JPS63205504A - プロフイ−ル測定方法 - 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〕 本発明はプロフィール測定方法に関し、更に詳述すれば
物体断面の真円度測定に好適なプロフィール測定方法に
関する。

〔従来技術〕

従来のプロフィール測定方法は、第１２図に示す如く、
丸棒圧延材３１に平行な複数ビームを投射手段３２から
投射し、検出手段３２にて該平行ビーム群のうち丸棒圧
延材３１に接する２本のビームｓ、　　ｔを検出し、こ
の２本のビーム間の距離りを直径とする。そして、投射
する平行ビーム群の角度を種々異ならせて、夫々の場合
について同様に直径Ｄ（第１３図参照ＤＩ　ｈ　Ｄ２　
＊　Ｄ３　＋　Ｄ４　”・Ｄｎ　）を検出して、丸棒圧
延材３１のプロフィールを測定していた。

ところで、近年、丸棒圧延材の形状寸法の精度向上を図
るために、対向する位置に設けた２個のロールによる２
０−ル圧延に代わって、たがいに１２０°離隔させて設
けた３個のロールによる３０−ル圧延が多（行われるよ
うになってきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

２０−ル圧延において圧延された圧延材は点対称の形状
を示すので、上述した従来のプロフィール測定方法にて
正確にそのプロフィールを測定することができるが、３
０−ル圧延における圧延材を従来の方法にてプロフィー
ル測定する場合には、第１４図に示す如く、丸棒圧延材
３１が等幅図形である場合には断面３１ａが真円でない
にもかかわらず測定結果は真円になってしまうという問
題点があうた。

第１５図は３０−ル圧延における３個のロール３４゜３
５、３６の位置関係を示す模式図、第１６図は径２２．
２鰭の丸棒鋼を圧延する際のカリバ形状の拡大図である
。３個のロール３４．３５．３６は夫々略円弧状をなす
ロール面を有しており、１２０　°ずつ離隔させて夫々
のロール面が圧延材に接するように位置決めされている
。ロール３４とロール３５との境界は第１６図において
１０時の方向であり、また同様に２時、６時の方向が夫
々ロール３４とロール３６との境界、ロール３５とロー
ル３６との境界である。カリバを形成するロールの内面
の形状は真円ではなく、例えば１０時の方向の境界近傍
について説明すると、１０時の方向を中心にして±３０
度の範囲（９時の方向から１１時の方向の範囲）は、他
の部分に比較して径の大きい円周の一部をなしている（
以下この脹らんだ部分を逃がし部という）、これは他の
２時、６時の方向の境界近傍部分においても同様であり
、つまり、１時の方向から３時の方向の範囲、５時の方
向から７時の方向の範囲においてその周面をなす円の径
は大きい、カリバに熱鋼を入れ過ぎた場合、各ロールの
境界の隙間に熱鋼が入り込んでフィン状の縞模様が発生
することを防止するためにこの逃がし部３７．３７．３
７は形成されている。

そして第１５図に示すような３０一ル圧延部は連続圧延
機構の中に組込まれており、この３０一ル圧延部におい
てロール回転速度が規定より遅い場合には、この逃がし
部３７に熱鋼が充満して、圧延後の丸棒材の断面形状は
第１７図の如くなる。一方、３０一ル圧延部においてロ
ール回転速度が規定より速い場合には、この逃がし部３
７への熱鋼の充満が不足して、圧延後の丸棒材の断面形
状は第１８図の如くなる。そして、従来のプロフィール
測定方法にて第１７．１８図に示すようなこれらの丸棒
材の断面を測定すると、夫々第１９．２０図のようにな
る。

第１７図においては３個の突起部、第１８図においては
３個の城内部があり、プロフィール測定ではこのような
形状として測定されなければならないのに、この従来の
プロフィール測定では何れの場合にも６個の花弁状とな
り、ロール境界部が過充満であるのか、未充満であるの
かということを判定できないという問題点があった。

そこで、本発明と同様に３方向のビームを用いてプロフ
ィールを測定する方法を、本発明者は特開昭５６−１１
７１０７号にて提案した。このプロフィール測定方法の
要旨は、プロフィールを測定すべき物体の断面外周に第
１接線、第２接線及び第３接線を与え、第１接線と第２
接線とを交叉させるとともに、この交点と第３接線との
距離りを求めつつ３本の接線と断面とを相対的に回転さ
せ、この回転角度θとｈとの関係を求めることによりプ
ロフィールを測定する。ところが、このプロフィール測
定方法はフーリエ級数展開を用いるので、計算が複雑で
あって測定結果が出るまでに時間がかかり、高速にて通
過する材料の各瞬間における断面形状を求めるには不都
合でありた。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、物体
の被測定断面に接する３方向からの３本のビームにて構
成される外接三角形につき、幾何学的考察を加えて内接
円の半径を求めることにより、３０−ル圧延における物
体の断面のプロフィールを精度良く、しかも先に提案し
た特開昭５６−１１７１０７号に比べて簡単に、また連
続的に測定できるプロフィール測定方法を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るプロフィール測定方法は、断面が略円状を
なす物体につきその断面のプロフィールを測定する方法
において、前記物体少な（とも異なる３方向からビーム
を投射し、何れも被測定所面の外周に接しており、任意
の２本が非平行の３本のビームを検出し、これらの３本
のビームにて構成される被測定断面の外接三角形につき
、所定の演算式に基づいてこの外接三角形の内接円の半
径ｒを求めることを特徴とする。

〔作用〕

本発明方法では、３方向から物体に平行ビーム群を投射
し、その多数のビーム群の中で物体の被測定断面の接線
となっている３本のビームを検出する。そしてこれらの
３本のビーム即ち３本の接線にて構成される外接三角形
において幾何学的考察を加え、所定の演算式に基づいて
内接円の半径を測定する。そうすると被測定断面の正確
なプロフィールが測定される。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体的
に説明する。第１図は本発明方法を実施するための装置
の模式図である。プロフィールを測定すべき被測定物ｌ
を取り囲む位置で、そのビーム投射方向を異ならせて３
個の投射手、段つまり第１投射手段１１．第２投射手段
１２及び第３の投射手段１３が配置されており、各投射
手段１１．１２．１３からは夫々平行ビーム群Ｂ１．Ｂ
２＋　８３が被測定物１に向けて投射され、また各ビー
ム群Ｂ１゜Ｂ２．Ｂ３の中には被測定物１の断面外周に
接するビームｌｎ１．ｍ２　、ｍ３　　（以下接線ビー
ムという）が存在する。各投射手１！１１．１２．１３
の被測定物１を挟んで対向する側には、各ビーム群Ｂ１
゜Ｂ２．Ｂ３のうち接線ビームを検出する検出手段２１
、２２．２３が設けられている。各検出手段２１．２２
゜２３はイメージセンサであって、何れのピットでビー
ムを受光し、何れのビットでビームを受光しなかつたか
を検出して接線ビームＩｎｌ　、　１ｎ２　、　ｍ３を
検出し、また接線ビームｍＩ、ｍ２　、ｍ３とビーム群
のなかで一番外側のビーム（被測定物ｌ中心から最も遠
距離にあるビーム、以下外側線ビームという）ｎｌ＋　
　ｎ２．ｎ３との距離を検出する。

そして、各検出手段２１．２２．２３の検出結果は演算
部３０に入力され、以下に説明する演算式に基づき演算
部３０にて３本の接線ビームにて構成される断面外周の
外接三角形の内接円の半径ｒが演算される。

以下、２本の接線ビームの交点から残り１本の接線ビー
ムまでの距離りを算出し、三角比を用いて半径ｒを求め
る方法（特許請求の範囲第２項記載内容）について説明
する。

まず、特許請求の範囲第２項に記載した距離りと半径ｒ
との関係式（前記（１）式）について説明する。第２図
はこの関係式を説明するための模式図であり、図中ｍ１
　、ｍ２　、ｍ３は図示しない各投射手段の接線ビーム
を示す、また、図中点Ａは各接線ビームｍｌ、ｍ２の交
点、点Ｂは各接線ビームｍ２　、ｍ３の交点、点Ｃは各
接線ビームｍｌ。

ｍ３の交点、点０は外接三角形ＡＢＣの内接円の中心で
ある０点Ａから接線ビームｍ３に接線を下しその足をＨ
１点Ｏから線分ＡＨに下した垂線の足をＯ’ｌ垂線ＡＨ
と接線ビームｍ２　＊　ｍ　１とのなす角を夫々α、β
（つまり角ＢＡＨ−α、角ＣＡＨ−β）とする、そうす
ると以下に示すようにｈとｒとの関係式が導き出される
。

ｈ−ＡＨ −ＨＯ”　　＋ＡＯ” よって、 Ｏａ 次に、ｈを求めてこれに基づきｒを算出する具体的な手
法について説明する。まず、３組の平行ビーム群が互い
に６０度の交角をなす場合について説明する。第３図は
この場合の被測定物、各投射手段及び各検出手段の位置
関係を模式的に示したものであり、図中点Ａ、Ｂ、Ｃ，
Ｈは第２図と同様の点を示し、また点りは第１．２投射
手段１１゜１２の外側線ビーム”１＋ｎ２の交点を示す
、この場合各ビーム群の交角は６０度であるから、被測
定物１に外接する三角形ＡＢＣは正三角形となり、点Ａ
から接線ビームｍ３に下した接線は内接円の中心０を通
る。

まず予め点りから第３投射手段の外側線ビームｎ３まで
の距１１ｗを求めておく、そして、各投射手段１１．１
２．１３からビーム群を被測定物１に投射し、ある角度
位置における被測定物１の３本の接線ビームｍｌ　、　
ｆｎ２　、　ｍ３と外側線ビームｎｉ。

ｆ１２，１１３との距離Ｘ１＋　　３Ｆｔ＋　　”１を
検出手段２１、２２．２３にて検出する。すると、第３
図において幾何学的関係により、点りから接線ビームｎ
。

までの距離ｈｌは、下記（４式の如く求められる。

ｈｌ　ｍＷ−ＸＩ　−ｙｌ　−ｘｌ　　　　−（４）一
方、前記（３）式において、α−β−３０°を代入する
と、 ｒ１″″ となるので、前記（匂式にて求められたり、の値を用い
れば、この角度位置におけ内接円の半径ｒ１が測定され
る。なお、このような演算はすべて演算手段３０にて行
われる。

各投射手段及び各検出手段を一体的に回転させ、第３図
とは別の角度位置゛における内接円の半径を測定する。

第４図は別の角度位置における・被測定物１．各投射手
段１１．１２．１３及び各検出手段２１゜２２、２３の
位置関係を示す模式図であり、この場合も第３図に示し
た場合と同様に、ｈｌ及びｒ２が求められる。

以下全く同様にして、多数の角度位置における内接円の
半径を求めれば、被測定物ｌの：断面のプロフィールを
測定できる。

第５図、第６図は、前記第１７図及び第１８図に示され
る断面を、上述した方法にてプロフィール測定した結果
を示すものであり、３個の突起部及び３個の減肉部が明
瞭に測定されている。

次に、３方向のビームのなす角が６０度でない場合にお
けるプロフィールの測定方法について説明する。

まず、断面が真円のｍｓ材（半径Ａ、が既知）を第１図
に示すような測定系に設置し、夫々の外側線ビームと接
線ビームとの距離ｘ、　ｙ、　　ｚを求める。そして、
第１．２投射手段の外側線ビームｆｌｌ、ｒ１２の交点
りから第３投射手段の外側線ビームｎ３までの距１１１
ｗは、第７図に示す如く幾何学的関係により、 次に被測定物を測定系に装入し、夫々の外側線ビームと
接線ビームと６距離ｘ、ｙ、ｚを求める。

すると第８図に示す如く、幾何学的関係により第１．２
投射手段の接線ビームｍ　１　、　ｍ　２の交点から第
３投射手段の接線ビームｍ３までの距離′ｈは、前述の
Ｗを用いて以下のようになる。

ｈａ＋＋＋ｗ　−（ｘｃｏｓα＋ｙｃｏｓβ）ｓｉｎ（
α＋β） ＋　２ ゛　　従ってｈが求められれば、前記（３）式に基づき
ｒを求めることができる。

逃がし部は、前述した例ではロール境界部を中心にして
夫々のロール側に３０度ずつ計６０度分形成されている
が、夫々のロール側に２０度ずつ計４０度形成されてい
る場合も多い、以下、この４０度分形成されている場合
を例にとり、３本のビームの交叉角について考察する。

第９図の如く逃がし部の脹らみ幅をＸとすれば、内角が
夫々４０度、　６０度、　８０度である外接三角形にお
いて、被測定材の形状は破線の円の位置に、ｒ。

として認識されるので、実際のｒＱよりｘ　／　３だけ
小さくなっている。外接三角形が正三角形となる場合に
は測定誤差はなく、その形状が内角が夫々４０度、６０
度、８０度である三角形に近づくに従って誤差は大きく
なり、ｘ　／　３に近づ（、つまり言い換えれば、３方
向のビームの交叉角が４０度〜８０度の範囲であれば、
その誤差は１／３未満である。

以上のことより、３方向のビームの交叉角はすべて６０
度であることが最善であり、止むなく異なる場合には、
測定誤差の関係上４０度〜８０度の範囲であるこが望ま
しい。

次に３本の接線ビームにて構成される外接三角形の面積
を算出して半径ｒを求める方法（特許請求の範囲第３項
記載内容）について説明する。

第１図に示す如き測定系に断面が真円（半径Ｒ既知）の
模擬物体を設け、各投射手段１１．１２．１３からこの
［１１物体にビーム群を投射し、各接線ビームと対応す
る外側線ビームとの距離Ｘ、　Ｙ、　　Ｚを各検出手段
２１．２２．２３にて計測する。各接線ビームの交点を
Ａ、Ｂ、Ｃ１各外側・線ビームの交点をり、　Ｅ、　Ｆ
とし、ＡＣ，ＡＢ、　ＢＣ，ＤＦ、　ＤＥ、ＥＦの長さ
を夫々’！＋　　１２＋　　ｚ３．Ｌ１＋Ｌ　２　＊　
　Ｌ　３とする。すると第１０図において幾何学関係に
より’Ｉｎ　　’２＋　　’３は下記の如く求められる
。

（以下余白） ＲＲ ＲＲ ＲＲ 但し、 α：第１．２投射手段ののビームの交叉角β：第２．３
投射手段ののビームの交叉角Ｔ：第１．３投射手段のの
ビームの交叉角であって、α、β、Ｔはすべて既知であ
る。

次に、算出したＪ！ｌ　＊　　ｊＩ２．’３を用い、第
１０図における幾何学的関係に基づき下記式にて、Ｌｌ
。

Ｌ、２．Ｌ３を算出する。

（以下余白） ｚ　　　　　　　　Ｙ ｓｉｎｒ　　　　　５ｌｎｃｒ ｓＬｎａ　　　　　１２ ｓＬｎａ　　　　ｓＬｎａ ｓ　　　５ｌｎｊ９　　　　　Ａｘ ｓｌｎｒ　　　　　　Ａｔ 次に被測定物を測定系に装入し、前記模擬材と同様に、
各投射手段１１．１２．１３からビーム群を被測定物に
投射し、各接線ビームと対応する外側線ビームとの距１
１ｘ、　　７＋　　！を各検出手段２１．２２゜２３に
て計測する。

すルト、第１１ｖＩ！Ｊｌ；ｌイ”ｔ”、ＢＣ，ＡＣ，
ＡＢ１７）長さを夫々ｍ、ｂ、ｃとすれば、これらａ、
　　ｂ。

Ｃは幾何学的関係により、既知のα、βＩＴＳ予め模擬
材を用いた算出したＬ　１　＋　　Ｌ２　＋　　Ｌ　３
　、各検出手段にて検出したＸ＊　　１＋　　２を用い
て下記の如く求められる。

５ｉｎｙ　　　　　ａｉｎｙ ７ＣＬｌ ａｉｎｙ　　　　Ｌｌ ａｉｎｃｘ　　　ｓｉｎβ ｓｉｎβ　　　　Ｌ３ Ｚ　　　　　　　　Ｌ３ ａｉｎｙ　　　　　　Ｌｌ ここで、 ｓ　ｗ　−（ａ　＋　ｂ　＋　ｃ）とおくと、幾何の公
式（ヘロンの公式）により、三角形ＡＢＣの面積Ｓは下
記の如くなる。

Ｓ　−ｓ　　（ｓ−ａ）　　（ｓ−ｂ）　　（ｓ−ｃ）
また、三角形ＡＢＣの面積Ｓは内接円の半径ｒを用いる
と下記の如くなる。

３−　−　　ｒ　　（ａ　＋　ｂ　＋　ｃ　）　　＝　
ｒ　ｓ従って、内接円の半径ｒは下記に示すような式に
て求められる。

そして、距＠ｈを求めてこれに基づきプロフィールを測
定した方法と全く同様に、被測定物の設定角度を変化せ
て夫々の角度における内接円の半径を計測し、これに基
づきプロフィールを測定する。

なお、本実施例では３方向から平行ビーム群を投射する
場合について説明したが、これに限らず１本のビームを
回転ミラー等を使用し、ビームと直角方向に高速で移動
させて平行ビームの代替としてもよい。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明方法では容易にいろいろな角
度位置における内接円の半径を計測できるので、被測定
物の断面のプロフィールを簡便にしかも精度良く測定で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の模式図、第
２．３．４，７，８，１０．１１図は本発明方法の原理
を説明するための模式図、第５．６図は本発明方法にて
プロフィール測定した結果を示す模式図、第９図は本発
明方法の測定誤差を説明するための模式図、第１２図は
従来方法を実施するための装置の模式図、第１３．１４
図は従来方法の欠点を説明するための模式図、第１５図
はロール配置を示す模式図、第１６図はカリバの拡大模
式図、第１７、１８図は圧延後の丸棒材の断面模式図、
第１９′。 ２０図は従来方法にてプロフィール測定した結果を示す
模式図である。 １・・・被測定物　１１．１２．１３・・・投射手段　
２１．２２゜２３・・・検出手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、断面が略円状をなす物体につきその断面のプロフィ
   ールを測定する方法において、 前記物体に少なくとも異なる３方向からビームを投射し
   、何れも被測定断面の外周に接しており、任意の２本が
   非平行の３本のビームを検出し、これらの３本のビーム
   にて構成される被測定断面の外接三角形につき、所定の
   演算式に基づいてこの外接三角形の内接円の半径にを求
   めることを特徴とするプロフィール測定方法。 ２、前記半径ｒを求める方法は、前記３本のビームのう
   ちの任意の２本のビームの交点から残りの１本のビーム
   までの距離ｈを算出し、下記（１）式に基づいて半径ｒ
   を求める方法である特許請求の範囲第１項記載のプロフ
   ィール測定方法。 ｒ＝ｈ／｛１＋［ｃｏｓ（α−β／２）］／［ｓｉｎ（
   α＋β／２）］｝…（１） （但し、α、βは前記任意の２本のビーム夫々と、この
   ２本のビームの交点から残りの１本のビームに下した垂
   線とのなす角である） ３、前記半径ｒを求める方法は、前記外接三角形の各辺
   の長さａ、ｂ、ｃを算出し、下記（２）式に基づいて半
   径ｒを求める方法である特許請求の範囲第１項記載のプ
   ロフィール測定方法。 ｒ＝√｛［１／ｓ］（ｓ−ａ）（ｓ−ｂ）（ｓ−ｃ）｝
   …（２）（但し、ｓ＝（ａ＋ｂ＋ｃ）／２） ４、前記外接三角形の内角の大きさはすべて４０度から
   ８０度の間である特許請求の範囲第１項記載のプロフィ
   ール測定方法。