態の計測装置１の自動計測モードのフローについて、図３に基づいて説明する。

まず、制御手段などからの信号によって計測が開始されることになる。

次に、ステップ１（Ｓ１）において、ロールが回転中か（ラインが運転中か）を判断する。なお、ロールが回転中かどうかの判断は、［００３２］や［００３３］に記載の検知手段を用いればよい。

次に、ステップ１（Ｓ１）においてロールが回転中と判断した場合には、ステップ２（Ｓ２）においてセンサ５が異常振動を検知したかどうかを判断する。なお、異常振動であるかどうかの判断は、［００３４］に記載の所定値に基づいて判断する。

次に、異常振動を検知した場合には、非接触式の計測装置（レーザー変位計、温度センサ、光学式の反射センサ）を稼働させ（図１（ｂ））、計測データをディスプレイ上に表示するとともに評価手段内（計測データ記録手段７）に記録し、計測を終了する。
異常振動を検知しない場合には、再度ステップ２（Ｓ２）に戻り、センサ５が異常振動を検知したかどうかを判断する。

一方、ステップ１（Ｓ１）においてロールが停止中であると判断した場合には、主に接触式の計測機器（硬度計、表面粗さ計、粘着度計）を稼働させ（図１（ｃ））、計測データをディスプレイ上に表示するとともに評価手段内（計測データ記録手段７）に記録し、計測を終了する。なお、必要に応じて非接触式の計測装置（レーザー変位計、温度センサ、光学式の反射センサ）も稼働させる。

以上のとおり、自動計測モードにおいては、ラインの運転中の如何に関わらず、ロールの表面状態を常に確認することができる。

（評価）
最後に、手動計測モードまたは自動計測モードによって計測された計測データに基づいてロール４の表面状態を評価する際のフローについて、図４に基づいて説明する。

まず、制御手段などからの信号によって評価が開始されることになる。

次に、摩耗度や表面硬度などの各評価項目の計測データを計測データ記録手段７から抽出するとともに、ロール情報記録手段８からも対応する評価項目の許容数値範囲を抽出する。なお、評価項目の許容数値範囲については、予め、ロール情報記録手段８に各ロールの許容数値範囲を入力しておいても良いし、ロール情報記録手段８にはロール情報（ロールの初期データ）のみを入力し、ロール情報記録手段８内において、入力したロール情報（ロールの初期データ）などから演算を行って許容数値範囲を算出してもよい。

次に、抽出した計測データと許容数値範囲との比較を行う。

次に、ステップ３（Ｓ３）において、計測データが許容数値範囲内であるかどうかを判断する。

次に、ステップ３（Ｓ３）において計測データが許容数値範囲外であると判断した場合には、ロールに異常が発生している旨の発報（例えば、警告灯の点灯や異常となった計測項目のディスプレイ上への表示など）を行って計測を終了する。そしてその後、ロールのメンテナンス（交換・補修）を行うことになる。

一方、ステップ３（Ｓ３）において計測データが許容数値範囲内であると判断した場合には、手動計測モードの場合には評価を終了し、自動計測モードの場合にはステップ１（Ｓ１）に戻って計測（ロールの異常監視）を継続する。

なお、各評価項目の計測データとステップ３（Ｓ３）における判断結果を用いてＡＩに演算させることによって、使用中のロールの劣化の進行度合を解析し、適切なメンテナンス（交換・補修）の時期を予想することもできる。

以上のとおり、本発明のロールの表面状態の計測装置は、ロールの表面状態の計測装置がドクター装置のドクターブレードよりもロールの回転方向下流側に設けられていることから、ロールの真の表面状態を正確に把握することができる。そしてその結果、ロールの補修の可否や交換時期を適切に判断することができることになる。

本発明のロールの表面状態の計測装置は、鋼板、紙、フィルム等の薄板状製品の製造・加工・搬送工程に使用されるロール（特に弾性ロール）に用いることができる。

１ ロールの表面状態の計測装置
１ａ ロールの表面状態の計測装置（接触式）
１ｂ ロールの表面状態の計測装置（非接触式）
２ ドクター装置
３ ドクターブレード
４ ロール
５ センサ
６ 評価手段
７ 計測データ記録手段
８ ロール情報記録手段
Ａ 異物

Claims (7)

1. ロールの表面状態を計測する計測装置であって、
   ドクター装置のドクターブレードよりも前記ロールの回転方向下流側に設けられているものであり、
   前記計測装置が、
   前記ロールの回転状況に応じて稼働されるものであることを特徴とするロールの表面状態の計測装置。
   
2. 前記計測装置が、
   表面硬度、表面粗さ、表面疵、摩耗度、表面粘着度の少なくとも一つを計測するものであることを特徴とする請求項１に記載のロールの表面状態の計測装置。
   
3. 前記ドクターブレードの振動を検知するセンサが設けられており、
   前記計測装置が前記センサの検知情報に基づいて稼働されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロールの表面状態の計測装置。
   
4. 前記計測装置の計測データに基づいて前記ロールの表面状態を評価する評価手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロールの表面状態の計測装置。
   
5. 前記計測装置の計測データを送信する送信手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロールの表面状態の計測装置。
   
6. 前記評価手段の評価結果を送信する送信手段が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のロールの表面状態の計測装置。
   
7. 請求項３に記載のロールの表面状態の計測装置を制御する方法であって、
   前記センサが検知する振動値が所定値以上となった場合に前記計測装置による計測を行うことを特徴とするロールの表面状態の計測装置の制御方法。