JPH05272959A - ロールプロフィルの測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 熱間圧延機等の板材の圧延機のワークロール
の軸線方向の半径寸法変化（ロールプロフィル）を、イ
ンラインで高精度に計測する装置。 【構成】 ワークロール２，２′の表面の凹凸を測定す
るため変位検出器取付台４上に、ワークロールの外周に
臨んで３個以上の変位検出器３ａ，３ｂ，３ｃをロール
軸線方向にほぼ平行に移動可能に配設し、ロール軸芯Ｏ
と変位検出配置点とのへだたり量の変化を測定し、その
測定値を演算処理することにより測定時のガイドレール
の変形やうねり、あるいは測定対象のワークロール２，
２′の振れ回り誤差等の影響を受けることなく測定対象
ワークロールの平均半径を求め、変位検出器取付台４の
所定移動距離でのロールの平均半径の変化量からロール
軸方向の半径変化（ロールプロフィル）を定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば熱間圧延機等の板
材の圧延機において，ワークロールの軸線方向の半径寸
法変化すなわちロールプロフィルを，インラインにて計
測する装置に適用されるロールプロフィルの測定方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延機等の板材の圧延機において
は，一般にワークロールは圧延材に接触する部分だけが
局部的に摩耗する。従って，正常な板厚分布の板材を圧
延するには，圧延材の圧延順序を広幅から狭幅へと移行
させていく必要があり，現在は殆んどの圧延機において
上述した圧延順序を採用している。

【０００３】しかしながら，このような板幅による圧延
順序規制は，生産性向上を阻害する大きな要因となって
おり，このような圧延順序を撤廃したいという要求が強
くなっている。上記の圧延順序規制撤廃のための方策と
して，ワークロールを圧延機スタンド内に組込んだ状態
でその表面を所望の形状に研削する，いわゆるオンライ
ンロール研削手段が提案されている。

【０００４】このロール研削を実施するにあたって最も
重要なことは，ロール研削前後あるいは研削中に被研削
ロールのロールプロフィルを常に把握することである。

【０００５】図５は従来のこの種のロールプロフィル計
測法の一例を示す図である。同図において，１はハウジ
ング，２はワークロール，３′は変位検出器，４′は変
位検出器取付台である。

【０００６】この変位検出器取付台４′は支持ビーム５
に取付けたガイドレール６に摺動自在に係合し，ネジ軸
７をモータ８で駆動することによりワークロール２の軸
線方向に移動するようになっている。

【０００７】また前記支持ビーム５は両端をハウジング
１のガイド９に摺動自在に支持され，ワークロール２側
の端面には一対の位置決めアーム１０を突設している。

【０００８】そして，その反対側はハウジング１または
基台に取付けた一対のシリンダ１１と連結し，このシリ
ンダ１１によって位置決めアーム１０を介して支持ビー
ム５をワークロール２の両端部に圧着せしめることによ
り，ガイドレール６の摺動面をワークロール２の軸線方
向とほぼ平行に保持し得るように構成されている。

【０００９】従って，支持ビーム５をシリンダ１１でワ
ークロール２の表面に圧着保持した状態で変位検出器
３′をワークロール２の軸線方向に移動させることによ
り，ワークロール２のロールプロフィルを容易に測定で
きる構成となっている。（例えば特開平３−２５４３０
５号公報参照）

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで前述のような
従来のロールプロフィルの計測方法には次に示すような
不具合点がある。

【００１１】（１）ガイドレール６は測定に際してワー
クロール２の軸線方向とほぼ平行に真直になる必要があ
るが，ガイドレール６の変形やうねりが発生した場合，
その変形量やうねり量が変位検出器３′での測定値に重
畳されてしまい，真の測定値が計測できない。特に上記
の測定方法を熱間圧延機に適用する場合には，圧延時の
熱の影響によりガイドレール６が熱変形し，高精度なロ
ールプロフィルを測定することが困難となる。

【００１２】（２）さらに，上記測定法を熱間圧延作業
中に実施する場合には，（即ち，図５には図示していな
いワークロール２の回転に同期した回転パルスに基づい
て同一のロール円筒母線上での測定値を得るように設定
されている場合には）（１）項のガイドレール６の変形
やうねり誤差に加えて，図５に図示していないロール軸
受箱とハウジング間のガタ，ロール軸受とロールジャー
ナル部のガタ，バックアップロールの偏心等に起因する
ワークロール２の振れ回わり誤差が発生して変位検出器
３′での測定値に重畳されてしまい真の測定値が計測で
きない。

【００１３】本発明は，上記各不具合を解決し，ガイド
レールに熱あるいはその他の原因による変形やうねりが
発生した場合にも，また測定対象のワークロールに各部
のガタやずれ等に起因する回転中の振れ回り誤差が発生
した場合にも、それらの影響を除去して高精度なロール
プロフィル測定を行なえるロールプロフィルの測定方法
を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の構成として本発明のロールプロフィルの測定方法は，
ロールの軸線方向にほぼ平行に往復運動可能に設けられ
た変位検出器取付台上に，前記ロールの外周に臨んで，
その表面凹凸を測定する３個以上の変位検出器を，前記
ロールの軸直角断面上でかつその検出感度方向が互いに
所定の角度をなして前記ロールの中心軸近傍で交わるよ
うに配置し，前記変位検出器取付台を前記ロールの軸線
方向にほぼ平行に移動させて，前記変位検出器によりロ
ール軸芯と前記変位検出器配置点とのへだたり量の変化
を測定し，この測定値から演算によって前記ロールの軸
線方向の半径寸法の変化を求めてロールプロフィルを定
めるようにした。

【００１５】また前記ロールプロフィル測定方法におい
て，前記ロールの回転中に変位検出器取付台を所定距離
毎に停止させて，ロール長さ方向の当該位置でのロール
半径の変化を測定してロールプロフィルを定めるように
することが好ましい。

【００１６】さらに，前記ロールプロフィル測定方法に
おいて，前記ロールの回転中に変位検出器取付台をロー
ル軸方向に連続的に移動させつつ，ロール軸方向移動距
離に対するロール半径変化を測定してロールプロフィル
を定めるようにすることも効果的である。

【００１７】

【作用】上記のように構成した本発明のロールプロフィ
ル測定方法は，ロール表面の凸凹測定のため変位検出器
取付台上にロールの外周に臨んで配置された３個以上の
変位検出器をロール軸線方向にほぼ平行に移動させてロ
ール軸芯と変位検出器配置点とのへだたり量の変化を測
定し，その測定値を演算処理することによって，測定時
のガイドレールの変形やうねり，あるいは測定対象ワー
クロールの振れ回り誤差等の影響を受けることなく，測
定対象ワークロールの平均半径を求めることが可能とな
り，変位検出器取付台の所定移動距離でのロールの平均
半径の変化量から，ロール軸方向の半径変化（ロールプ
ロフィル）を定めることが可能となる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１及び図２によっ
て説明する。図１は本発明の一実施例によるロールプロ
フィルの測定装置を備えた圧延機の正面図の概略を示し
たものであり，図２は図１中Ａ−Ａ′線矢視の平面図の
概略を示したものである。

【００１９】なお，従来例で説明した部分は同一の番号
をつけて説明を省略し，この発明に関する部分を主体に
説明する。

【００２０】まず図１及び図２に於て，１２はワークロ
ール２による圧延時の圧延荷重を発生させる為のバック
アップロールであり，１３はワークロール２，２′によ
って圧延される被圧延材である。

【００２１】ワークロール２，２′の表面の凸凹を測定
するための変位検出器３ａ，３ｂ，３ｃは，それぞれの
検出感度方向が角度α及びβをなしてワークロール２の
軸芯Ｏの近傍で交わるように変位検出器取付台４上にワ
ークロールの外周に臨んで配置されており，ワークロー
ル２の表面とのへだたり量を測定する。

【００２２】支持ビーム５に取付けたガイドレール６に
摺動自在に係合した変位検出器取付台４は，モータ８，
ネジ軸７，ガイドレール６を介してワークロール２の軸
線方向に移動される。

【００２３】また支持ビーム５は両端をハウジング１の
ガイド９に摺動自在に支持され，ワークロール２側の端
面には一対の位置決めアーム１０を突設している。また
その反対側はハウジング１または基台に取付けた一対の
シリンダ１１と連結し，このシリンダ１１により位置決
めアーム１０を介して支持ビーム５をワークロール２の
両端部に圧着している。

【００２４】この状態で変位検出器をワークロールの軸
線方向に移動させてワークロール表面の凸凹の測定を行
なう。

【００２５】そして変位検出器３ａ，３ｂ，３ｃでの測
定値を演算処理することによって，ワークロール２の平
均半径のロール軸方向への変化量が得られ，ワークロー
ル２のプロフィルを定めることができる。

【００２６】図３は本発明の測定原理を示す説明図で変
位検出器３ａ，３ｂ，３ｃでの測定値の演算手順を示
し，それによって測定時のガイドレール６の変形，うね
り，ワークロールの振れ回り誤差等の影響をうけること
なくワークロール２の平均半径の変化量を求めることが
できることを，以下（１）〜（４）の順序を追って説明
する。

【００２７】なお簡単化するため図３ではワークロール
２，変位検出器３ａ，３ｂ，３ｃ，変位検出器取付台４
のみを示し，他の要素は割愛した。

【００２８】（１）ワークロール２の断面形状の定式化
図３に示したように，ワークロールの軸芯Ｏを原点とす
る断面形状即ち円周上の各点と点Ｏとのへだたり量をｈ
（θ，ｘ）とすると，ｈ（θ，ｘ）は次の（１）式のよ
うに表わせる。 ｈ（θ，ｘ）＝Ｒ（ｘ）＋ｇ（θ，ｘ） ・・・・（１）

【００２９】ここに，Ｒ（ｘ）はワークロール２の平均
半径であり，ロール軸方向の位置（ｘ）によって変わる
値であるためＲ（ｘ）と表現した。またｇ（θ，ｘ）は
平均半径Ｒ（ｘ）からの偏差として表わされるロールの
真円度形状成分であり，一般にロール円周上の位置
（θ）とロール軸方向の位置（ｘ）とによって変わる値
であるためｇ（θ，ｘ）と表現した。なお図３に於て
は，簡単化のため真円度形状成分ｇ（θ，ｘ）を表わす
ロール断面の微小な表面凸凹は図中に表現していない。

【００３０】（２）変位検出器３ａ，３ｂ，３ｃでの測
定値 いま，ガイドレール６の変形やうねりあるいは測定対象
ワークロール２の振れ回り誤差等によって，ワークロー
ル２の軸芯Ｏと変位検出器３ａ，３ｂ，３ｃの感度方向
の支点Ｏ′との間に図のような相対変位δが発生した場
合について考える。

【００３１】図に於てＬＯＯ′Ｐ＝τとし，相対変位δ
によって生じる被測定点のずれを無視して考えると，変
位検出器３ａ，３ｂ，３ｃでの測定値da，db，dcは次の
（２）式で与えられる。

【００３２】ここに，ka，kb，kcは変位検出器３ａ，３
ｂ，３ｃの配置点（点Ｏ′からのへだたり量）又は測定
時の電気的オフセットによって定まる定数であり，各々
の変位検出器の取付状態を変更しないかぎり不変であ
る。

【００３３】またδ・ cos（τ−α），δ・ cosτ，δ
・ cos（τ＋β）は相対変位δに起因する誤差成分であ
り，相対変位の量δと方向τとの関数となる。

【００３４】（３）測定値の荷重加算による相対変位δ
に起因する誤差成分の相殺 次の（３）式を満たす定数 ａ｛＝−sin β／sin(α＋
β）｝，ｂ｛＝−sinα／sin(α＋β）｝を用いて合成
測定値Ｙ（θ，ｘ）≡ａ・da＋db＋ｂ・dcを計算する
と，Ｙ（θ，ｘ）は次の（４）式のようになる。

【００３５】 Ｙ（θ，ｘ）≡ａ・da＋db＋ｂ・dc ＝ａ・ｈ（θ−α，ｘ）＋ｈ（θ，ｘ）＋ｂ・ｈ（θ＋β，ｘ） ＋ａ・ka＋kb＋ｂ・kc＋ａ・δ・cos(τ−α）＋δ・ cosτ ＋ｂ・δ・cos(τ＋β） ＝（１＋ａ＋ｂ）・Ｒ（ｘ） ＋｛ａ・ｇ（θ−α，ｘ）＋ｇ（θ，ｘ） ＋ｂ・ｇ（θ＋β，ｘ）｝ ＋｛ａ・ka＋kb＋ｂ・kc｝ ・・・・・・（４）

【００３６】（４）式からわかるように合成測定値Ｙ
（θ，ｘ）は相対変位δに関する項を含んでおらず，測
定値の荷重加算によって相対変位δに起因する誤差がそ
の都度相殺されることがわかる。

【００３７】（４）変位検出器取付台の移動に伴う合成
測定値Ｙ（θ，ｘ）からの平均半径Ｒ（ｘ）の変化量の
測定 上記（４）式の右辺第３項は各々の変位検出器の設定条
件によって定まる一定値であり，右辺第１項がワークロ
ール２の平均半径Ｒ（ｘ）に関係する。

【００３８】ここで，右辺第２項はワークロール２の真
円度形状に関連する項であるが，Ｒ（ｘ）に比べて一般
に小さく，さらに，熱間圧延用ロールに於てはロール軸
方向の位置（ｘ）によって大きく変化しない値であり，
特に，ロール全周にわたっての平均値は０となる。

【００３９】従ってＸ＝ｘ_i の位置での合成測定値Ｙ
（θ，ｘ_i ）とＸ＝ｘ_j の位置での合成測定値Ｙ（θ，
ｘ_j ）との差△Ｙ_ijは次式のようになる。 △Ｙ_ij≡Ｙ（θ，ｘ_j ）−Ｙ（θ，ｘ_i ） ≒（１＋ａ＋ｂ）｛Ｒ（ｘ_j ）−Ｒ（ｘ_i ）｝・・・・（５）

【００４０】特に，合成測定値を求める場合の各変位検
出器の測定値da，db，dcとしてＸ＝ｘ_i ，Ｘ＝ｘ_j 位置
でのワークロール１回転にわたっての測定値を平均化し
た値da，db，dcを用いれば，（５）式は（６）式のよう
に完全な等号が成り立つ △Ｙ_ij＝（１＋ａ＋ｂ）｛Ｒ（ｘ_j ）−Ｒ（ｘ_i ）｝・・・・（６）

【００４１】（５）式及び（６）式に於て△Ｙ_ijは測定
によって得られる値，（１＋ａ＋ｂ）は変位検出器の配
置角α，βから計算によって求まる値であり，これから
ロール軸方向Ｘ_i 位置での平均半径Ｒ（ｘ_i ）とＸ_j 位
置での平均半径Ｒ（ｘ_j ）との差分｛Ｒ（ｘ_j ）−Ｒ
（ｘ_i ）｝は、Ｒ（ｘ_j ）−Ｒ（ｘ_i ）＝△Ｙ_ij／（１
＋ａ＋ｂ）として求まる。

【００４２】このような結果変位検出器取付台４をロー
ル軸方向に移動させつつ測定・演算したＲ（ｘ）の変化
量からロールプロフィルを定めることができる。

【００４３】以上の手順をまとめると，下記のようにな
る。 （ｉ）変位検出器取付台４がロール軸線方向Ｘ_i の位置
にある状態の下で，変位検出器３ａ，３ｂ，３ｃでの測
定値da, db, dcを得る。（好ましくは，ワークロール１
回転にわたっての平均測定値da, db, dcを得る）

【００４４】（ii）変位検出器３ａ，３ｂ，３ｃの配置
角のα，βによって定まる係数ａ｛＝−sin β／sin(α
＋β）｝，ｂ｛＝−sin α／sin(α＋β）｝を用いて合
成測定値Ｙ（θ，ｘ_i ）≡ａ・da＋db＋ｂ・dcを求め
る。

【００４５】（iii)合成測定値Ｙ（θ，ｘ_i ）を（１＋
ａ＋ｂ）で割った値Ｙ（θ，ｘ_i ）／（１＋ａ＋ｂ）
（＝Ｒ（ｘ_i ）＋ｃ）を求める。

【００４６】（iv）変位検出器取付台４をロール軸線方
向Ｘ_j の位置に移動させ，（ｉ），（ii），（iii)の測
定演算処理を行い Ｙ（θ，ｘ_j ）／（１＋ａ＋ｂ）
（＝Ｒ（ｘ_j ）＋ｃ）を求める。

【００４７】（ｖ）Ｘ_i ，Ｘ_j ，Ｘ_k ，Ｘ_l ，・・・の
位置に於て，上記（ｉ）〜（iii)の処理を行なうことに
よりワークロール２の軸線方向の平均半径の変化量が求
まり，ロールプロフィルが定まる。

【００４８】なお，上記手順に於てワークロール２の軸
線方向の平均半径の変化量を求める際，合成測定値Ｙ
（θ，ｘ_i ）をその都度（１＋ａ＋ｂ）で割ってＲ（ｘ
_i ）を求める方法に変えて，合成測定値Ｙ（θ，ｘ_i ）
の測定値を全測定値によって求め，この値を（１＋ａ＋
ｂ）で割った値として平均半径の変化量（ロールプロフ
ィル）を求める方法も可能であることは勿論である。

【００４９】また，（４）式は変位検出器３ａ，３ｂ，
３ｃでの測定が同時になされれば，その都度成立してお
り，ロール１回転にわたっての平均値を平均しなければ
相対変位δに起因する誤差が相殺されないということで
はない。

【００５０】なお，実際の圧延作業中に本方式を実施し
た場合ワークロール２には圧延荷重に起因するたわみが
生じているが，本発明の測定方法ではワークロールのた
わみに起因するロール軸芯のずれをも相殺したロール径
変化が得られる為，たわみ量のない場合と同じロールプ
ロフィルが求まる。

【００５１】実際の圧延作業と圧延作業の間のタイミン
グで本発明の測定方法を実施すれば，ワークロールにた
わみがない状態でのロールプロフィルを求めることがで
きることは勿論である。

【００５２】また，変位検出器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
・・・としては，実機圧延機環境中での使用が可能な超
音波を用いた水距離計，渦電流式変位等があるが，詳細
説明は割愛する。

【００５３】図４は４個の変位検出器３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄによる測定法について示した本発明の他の実施
例であり，４個の変位検出器の中から任意の３個の組合
せ（３ａ，３ｂ，３ｃ），（３ａ，３ｂ，３ｄ），（３
ａ，３ｃ，３ｄ），（３ｂ，３ｃ，３ｄ）について前述
の方式を適用してロールプロフィルを定めることができ
る。

【００５４】この場合は，一回の測定に於て，３個の変
位検出器での測定時に比べて４倍のデータが得られるこ
とになり，測定精度の向上が期待できる。なお４個以上
の変位検出器による測定も同様の原理で可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のロールプロ
フィルの測定方法によれば次に示す効果が得られる。 （１）ロール軸線方向にほぼ平行に往復運動可能に設け
られた変位検出器取付台上に，前記ロールの外周に臨ん
でその表面凸凹を測定する３個以上の変位検出器を前記
ロールの軸直角断面上でかつその検出感度方向が互いに
所定の角度をなして前記ロールの中心軸近傍で交わるよ
うに配置し，前記変位検出器取付台を前記ロールの軸線
方向にほぼ平行に移動させて，前述変位検出器でロール
軸芯と前記変位検出器配置点とのへだたり量の変化を測
定し，この測定値を前記変位検出器の配置角によって定
まる係数を用いて荷重計算することによって，測定中の
ガイドロールの変形，うねり，あるいは前記ロールの振
れ回り誤差等の影響を受けない，ロール測定位置の平均
半径を含んだ測定値を得，前記変位検出器取付台のロー
ル軸方向位置に対応する前記測定値の変化量としてロー
ル軸線方向の半径寸法の変化が求まり，ガイドロールの
変形，うねりあるいは前記ロールの振れ回り誤差の影響
を受けないロールプロフィルを定めることができる。

【００５６】（２）前述（１）の測定方法に於て，前記
ロールの回転中に変位検出器取付台を所定距離毎に停止
させて，好ましくは，当該位置に於てロール１回転の各
変位検出器測定値の平均値を得，この平均値に対して前
述の荷重加算処理を行なうことによって，当該位置での
高精度なロール半径を得，前記変位検出器取付台のロー
ル軸方向位置に対応するロール半径の変化量として，高
精度なロールプロフィルを定めることができる。 （３）前述（１）の測定法に於て，前記ロールの回転中
に変位検出器取付台をロール軸方向に連続的に移動させ
つつ測定することにより，高速度で，ロールプロフィル
を定めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロールプロフィル測定方法を使用する
測定装置を備えた圧延機の概略正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ′線矢視の概略平面図である。

【図３】本発明の測定原理を示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施例方法の説明図である。

【図５】従来のロールプロフィル測定法を示す概略説明
図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２，２′ ワークロール ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 変位検出器 ４ 変位検出器取付台 ５ 支持ビーム ６ ガイドレール ７ ネジ軸 ８ モータ ９ ガイド １０ アーム １１ シリンダ １２ バックアップロール １３ 被圧延材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロールの軸線方向にほぼ平行に往復運動
   可能に設けられた変位検出器取付台上に，前記ロールの
   外周に臨んで，その表面凹凸を測定する３個以上の変位
   検出器を，前記ロールの軸直角断面上でかつその検出感
   度方向が互いに所定の角度をなして前記ロールの中心軸
   近傍で交わるように配置し，前記変位検出器取付台を前
   記ロールの軸線方向にほぼ平行に移動させて，前記変位
   検出器によりロール軸芯と前記変位検出器配置点とのへ
   だたり量の変化を測定し，この測定値から演算によって
   前記ロールの軸線方向の半径寸法の変化を求めてロール
   プロフィルを定めることを特徴とするロールプロフィル
   の測定方法
2. 【請求項２】 請求項１記載のロールプロフィル測定方
   法において，前記ロールの回転中に変位検出器取付台を
   所定距離毎に停止させて，ロール長さ方向の当該位置で
   のロール半径の変化を測定するロールプロフィルの測定
   方法
3. 【請求項３】 請求項１記載のロールプロフィル測定方
   法において，前記ロールの回転中に変位検出器取付台を
   ロール軸方向に連続的に移動させつつ，ロール軸方向移
   動距離に対するロール半径変化を測定するロールプロフ
   ィルの測定方法