JPH06294635A - 熱間圧延用ロールの肌荒れ検出装置及び検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱間圧延時のロール肌荒れ状態を把握出来る
技術の提供。 【構成】 ロール表面撮影用カメラ若くは受光用ファイ
バーに対し、ロール長手方向に平行光線を発する照明用
光源を配した肌荒れ検出装置。上記に加えて照明用光線
の照射角度を変えてロール表面を撮影する装置及び方法
及び照明とロール表面の凸部から形成されたロール周方
向の影の長さと凸部の幅の比を算出するステップと、そ
の比が１以上の影の長さを加算するステップと、その比
が１以上の凸部の影のロール長手方向本数を加算するス
テップと、加算された影の長さと長手方向本数の積を演
算するステップからなる肌荒れ検出方法。 【効果】 ロール肌荒れ検出精度向上により肌荒れ起因
のスケール疵と生産性が向上した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱間圧延時のロール表面
の肌荒れ状態を検出する装置及び検出方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延時に用いられるワークロール
（以下、単にロールという）表面は、高い圧延荷重で圧
延材と押しつけられ、かつ高温の圧延材との接触という
過酷な熱的条件に晒されるために、圧延材との間で焼き
つきを起こしやすく、ワークロール表面への圧延材のビ
ルドアップと剥離を繰り返す。このためにロール表面は
凹凸の形状を呈し、これが圧延材表面に転写され、その
後に圧延のメタルフローによって凹部が倒れ込んで、凹
部に生成したスケールが挟み込まれ、当該部分のスケー
ルは後工程の酸洗によっても容易には除去されずにスケ
ール疵の原因となることが知られている。

【０００３】この圧延ロールと圧延材の焼きつき防止に
関しては、焼きつきを生じにくいロール材質の観点と焼
きつきを早期に検出してロール交換を行うかあるいはオ
ンラインでロール表面を手入れする技術の観点から改善
が図られてきている。このうち圧延中のロール表面状態
を把握する手段として最も多く行われているのは、所定
量圧延するごとに圧延を中断してスタンドからロールを
引き出し、ロール表面を観察することである。この方法
は鋼板表面の品質とロール表面状態の対応がしっかりし
ていれば、上記スケール疵の原因となる表面の肌荒れ状
態を判断し、ロール交換を行うことが出来る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法でス
ケール疵を確実に回避するためには頻繁な圧延中断が必
要となり著しい能率の低下を招く。よってこの課題を解
決する手段として、圧延を中断することなく肌断れ状態
等を判断する技術が従来から開発されてきた。以下にそ
の従来技術の特徴と問題点について述べる。

【０００５】第１の例が特開平１−２９５１０８号公報
のようにロール表面を非接触のプロフィール計で測定す
る技術である。この技術はロールとプロフィール計との
距離が極めて高い精度に維持されていなければ正確なプ
ロフィールは得られないが、ロールへの鋼材噛み込み時
の衝撃による振動等もあって寸法精度に狂いを生じやす
く、これらの精度を確保することは困難であった。

【０００６】第２の例は実願昭６４−１５９５１号で紹
介されているようなロール表面状態をファイバースコー
プ等の光伝送手段を用いてカメラで撮影し、静止画像の
状態でロール表面状態を観察してロール肌荒れ状態を判
断する方法である。この静止画像でロール肌荒れを判断
する方法は、ロールの肌が荒れているかどうかの定性的
な状況判断には使用出来ても、肌荒れの凹凸レベルが不
明であるために、得られた画像における肌荒れ状態がロ
ール組み替えあるいはロール手入れを必要する状態かど
うかを正確に判断することは困難であった。

【０００７】本発明はオンラインの熱間圧延中にロール
肌荒れレベルを正確に把握出来る技術を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らの研究によれ
ば、熱間圧延用ロールと圧延される鋼材間の焼付きで生
じるロール表面の凹凸のうち、圧延される鋼材表面に転
写されて後工程でスケール疵になるのはロール周方向に
生じる凹凸であることが判った。そのメカニズムを以下
に説明すると、ロール表面のロール長手すなわち鋼材幅
方向に生じる凹凸は鋼材表面にも同様の凹凸を生じる。
しかし、鋼材は熱間圧延によって長手方向に伸ばされる
ため、幅方向に生じた凹みはメタルが倒れ込んで密着す
るのではなくひろがってゆく方向である。一方、ロール
周方向すなわち鋼材長手方向に生じる凹みは幅方向には
ほとんど伸ばされないため圧延の進行に伴ってメタルが
被さり、凹み部に生じたスケールが挟み込まれ易い。よ
ってロール表面の肌荒れのうち、重点的に管理すべきは
ロール周方向に生じる凹凸である。

【０００９】本発明は、ロール表面撮影用カメラもしく
は撮影用カメラを併設したロール表面反射光受光用ファ
イバーに対して、ロール長手方向に平行光線を発する照
明用光源を配し、これによって、スケール疵の原因にな
り易いロール周方向に形成された凸部を選択的に撮影
し、ロール肌荒れ状態を検出する。

【００１０】

【作用】ロール表面撮影用カメラもしくは撮影用カメラ
を併設したロール表面反射光受光用ファイバーに対し
て、照明用光源がロール長手方向に平行光線を発するの
で、ロ−ル表面に発生した凸部のうち、ロ−ル周方向に
延びる凸部の山が明るく照らされ、該山の影が暗く、カ
メラで撮影した画像上では、ロ−ル周方向に延びる凸部
対応位置に、低濃度（白）と高濃度（黒）の凸部対応の
像が現われる。この像の濃度は平滑面あるいはロ−ル長
手方向に延びる凸部の濃度とは大きく異なる。すなわち
コントラストが高い。したがってカメラ撮影画像を処理
して疵（荒れ）検出を行なう画像処理により高精度で、
ロ−ル周方向に延びる凸部が検出される。この検出に基
づいてロ−ル周方向に延びる凹凸がスケール疵を生じさ
せるレベルになったならば、速やかにロール交換を行う
か、圧延スタンド内に設置されたグラインダーでロール
表面を研削すればよい。

【００１１】

【実施例】

（第１実施例）図１は本発明の第１実施例における、ロ
ール１の近傍における照明用光源２と小型ビデオカメラ
３の関係を示したものである。照明用光源２は小型ビデ
オカメラ３に対してロール長手方向に配置されている。
すなわち、光源２の光軸およびカメラ３の光軸が、ロ−
ル１の中心軸（長手軸）を含む平面上にある。このよう
に配置することで、光源２からの光４はロール表面に発
生した凸部のうち、ロール長手方向に延びる凸部５より
もロール周方向に延びる凸部６の山およびその影７を明
瞭にし、スケール疵の原因となるロール周方向凸部６の
データの重点的な選択を行うことが出来る。光源２から
のロール表面への光４の入射角度８は、基本的には小さ
いほど望ましい。なぜならば入射角度８を小さくすれ
ば、光入射側とは反対側に凸部６の影７をより大きく生
じさせることが出来るからである。しかし、あまり入射
角度８を小さくしすぎると凸部６の影７が隣同士で重な
り合い、判別精度が低下するので、適用されるケース毎
に発生する凸部６の大きさを見ながらこの角度８は決定
されることが望ましい。また用いる光源は散乱光ではな
く、光学系を用いて平行光線に変換された光源を用いた
方が良い。この理由は散乱光を用いた場合、光源から近
い部分のロール表面と遠い部分で、入射角度に差が生じ
同程度のロール表面凸部でも凸部の影の大きさに差を生
じることによって画像の解析の精度に影響を与えるから
である。平行光線であれば上記の問題がなく、また距離
による減衰も少なく、誤差の発生を抑制出来る。

【００１２】図２に、図１に示す光源２およびカメラ３
に接続した荒れ監視用装置の構成を示す。画像解析装置
９はビデオカメラ３の後に接続されたフレームメモリ１
０の後に接続されている。カメラ３の画像は、フレ−ム
毎にフレームメモリ１０に書込まれる。画像解析装置９
は、フレ−ムメモリ１０に書込まれた画像を解析してロ
ール周方向に生じた凸部６の影７を検出し、その長さ１
１（図１のｂ）とロール長手方向本数をカウントする。
本発明者らの研究によれば、ロール周方向に延びる凸部
６の問題となる長さは、このロールで圧延された後、鋼
材がどの程度圧延によって伸ばされるのかによって疵の
顕在化する程度が異なってくるために一義的に決定づけ
ることは出来ないが、本実施例に示した連続熱圧の仕上
げ圧延Ｎｏ．１スタンドに設置した例では、周方向で５
ｍｍの長さの凸部でも、鋼材の疵が生じたケースがあっ
た。またロール単位長さ当たりの凸部の個数は多いほ
ど、後工程で鋼材表面のスケール疵につながる可能性が
大きくなる。

【００１３】図３に仕上げ圧延のＮｏ．１スタンドにお
ける、ロール単位長さ当たりの凸部の個数とスケール疵
発生比率の関係を示す。この例ではロール長手方向１０
ｍｍ当たり２本の凸部があった場合、疵が発生する可能
性があることを示している。このようにロール単位長さ
当たりの凸部の個数が増加するにしたがい鋼材表面疵の
発生確率が高まる理由は以下のメカニズムによる。まず
ロールと鋼材の焼きつきが発生した初期においては、ロ
ール表面の凸部の数も少なくまた凸部の大きさも小さ
い。焼きつきが進行するにしたがい凸部の数が増え、大
きさも大きくなってくる。したがって上述した凸部の数
を管理する方法は、焼きつきの進行によって確率的に発
生し易くなる大きな凸部を捉えることになる。

【００１４】表１に第１実施例による効果を示す。いず
れもロール肌荒れを検出してロール組替えを行った場合
の例である。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１より判るように従来法１では生産性を
落としながら、ロールを引き出して点検しているにも関
わらず、点検と点検の間に圧延した鋼材で焼きつきが発
生して疵が出ているが、第１実施例によって、従来法１
より生産性，疵発生率ともに大きく改善され、また従来
法２より疵発生率が大きく改善されている。

【００１７】（第２実施例）図４は本発明の第２実施例
における、ロール１の近傍における照明用光源２と小型
ビデオカメラ３の関係を示したものである。ここで、照
明用光源２は小型ビデオカメラ３に対してロール長手方
向に配置された部分については、前述した第１実施例と
同じであるが、照明用光源２がロール長手方向に発する
平行光線とロール軸との間に形成される角度（θ）８を
変更出来るように、円弧を描いて駆動する装置上に設置
されている点が第２実施例の特徴である。

【００１８】ところで、ロール肌荒れ状態を知る上で最
も重要なことは、前述したロール周方向に形成された凸
部６の有無を知ることと、その凸部の高さ（ｈ）１４と
幅（ｗ）１５を知ることである。なぜならば、ロール表
面の凸部が鋼板に転写されて生じた凹みがスケール疵の
原因になるかどうかについては、鋼板表面に生じた凹み
の急峻度が大きく影響し、急峻度が大きいほど圧延時に
メタルが被さってスケール疵になりやすいからである。
この急峻度は、ロール表面の凸部に置き換えてみると凸
部の高さ（ｈ）１４と幅（ｗ）１５の比η＝高さ（ｈ）
１４／幅（ｗ）１５となる。凸部高さ（ｈ）１４は、光
源〜ロール表面の垂直距離（Ｈ）１６と光源〜撮影対象
のロール表面凸部の水平距離（Ｄ）１８，凸部の脇に生
じた影１７の幅（Ｗｐ）１８によって ｈ＝Ｈ×（Ｗｐ／Ｄ） ・・・（１） で表される。

【００１９】（１）式で凸部高さ（ｈ）１４を算出する
ことは自明の理であるが、焼きつきによって生じたロー
ル表面の凸部の高さや幅は不規則であり、照明の光線と
ロールの軸がなす角度（θ）８が一定であった場合、生
じた影７は隣合った影や凸部と重なりあい、全ての凸部
高さ（ｈ）１４を知ることは困難である。よって第２実
施例では、照明の光線とロールの軸がなす角度（θ）８
を変更しながらロール表面を撮影することで、影同士や
影と凸部の重なり合いを防止することを可能にすると同
時に、複数の角度（θ）８で幅（Ｗｐ）１８を計測する
ことによって、より高い精度で凸部高さ（ｈ）１４を知
ることが可能となる。

【００２０】第２実施例における構成は、照明用光源２
がロール長手方向に発する平行光線とロール軸との間に
形成される角度（θ）８を変更出来るように、円弧を描
いて駆動する装置上に設置されている点を除いては、図
２に示した第１実施例と基本的には同じである。ただ
し、画像解析装置９のプログラム中に、高さ（ｈ）１
４、幅（ｗ）１５の演算、影７の測定、（１）式の計算
式等を組み込むことで実現している。

【００２１】表１にはこの第２実施例と前述の第１実施
例を比較しての効果を示す。いずれもロール肌荒れを検
出してロール組替えを行った場合の例である。

【００２２】表１より判るように第２実施例を適用する
ことにより、ロール肌荒れの状況がより正確に把握出
来、ロール組み替えやロール手入れのタイミングが適正
化出来た結果、従来法１、従来法２、第１実施例よりも
生産性及びスケール疵発生の低減の面でより優れた効果
が得られた。

【００２３】（実施例３）図５，図６は本発明の第３実
施例である。その構成はロール表面の撮影された画像に
関し、ロール長手方向から照射された光線４とロール表
面凸部６から形成されたロール周方向の影の連続した長
さ（Ｌ）１１と、当該影に対応したロール表面凸部１４
の幅（ｗ）１５の比Ｌ／ｗを演算するステップと、当該
Ｌ／ｗが１以上の凸部に対応した影長さをロール一周分
加算するステップと、当該Ｌ／ｗが１以上の凸部に対応
した影のロール長手方向個数を演算するステップと、影
長さのロール一周分の加算値と影のロール長手方向個数
の積Ｋを演算するステップからなる。上述した画像デー
タの演算処理を行うことで、ロール周方向に長く生成し
た凸部を持ち、しかもロール長手方向の発生個数が多い
即ち、確率的に凸部の高さ（ｈ）１４が高い肌荒れ状態
をより的確の把握出来る。ここでＬ／ｗの算出を行う理
由は、ロール表面に生じた凸部のうちロール周方向に長
い凸部とロール長手方向に長い凸部を判別し、スケール
疵生成の原因となるロール周方向に長い凸部を把握する
ためである。またＬ／ｗが１以上の凸部に対応した影長
さをロール一周分加算する理由は、凸部がロール周方向
に多数かつ長いほど、スケール疵が発生し易いこと、ま
た凸部に対応した影のロール長手方向個数を算出するの
は図３に示したようにロール長手方向の凸部個数が多い
ほどロール疵発生率が高いことによる。よって、影長さ
のロール一周分の加算値と影のロール長手方向個数の積
Ｋが多いほどスケール疵の発生率が高い。

【００２４】以下に第３実施例の効果を示す。いずれも
ロール肌荒れを検出してロール組替えを行った場合の例
である。

【００２５】表１は第１〜第３実施例による効果を示し
ている。いずれもロール肌荒れを検出してロール組替え
を行った場合の例である。

【００２６】表１より判るように第３実施例を適用する
ことにより、ロール肌荒れの状況が一層正確に把握出
来、ロール組み替えやロール手入れのタイミングが適正
化出来た結果、従来法１、従来法２、第１〜第２の実施
例よりも生産性及びスケール疵発生の低減の面でより優
れた効果が得られた。

【００２７】

【発明の効果】ロール表面撮影用カメラもしくは撮影用
カメラを併設したロール表面反射光受光用ファイバーに
対して、照明用光源がロール長手方向に平行光線を発す
るので、ロ−ル表面に発生した凸部のうち、ロ−ル周方
向に延びる凸部の山が明るく照らされ、該山の影が暗
く、カメラで撮影した画像上では、ロ−ル周方向に延び
る凸部対応位置に、低濃度（白）と高濃度（黒）の凸部
対応の像が現われる。この像の濃度は平滑面あるいはロ
−ル長手方向に延びる凸部の濃度とは大きく異なる。す
なわちコントラストが高い。したがってカメラ撮影画像
を処理して疵（荒れ）検出を行なう画像処理により高精
度で、ロ−ル周方向に延びる凸部が検出される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例におけるロールの近傍に
おける照明用光源と小型ビデオカメラの位置関係を示
し、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。

【図２】 図１に示す光源およびカメラに接続された表
面荒れ監視装置の構成を示すブロック図である。

【図３】 熱間圧延ロールの、ロール単位長さ当たりの
凸部の個数とスケール疵発生比率の関係を示すグラフで
ある。

【図４】 本発明の第２実施例の、第１実施例とは異な
る要部を示す側面図である。

【図５】 本発明の第３実施例で用いる表面荒れ監視装
置の構成を示すブロック図である。

【図６】 本発明の第３実施例の演算処理の内容を示す
フロ−チャ−トである。

【符号の説明】

１：ロール ２：照明用光源 ３：ビデオカメラ ４：光源からの光 ５：ロール長手方向に生じた凸部 ６：ロール周方向
に生じた凸部 ７：ロール周方向の凸部の影 ８：ロール表面へ
の光の入射角度 ９：画像解析装置 １０：フレームメモ
リ １１：ロール周方向に生じた凸部の影の長さ １２：ビデオカメラと光源の同調装置 １３：モニタ １４：ロール周方向に生成した凸部の高さ １５：ロール周方向に生成した凸部の幅（ｗ） １６：光源〜ロール表面間の垂直距離（Ｈ） １７：光源〜撮影対象のロール表面凸部間水平距離
（Ｄ） １８：凸部の脇に生じた影の幅（Ｗｐ） １９：光源を円弧状に移動させる装置 ２０：光源と同調装置を接続するケーブル ２１：ビデオカメラとフレームメモリを接続するケーブ
ル ２２：同調装置とフレームメモリを接続するケーブル ２３：フレームメモリと画像解析装置を接続するケーブ
ル ２４：画像解析装置とモニタを接続するケーブル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロール表面撮影用カメラもしくは撮影用
   カメラを併設したロール表面反射光受光用ファイバーに
   対して、ロール長手方向に平行光線を発する照明用光源
   を配したことを特徴とする熱間圧延用ロールの肌荒れ検
   出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の検出装置の照明用光源
   がロール長手方向に発する平行光線とロール長手軸との
   間に形成される角度を変更しながら、ロール表面を撮影
   することを特徴とした、熱間圧延用ロールの肌荒れ検出
   方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の検出装置の照明用光源
   によりロール長手方向から照射された光線とロール表面
   凸部から形成されたロール周方向の影の連続した長さＬ
   と、当該影に対応したロール表面凸部のロール長手方向
   厚みｗの比Ｌ／ｗを演算し、当該Ｌ／ｗが１以上の凸部
   に対応した影長さをロール一周分加算し、当該Ｌ／ｗが
   １以上の凸部に対応した影のロール長手方向個数を演算
   し、影長さのロール一周分の加算値と影のロール長手方
   向個数の積を演算する、熱間圧延用ロールの肌れ荒検出
   方法。