JPS6199520A - ロ−ルプロフイ−ル測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、金属材料の圧延工程等に用いられるロールプ
ロフィール測定方法および装置に関する。

［従来の技術］ 従来、鉄鋼業の圧延工程等に用いられるロール、　　　
のプロフィール測定に関する技術は数多く見られるもの
の、オンライン測定において最も重要と思われる距離測
定装置について具体的に言及した例は少ない、その中で
特開昭５２−９４１５４に示されるウォータマイクロを
用いた方法、特開昭５８−９２８０！３に示される差動
トランスを用いた接触測定子方法、および特開昭５８−
２１０５０３に示される渦流距離計を利用する方法等が
従来の方法としてあげられる。このうち、差動トランス
を用いた接触式方法は、測定子の摩耗、追従性、ロール
を傷付けるおそれがある等、オンライン測定への適用に
は難点が多い、また、ウォータマイクロを用いた方法は
、流体の圧力を一定に保つ必要があり、また、ロール冷
却水が大量に流れているオンラインの条件下ではその影
響を受けることから精度的に問題がある。一方、渦流距
離計を利用する方法は、本発明者の先行出願によるもの
であるが、ロール表面に黒皮が付着するようなロール表
面の電磁的性質に大きな変化がある場合には、高精度を
保つのが困難である。

他方、ロールプロフィール測定用としては考えられてい
ないが、距離測定装置として超音波距離測定装置がある
。その応用例をたとえば文献「鉄と鋼、　Ｖｏｌ　、７
０−９　１９８４　　第１２６頁〜第１３１頁、第１３
２頁〜第１３８頁」に見ることができるが、その精度は
せいぜい５０ｐｍ程度であって、ロールプロフィールの
測定に使用するには精度的に不十分である。

［発明が解決しようとする問題点］ ロールプロフィールのオンライン測定に必要な距離測定
装置の具備すべき条件としては、（ａ）非接触で測定で
きる（ｂ）ロール冷却水の存在に影響されない（Ｃ）高
温に耐える（ｄ、）ロール表面の温度、材質的変化に影
響されない（ｅ）高精度である、の５つである。

本発明は、上記条件を満たす距１ａｌＪＡ定装置を用い
、該距離測定装置をロール軸に平行に走査する機構と組
合せて、ロールのプロフィールをオンラインにおいて高
精度で測定可能とすることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の第１は、ロール軸に平行な基準面に設けられる
距離測定装置を用いて、基準面とロール表面とのロール
軸方向の距離変化分布を測定するロールプロフィール測
定方法であって、前記距離測定装置は、水柱構造の超音
波探触子ヘッドの内部に振動子を設けるとともに、該振
動子とロール表面との間の一定位置に入射超音波パルス
エネルギの一部を反射し、他の一部を通過させる基準反
射体を設け、励振パルスと基準反射体による反射パルス
の間の時間間隔ｔ０、および励振パルスとロール表面か
らの反射パルスの間の時間間隔ｔ１を測定し、上記時間
間隔ｔｏおよび振動子と基準反射体とが成す距離ｄＯか
らその時の水中の音速Ｃを算出して、上記時間間隔ｔ１
にその音速Ｃを乗じて、振動子とロール表面との間の距
離を演算し、基準面とロール表面とのロール軸方向にお
ける距離変化分布を測定するようにしたものである。

本発明の第２は、ロール軸に平行な基準面に配設された
超音波距離測定装置と、上記距離測定装置のロール軸方
向位置を検出するための距離測定装置の位置検出器と、
上記距離測定装置の出力とロール軸方向位置との対応関
係からロール軸方向の距離変化分布を求める演算制御装
置と、該演算制ｍ装置の出力に応じてロールプロフィー
ルを表示するプロフィール表示装置とから成るロールプ
ロフィール測定装置であって、前記距離測定装置は、水
柱を形成する水ノズルの途中に基準反射体を設けた水柱
構造の超音波探触子ヘッドと、主パルス発生器と、主パ
ルス発生器に同期して超音波探触子の振動子を励振する
パルサと、励振パルスおよび反射パルスを受信増巾する
レシーバと、主パルス発生器のパルスから一定時間の遅
延の後にノズル途中の基準反射体、およびロール表面か
らの各反射パルスの到達時間近傍で、ある巾を持ったパ
ルス奢発生し、各反射パルスを有効、無効にする遅延パ
ルス発生器と、励振パルスとノズル途中の基準反射体お
よびロール表面からの各反射パルスの時間間・隔ｔ０、
ｔｔを測定するパルス力ｖ　’　９″′″２″＊ｒｚｕ
ｓｔｏｓ′″ｕ［ｆｉ°０反射体とが成す距ｇｌｄＯか
らその時の水中の音速Ｃを算出し、上記時間間隔ｋｌに
その音速Ｃを乗じて、振動子とロール表面との距離を演
算する演算処理器とを有してなるようにしたものである
。

［作　用］ 本発明によれば、超音波探触子ヘッドによる距離測定位
置における水の音速を、距離測定と略同時に測定し、水
温による音速の適正な補正を行うことにより、基準面と
ロール表面との距離を高精度で測定することが可能とな
る。さらに、本発明によれば、上記基準面とロール表面
との距離がロール軸方向の各位置に対応して検出され、
悪環境下でもロールプロフィールを高精度で測定するこ
とが可能となる。

［実施例］ 第１図は本発明の１実施例に係るロールプロフィール測
定装置を示す測定系統図、第２図は同ロールプロフィー
ル測定装置に用いられる距離測定装置１０を示す断面図
、第３図は同距離測定装置１０による距離検出回路１０
Ａを示すブロック図である。

第１図において、ロール１は左右一対のロールチョック
２に支持されている８両ロールチ１ツク２には、基準板
３の両端部が、外部衝撃力を緩衝するための緩衝ゴム４
を介して、ポルト５によって固定されている。基準板３
は、ロールｌの軸に平行な基準面３Ａを備え、該基準面
３Ａにロール１の軸方向に平行に延びるレール６を備え
ている。１０は距離測定装置であり、距離測定装置１０
は、上記レール６の上部をロール１の表面に沿ってロー
ル軸方向に走査可能とされている。距離測定装置［ｏは
、モー１７Ａ、オヨヒ、：（７）％　−タフＡに直結さ
れたポールネジ７Ｂまたはベルト等によって駆動され、
レール６上を摺動可能とされている。上記用［１定装置
ｌＯをロール軸方向に駆動可能とする装置は、円滑な駆
動を可能とするように、ジャバラで覆われた収納ケース
８Ａの内部に収納されている。なお、収納ケース８Ａの
内部は、空気供給装置８Ｂから供給される空気によりエ
アパージされ、これにより、距離測定装置１０の駆動装
置を熱、水、粉塵から保護可能としている。また、距離
測定位置１０の後述するノズル１２には水供給装置８Ｃ
から、ホース８Ｄを経た加圧水が供給され、距離測定装
置１０とロール１との間に強力な水柱９を形成可能とし
ている。

次に、上記距離測定装置ｌＯについて詳細に説明する。

距離測定装置１０は、第２図および第３図に示すように
、超音波探触子ヘッド１１を有している。探触子ヘッド
１１は、水ジェツトを噴出可能とするノズル１２を、備
えるとともに、水ジエツト内を移動する超音波の送信、
受信を行う振動子１３を備え、振動子１３とロール表面
１４との間の超音波の伝播時間を測定して、ロール表面
までの距＃ｄ１を測定可能としている。距Ｍｌ定装２１
０は、ノズル１２の内部における中間位置に、入射超音
波パルスエネルギの一部を反射し、他の一部を通過させ
る基準反射体１５を備えている。基準反射体１５は、金
属性薄板等に超音波のビーム直径よりわずかに小さな孔
を開口されてなり、振動子１３から一定の距＃ｄＯに固
定されている。それにより、振動子１３から発せられた
超音波の一部はこの反射体１５で反射されて振動子１３
に戻り第３図に示す波形ａの反射パルスＰＯとして観察
され、振動子１３より発せられる超音波の他の一部は反
射体１５の孔を通過してロール表面１４に達し、そこで
反射して振動子１３に戻り波形ａの反射パルスｐ１とし
て観測される。なお、第３図に示す波形ａのパルスＰａ
は励振パルスである。

ここで、距離測定装置１０は、主パルス発生器１６と、
主パルス発生器１６に同期して振動子１３を励振するパ
ルサ１７と、励振パルスＰａおよび反射パルスＰＯ，Ｐ
１を受信増巾するレシーバ−８とを備えている。また、
距離測定装置ｌＯは、主パルス発生器１６のパルスから
一定の遅延の後に、基準反射体１５からの反射パルスＰ
Ｏのレシーバ−８への到達時間の近傍で第４図に波形す
て示すようなある巾を持ったパルスｐｂを発生し、反射
パルスＰＯを有効とし、反射パルスＰＩを無効とする遅
延パルス発生器１９を備えている、また、距離測定装！
１１０は、主パルス発生器１６のパルスから一定の遅延
の後に、ロール表面１４からの反射パルスＰ１のレシー
バ−８への到達時間の近傍で第４図に波形Ｃで示すよう
なある巾を持ったパルスＰｃを発生し、反射パルスＰ１
を有効とし、反射パルスＰＯを無効とする遅延パルス発
生器２０を備えている。また、距離測定装置１０は、波
形ａと波形すの積を取ることによってパルス列ｄを作成
するミキサ２１を備えるとともに、波形ａと波形Ｃの積
を取ることによってパルス列ｅを作成するミキサ２２を
備えている。また、距離測定装置１０は、ミキサ２１の
出力パルスに基づいてクロックパルス発生器２３の発生
パルス数を計数し、励振パルスＰａと反射パルスＰＯと
の時間間隔１０を測定するパルスカウンタ２４を備えて
いる。また、距離測定装置１０は２　ミキサ２２の出力
パルスに基づいてクロックパルス発生器２３の発生パル
ス数を計数し、励振パルスＰａと反射パルスＰｉとの時
間間隔ｔｌを測定するパルスカウンタ２５を備えている
。また、距離測定装置ｌＯは演算処理器２６を備えてい
る。演算処理器２６は、上記時間間隔ｔｏおよび振動子
１３と基準反射体１５とが成す距ｇｌｃｔｏから、その
時の水中の音速Ｃを下記（１）式によって算出する。

Ｃ＝ｄＯ／　（ｔＯ−Δ）　　　・・・（１）また、演
算処理器２６は、下記（２）式に示すように、時間間隔
ｔ１に上記音速Ｃを乗じて、振動子１３とロール表面１
４とが成す距離ｄを演算し、出力可能としている。

ｄｉ　＝　（ｔｌ−Δ）ＸＣ・・・（２）なお、上記Δ
は、超音波が水中以外の部分および電気パルスがケーブ
ル等を伝わる無駄時間であり、測定系によって定まる一
定値である。

なお、上記距離測定装置ｌＯにおいて、主パルス発生器
１６は立上り過渡時間２０ｎ秒程度の鋭いパルスを発生
させる。また、振動子１３の振動周波数は１０Ｍ）１２
程度である。また、クロックパルスはＩ　ＧＨ２のもの
を使用可能である。また、演算処理器２６はマイクロプ
ロセッサを使用可能である。

次に、上記距１１１１＃定装置１０による測定手順につ
いて説明する。この距離測定装置１０において、レシー
バ１８の出力波形は第４図の波形ａに示すようになり、
前述のように、Ｐａは励振パルス、ＰＧは基準反射体１
５からの反射パルス、Ｐｌはロール表面１４からの反射
パルスである。

遅延パルス発生器１９は、波形すに示すように、反射パ
ルスＰＯを含む位置に主パルス発生器１６のパルスに同
期して遅延パルスＰｂを発生する。

遅延パルス発生器２０は、同様にして、波形Ｃに示すよ
うに、反射パルスＰ１を含む位置に遅延パルスＰｃを発
生する。ミキサ２１は波形ａと波形すの積を取り、パル
ス列ｄを作り、同様にして、ミキサ２２は波形ａと波形
Ｃからパルス列ｅを作る。パルスカウンタ２４は、パル
ス列ｄによりゲートが開閉され、クロックパルス発生器
２３のパルスをカウントすることにより、時間間隔ｔ。

を計測する。同様にして、パルスカウンタ２４による計
測時と同時刻もしくは短い時間差の間にパルスカウンタ
２５が時間間隔ｔ１を計測する。

演算処理器２６は、と記パルスカウンタ２４．２５の計
数結果に基づき、前記（１）式および（２）式により、
距離ｄ１を演算し、出力する。

上記距離検出装置１０による測定系においては、ｌ　Ｇ
）１２以上のクロックパルスの周波数を使うので、水の
音速が１，５００ｍ／秒であるから、変位測定の分解能
はｌｐｍ以上に向上することが回旋である。また、（１
）式および（２）式の音速Ｃは、測定位置における水の
音速であり、リアルタイムで測定位置の音速を計り、水
温による音速変化の補正を行うこととなる。

したがって、上記距離測定装置１０を用いた距離測定に
よれば、水温の変化、温度勾配に起因する測定誤差を完
全に排除することが可能となり、かつ１４ｍ以上の高分
解能で距離の測定を行うことが可能となる。

なお、上記第１実施例は、時間間隔ｔ０、ｔｌの測定を
同時もしくは短い時間差の内に行う場合について説明し
た。しかしながら、水温の変化がゆるやかな場合には、
第５図に示す変形例におけるように、リレー３１を用い
て、時間間隔ｔ０、ｔｌの測定を交互に行うことも可能
である。この場合は、ミキサ、パルスカウンタをそれぞ
れ一台に削減可能である。

第６図は本発明による距離測定装置を示す線図であり、
ロール表面を５０鉢のステップで変位させた時の出力を
示している。この第６図によれば、±２鉢程度の良好な
測定が可能となることが認められる。

また、第７図は、水の温度を５℃〜４５℃変化させた時
の出力変化を示す線図である。この第７図によれば、音
速の補正を行わない場合には±１，０００　ｕ、程度の
誤差が生ずるのに対し１本発明においては、５Ｂｍ以内
の誤差で収まることが認められる。すなわち、従来の超
音波距離測定装置の精度が±５０ルであるのに対し１本
発明によれば、その測定精度が±５鉢以内となり、従来
に比して１０倍以上の精度向上が認められる。

次に、距離測定装置１０の測定結果に基づき、ロール１
のプロフィールを測定する方法について説明する。

すなわち、距離測定装置１０の距離検出回路１０Ａによ
る演算結果は、演算制御装置４１に伝達される。この演
算制御装置４１は、上記距離測定装置１０の距離検出回
路１０Ａから伝達される振動子１３とロール表面１４と
の距離情報を得ると同時に、前記ポールネジ７Ｂ等の回
転角度を検出するエンコーダ４２の出力をカウントする
パルスカウンタ４３によって、距離検出装置ｌＯのロー
ル軸方向における測定位置情報を付与され、基準線の傾
きを考慮した補正を行ない、ロール軸方向に対応する振
動子１３とロール表面１４との距離分布をプロフィール
表示装Ｗ４４に伝達し、ロールｌのプロフィールを表示
可能とする。

次に、上記ロールプロフィール測定装置によるロールプ
ロフィールの測定手順について説明する。

すなわち、距ａ測定装２１１０をロールｌに沿って移動
させながら、距離検出回路１０Ａの出力値とパルスカウ
ンタ４３の出力値を同時に演算制御装置４１に順次取り
込む、距離測定装置１０の移動が終了した時点で、ロー
ル１と距［１定装置１０の振動子１３とが成す距離のロ
ール軸方向における変化分布を算出する。この時、基準
面３Ａとロールｌの軸に傾き等がある場合には、その補
正を行う。ロール１が圧延ロールである場合に、ロール
１の両端は摩耗を受けず初期形状を保つので、ロール１
の両端で距離測定装置１０とロールｌとの成す距離が等
しくなるように基準面３Ａの補正を行えば良い、この結
果をプロフィール表示装置４４に表示することにより、
ロールｌのプロフィールが得られる。

第８図は、本発明により、回転しているロールのプロフ
ィールを測定した結果を示す線図である。実線Ａはプロ
フィールを測定した結果をそのまま示したものであり、
実線Ｂはロール１回転毎の平均化処理を行なうことによ
って偏心や振動の影響を除いた結果を示したものである
。この第８図によれば、　１００　ｇ程度のロールのク
ラウンを良く捕えており、本発明により、回転中のロー
ルのプロフィールを高精度で測定可能となることが認め
られる。

なお、上記実施例においては、単一の距離測定装［１０
をロール軸に平行な基準面３Ａに固定したレール・６に
沿ってロール軸方向に走査することにより、ロールプロ
フィールを測定する場合について説明した。しかしなが
ら、本発明は、たとえば第９図に示す変形例におけるよ
うに、ロール軸に平行な基準面３Ａ上に複数の距離測定
装Ｍ１゜を並列固定し、あるいは並列移動可能として、
ロールｌのプロフィールを測定することも可能である。

この場合には、測定時間を短縮することが可能である。

以下、上記実施例の効果について説明する。鉄鋼業の圧
延工程において、ロールの縦断面形状（プロフィール）
は、圧延製品の形状寸法に密接に関係する０本発明によ
れば、ロールプロフィールをオンラインで信頼性高く、
かつ高精度で測定、　　することが可能となる。したが
って、圧延中に、ロールの温度上昇による熱膨張を検出
することができ、この大きさに応じて適切な制御、たと
えばロールベンディングの変更等を行えば、従来より形
状、プロフィールが格段に優れた圧延製品を得ることが
可能となる。また、圧延中にロールの摩耗情況も検出で
きるので、ロールの組替え時期の最適決定等、ロール管
理を的確に行なうことが可能となる。さらに、オンライ
ンにおけるロール研削と組合せて、いつでも、どのサイ
ズでも圧延できるロールチャンスフリー圧延の実現も可
能となる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の第１は、ロール軸に平行な基準
面に設けられる距離測定装置を用いて。

基準面とロール表面とのロール軸方向の距離変化分布を
測定するロールプロフィール測定方法であって、前記距
離測定装置は、水柱構造の超音波探触子ヘッドの内部に
振動子を設けるとともに。

該振動子とロール表面との間の一定位置に入射超音波パ
ルスエネルギの一部を反射し、他の一部を通過させる基
準反射体を設け、励振パルスと基準反射体による反射パ
ルスの間の時間間隔ｔ０、および励振パルスとロール表
面からの反射パルスの間の時間間隔ｔ１を測定し、上記
時間間隔ｔｏおよび振動子と基準反射体とが成す距１Ｉ
ｄＯからその時の水中の音速Ｃを算出して、上記時間間
隔ｔ１にその音速Ｃを乗じて、振動子とロール表面との
間の距離を演算し、基準面とロール表面とのロール軸方
向における距離変化分布を測定するようにしたものであ
る。

また、本発明の第２は、ロール軸に平行な基準面に配設
された超音波距ｒａ測定装置と、上記距離測定装置のロ
ール軸方向位置を検出するための距離測定装置の位置検
出器と、上記距離測定装置の出力とロール軸方向位置と
の対応関係からロール軸方向の距離変化分布を求める演
算制ｖ４装置と、該演算量ｇｌ装置の出力に応じてロー
ルプロフィールを表示するプロフィール表示装置とから
成るロールプロフィール測定装置であって、前記距離測
定装置は、水柱を形成する水ノズルの途中に基準反射体
を設けた水柱構造の超音波探触子ヘッドと、主パルス発
生器と、主パルス発生器に同期して超音波探触子の振動
子を励振するパルサと、励振パルスおよび反射パルスを
受信増巾するレシーバと、主パルス発生器のパルスから
一定時間の遅延の後にノズル途中の基準反射体、および
ロール表面からの各反射パルスの到達時間近傍で、ある
巾を持ったパルスを発生し、各反射パルスを有効、無効
にする遅延パルス発生器と、励振パルスとノズル途中の
基準反射体およびロール表面からの各反射パルスの時間
間隔ｔ０、ｔ１を測定するパルスカウンタと、上記時間
間隔１０および振動子と基準反射体とが成す距ｆｔｄＯ
からその時の水中の音速ｃを算出し、上記時間間隔ｔ１
にその音速Ｃを乗じて、振動子とロール表面との距離を
演算する演算処理器とを有してなるようにしたものであ
る。

したがって、操作性の良い簡素な装置を用いて、悪環境
下でも、ロールのプロフィールをオンラインで高精度に
測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るロールプロフィール測
定装置を示す測定系統図、第２図は同ロールプロフィー
ル測定装置に用いられている距離測定装置を示す断面図
、第３図は同距離測定装置による距離検出回路を示すブ
ロック図、第４図は同距離検出回路における波形図、第
５図は距離検出回路の変形例を示すブロック図、第６図
は距離測定装置による測定結果を示す線図、第７図は距
離測定装置における音速補正の効果を示す線図、８８８
図はロールプロフィールの測定結果を示す線図、２８９
図は本発明の変形例に係るロールプロフィール測定装置
を示す正面図である。 ｌ・・・ロール、３Ａ・・・基準面、 １０・・・距離測定装置、 １１・・・超音波探触子ヘッド、１２・・・ノズル、１
３・・・振動子、１４・・・ロール表面、１５・・・基
準反射体、１６・・・主パルス発生器、１７・・・パル
サ、１８・・・レシーバ、１９．２０・・・遅延パルス
発生器。 ２４．２５・・・パルスカウンタ、 ２６・・・演算処理器、４１・・・演算制御装置、４４
・・・プロフィール表示装置。 代理人　弁理士　塩　川　修　治 第１図 第２図 水 第３図 第４図 専年　さ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロール軸に平行な基準面に設けられる距離測定装
   置を用いて、基準面とロール表面とのロール軸方向の距
   離変化分布を測定するロールプロフィール測定方法であ
   って、前記距離測定装置は、水柱構造の超音波探触子ヘ
   ッドの内部に振動子を設けるとともに、該振動子とロー
   ル表面との間の一定位置に入射超音波パルスエネルギの
   一部を反射し、他の一部を通過させる基準反射体を設け
   、励振パルスと基準反射体による反射パルスの間の時間
   間隔ｔ０、および励振パルスとロール表面からの反射パ
   ルスの間の時間間隔ｔ１を測定し、上記時間間隔ｔ０お
   よび振動子と基準反射体とが成す距離ｄ０からその時の
   水中の音速Ｃを算出して、上記時間間隔ｔ１にその音速
   Ｃを乗じて、振動子とロール表面との間の距離を演算し
   、基準面とロール表面とのロール軸方向における距離変
   化分布を測定するロールプロフィール測定方法。
2. （２）ロール軸に平行な基準面に配設された超音波距離
   測定装置と、上記距離測定装置のロール軸方向位置を検
   出するための距離測定装置の位置検出器と、上記距離測
   定装置の出力とロール軸方向位置との対応関係からロー
   ル軸方向の距離変化分布を求める演算制御装置と、該演
   算制御装置の出力に応じてロールプロフィールを表示す
   るプロフィール表示装置とから成るロールプロフィール
   測定装置であって、前記距離測定装置は、水柱を形成す
   る水ノズルの途中に基準反射体を設けた水柱構造の超音
   波探触子ヘッドと、主パルス発生器と、主パルス発生器
   に同期して超音波探触子の振動子を励振するパルサと、
   励振パルスおよび反射パルスを受信増巾するレシーバと
   、主パルス発生器のパルスから一定時間の遅延の後にノ
   ズル途中の基準反射体、およびロール表面からの各反射
   パルスの到達時間近傍で、ある巾を持ったパルスを発生
   し、各反射パルスを有効、無効にする遅延パルス発生器
   と、励振パルスとノズル途中の基準反射体およびロール
   表面からの各反射パルスの時間間隔ｔ０、ｔ１を測定す
   るパルスカウンタと、上記時間間隔ｔ０および振動子と
   基準反射体とが成す距離ｄ０からその時の水中の音速Ｃ
   を算出し、上記時間間隔ｔ１にその音速Ｃを乗じて、振
   動子とロール表面との距離を演算する演算処理器とを有
   してなるロールプロフィール測定装置。