(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個以上の変位計と被測定ロールを、被測定ロールの軸方向と平行に相対移動させながら、該変位計で被測定ロールの表面までの距離を測定し、得られた距離測定値を演算して、回転中の被測定ロールの表面プロフィールを求めるロールプロフィール測定方法において、
前記距離測定のサンプリング時間間隔を、予想される被測定ロールの回転周期の最小値の２分の１以下にすると共に、
前記距離測定中の被測定ロールの回転速度を検出し、
１回のプロフィール測定で得られた一連の距離測定値を時系列的なデータ列とみなし、このデータ列から、検出したロール回転速度に対応する周波数成分を除去してロールプロフィールを演算することを特徴とするロールプロフィール測定方法。
【請求項２】
請求項１において、前記距離測定値のデータ列に対して、移動平均処理を施すことにより、ロール回転速度に対応する周波数成分を除去することを特徴とするロールプロフィール測定方法。
【請求項３】
請求項１において、前記距離測定値のデータ列に対して、ＩＩＲ型やＦＩＲ型のディジタルフィルタを用いて、ロール回転速度に対応する周波数成分を除去することを特徴とするロールプロフィール測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロールプロフィール測定方法に係り、特に、鉄やアルミニウム等の金属材料の圧延工程において、回転中の圧延ロールの表面プロフィールを高精度で測定するのに好適な、ロールプロフィール測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧延ロールのプロフィールを測定する方法としては、図４に示すように、被測定ロール１０の表面１０ａとほぼ平行に移動可能に配置された距離計取付台２２のロール１０に面する側面に、１個あるいは複数個の距離計（変位検出器）２０を設置し、距離計移動手段２４により、前記距離計取付台２２を被測定ロール表面１０ａに沿って一定速度Ｖで移動させながら、ロール表面までの距離ｙを距離計２０で測り、得られた距離測定値ｙを距離計取付台２２の移動量Ｌと対応させて、ロールプロフィール演算装置３０によりロールプロフィールを演算する方法が知られている。
【０００３】
近年では、圧延ロールを圧延ミル内に組み込んだまま、ロールプロフィール測定をインラインで行う技術も実用化されてきている。この場合、回転中のロールに対して測定を行うことになる。しかしながら、圧延操業中の圧延ロールの回転速度は、被圧延材の種類や圧延条件により広範囲に変化するため、図５に示すように、ロール１０の同一母線１０ｂ上でデータを収集できず、ロール断面形状が、図６に示すように真円で無い場合や、ロール偏心がある場合には、ロール回転によって距離測定値ｙが変化するため、ロールプロフィールが正しく測定できないという問題点を有していた。
【０００４】
従って従来は、このようなロールの真円からのずれや偏心によって生じる測定誤差を除去するために、ロール回転に同期して、即ち、ロール１回転につき１回、ロールの同一母線上で距離測定値ｙを得るようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように、ロールの同一母線上でデータを収集しようとすると、図７に示す如く、ロール回転速度の変化により、ロール軸方向のデータ収集間隔ｇが変わってしまう。
【０００６】
従って、例えばロール回転の遅い方に合わせて距離計の移動速度Ｖを決定すると、必要以上に測定時間が長くなり、約２０〜３０秒の圧延インターバル中にできるだけ短時間で測定を行うことが要請されるインライン測定では、移動速度を遅くすることは困難である。又、測定時間が長くなると、ロールの熱膨脹の影響を受けて測定誤差が大きくなるという問題もあった。
【０００７】
一方、ロール回転の速い方に合わせて距離計の移動速度Ｖを決定すると、ロール回転が遅くなった場合、データ収集間隔ｇが大きくなって、ロールプロフィール測定の空間的分解能が低下し、ロール表面に局所的に生ずる摩耗段差を検出できなくなるという問題を有していた。
【０００８】
特開平３−２５５９０１には、ロールの偏心量を検出して補正することにより、上記の問題を解決することが提案されている。即ち、各距離測定をロールの回転と同期しないで行うと共に、各距離測定時のロールの回転角度を検出しておき、別途測定したロール軸方向の所定位置におけるロールの偏心量と、検出した回転角度によって、各距離測定値に含まれるロール偏心量を補正して、ロールプロフィールを演算するようにしている。
【０００９】
しかしながら、この方法でも、一般にロールの軸方向各位置でのロール偏心量が異なるため、ロール偏心量を正しく補正することができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、回転中のロールの表面プロフィールを高精度で測定することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、１個以上の変位計と被測定ロールを、被測定ロールの軸方向と平行に相対移動させながら、該変位計で被測定ロールの表面までの距離を測定し、得られた距離測定値を演算して、回転中の被測定ロールの表面プロフィールを求めるロールプロフィール測定方法において、前記距離測定のサンプリング時間間隔を、予想される被測定ロールの回転周期の最小値の２分の１以下にすると共に、前記距離測定中の被測定ロールの回転速度を検出し、１回のプロフィール測定で得られた一連の距離測定値を時系列的なデータ列とみなし、このデータ列から、検出したロール回転速度に対応する周波数成分を除去してロールプロフィールを演算することにより、前記課題を解決したものである。
【００１２】
前記ロール回転速度に対応する周波数成分の除去は、例えば、移動平均処理や、ＩＩＲ型、ＦＩＲ型のディジタルフィルタを用いて、行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明によるロールプロフィール測定方法を実施するための測定装置の実施形態を示したものである。
【００１５】
本実施形態においても、従来例と同様に、被測定ロール１０の表面１０ａに沿って距離計取付台２２を設置し、この距離計取付台２２のロール表面１０ａに面する側面に距離計２０を設置する。この距離計取付台２２は、ロール表面１０ａに沿って、距離計移動手段２４により移動可能となっている。本発明においては、更に、被測定ロール１０の単位時間当りの回転数Ｒ（以下回転速度Ｒと言う）を検出するためのロール回転速度検出器４０が設けられている。
【００１６】
前記距離計２０の種類としては、接触式の距離計、あるいは、レーザ、渦流、超音波等を利用した非接触式の距離計を用いることができ、被測定ロール１０の形状や要求される測定精度、あるいは測定環境に応じて適当なものを選択することができる。又、前記距離計移動手段２４としては、例えば油圧シリンダ等を用いることができる。
【００１７】
以下、図２を参照して本実施形態による測定手順を説明する。
【００１８】
まず、ステップ１００で、測定に先立ち、距離計取付台２２（距離計２０）をロール軸方向の一端、例えば図１の左端に移動させておく。
【００１９】
次に、ステップ１１０で、距離計移動手段２４により距離計取付台２２をロールの他端（図１の右端）に移動させながら、距離計２０により、ロール表面１０ａまでの距離ｙｉ（ｉ＝１，２，３・・・）を測定すると共に、各距離測定タイミングにおける距離計取付台２２の移動量Ｌｉ（ｉ＝１，２，３・・・）を距離計移動量検出手段（図示省略）によって検出する。距離測定のタイミングは、ロール１０の回転と同期させる必要がなく、一定のサンプリング時間間隔Δｔで行う。このΔｔは、後述するフィルタ処理の演算精度を向上させるために、できるだけ小さくする方が望ましく、少なくとも、予測されるロール回転周期（１／Ｒ）の最小値の２分の１以下とする必要がある。
【００２０】
ステップ１１０で距離計２０によって距離測定を行っている最中に、ステップ１２０で、被測定ロール１０の回転速度Ｒをロール回転速度検出器４０によって検出する。
【００２１】
距離測定値ｙｉ、距離計移動量測定値Ｌｉ及びロール回転速度検出値Ｒは、ロールプロフィール演算装置３０に伝送される。ロールプロフィール測定装置３０では、ステップ１３０で、時系列データｙｉ（ｉ＝１，２，３・・・）に対し、検出したロール回転速度Ｒに対応する周波数成分を除去するバンドパスフィルタ処理を施す。具体的には、移動平均点数が（１／ＲΔｔ）となる移動平均処理を施したり、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ＦＦＴ）により周波数Ｒの成分を除去したり、あるいは、例えば文献“Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ”（Ａｌａｎ  Ｖ．  Ｏｐｐｅｎｈｅｉｍ  著，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ  ）等に記載されている無限インパルス応答（Ｉｎｆｉｎｉｔ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ；ＩＩＲ）型デジタルフィルタや、有限インパルス応答（Ｆｉｎｉｔ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ；ＦＩＲ）型デジタルフィルタを用いて特定の周波数成分をカットする方法を用いることができる。
【００２２】
このようにして、ロール回転速度Ｒに対応した周波数成分を除去することにより、ロール偏心の影響を低減する。なお、ロール回転速度Ｒに対応した周波数成分をフィルタで除去する場合、前述のように、距離測定の時間間隔Δｔをロール回転周期１／Ｒに比べて十分小さくする方がフィルタの性能は良くなり、サンプリング定理より、少なくともΔｔ≦１／（２Ｒ）とする必要がある。
【００２３】
次いでステップ１４０に進み、フィルタ処理後の距離測定値ｙｉ＊  を距離計移動量測定値Ｌｉと対応づけることにより、ロール軸方向のロールプロフィールが求められる。
【００２４】
なお、距離計２０の個数は、前記実施形態に例示した１個に限定されるものでなく、被測定ロール１０のプロフィール特性や、要求される測定時間等によって、２個以上とすることができる。又、圧延ロールをロール軸方向と平行に移動する、いわゆるワークロールシフトミルでは、距離計２０を静止させておいて、被測定ロール１０の方をロール軸方向に移動しながら、距離測定値ｙｉを得るようにすることも可能である。又、ロールと距離計の両者を移動させることもできる。
【００２５】
【実施例】
鉄鋼の熱間圧延工程に用いる、直径７００ｍｍφ、長さ２０００ｍｍの圧延ロールのプロフィールを、１個の水柱式超音波距離計を用いて測定した。距離計取付台は、油圧シリンダによって約１００ｍｍ／秒の速度で移動し、ロール回転速度検出器としてはパルスエンコーダを用いた。ロール回転速度は、２２０ｍｐｍ（回転速度Ｒ＝１．６７回転／秒）であった。
【００２６】
図３（ａ）に、ロールを静止させて接触式の電気マイクロメータで測定した真のロールプロフィール、図３（ｂ）に、ロール回転に同期して距離データをサンプリングした従来法１による測定結果、図３（ｃ）に、ロール回転に同期せずに距離データをΔｔ＝１００ミリ秒でサンプリングし、別途求めたロール偏心量で補正した従来法２による測定結果、図３（ｄ）に、Δｔ＝１００ミリ秒で非同期サンプリング後、移動平均処理を用いた本発明法１による測定結果、図３（ｅ）に、Δｔ＝１００ミリ秒で非同期サンプリング後、ＩＩＲ型デジタルフィルタを用いた本発明法２による測定結果、をそれぞれ示す。
【００２７】
図３（ａ）から明らかなように、真のプロフィールでは、ロールは中央部がなだらかに膨らみ、且つ、左右の２箇所Ａ、Ａ´に被圧延材との摩擦熱による摩耗段差が生じている。
【００２８】
これに対して、図３（ｂ）に示した従来法１では、ロール回転と同期して距離測定を行ったため、ロール偏心の影響は皆無であるが、サンプリング点数が少なくなった結果、空間的測定分解能が低下して、右側の摩耗段差Ａ´が全く検出できていない。
【００２９】
又、図３（ｃ）に示した従来法２では、ロール偏心の影響が除去し切れずに、矢印Ｂに示す如く、プロフィール測定結果に重畳されている。
【００３０】
これらに対して図３（ｄ）に示す本発明法１では、移動平均により、ロール偏心の影響はほぼ完全に除去されている。しかし、同時に高周波成分も減衰するため、ロールの摩耗段差部分については、矢印Ｃ、Ｃ´に示す如く、正確には検出できていない。このように、ロールプロフィールの急峻な凹凸を検出する必要があるときは、移動平均によるフィルタ処理では必ずしも十分とは言えない。
【００３１】
これに対して、図３（ｅ）に示す本発明法２では、ロール偏心がほぼ除去できている上、摩耗段差部分についても、正確に検出できている。
【００３２】
なお、前記実施形態においては、本発明が、圧延ロールの表面プロフィール測定に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、圧延ロール以外の一般のロールの表面プロフィールも、同様に測定できることは明らかである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ロール回転に同期せずに短い時間間隔で、多数の距離測定値をサンプリングすると共に、ロール回転速度を別途検出して、この回転速度に対応する周波数成分を距離測定値から除去するようにしたので、回転中のロールのプロフィールを、ロール偏心の影響を受けずに、高い分解能で精度良く測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるロールプロフィール測定方法を実施するための装置構成を示す正面図
【図２】本発明によるロールプロフィール測定の実施形態の処理手順を示す流れ図
【図３】従来法及び本発明法によるロールプロフィール測定結果を比較して示す線図
【図４】従来のロールプロフィール測定方法を実施するための装置構成を示す正面図
【図５】従来の一例におけるロールプロフィール測定点を示す斜視図
【図６】真円でないロールの断面形状を示す断面図
【図７】距離計の移動速度が一定である場合の、ロールの回転速度とデータ収集間隔の関係の例を示す線図
【符号の説明】
１０…被測定ロール
１０ａ…表面
２０…距離計
２２…距離計取付台
２４…距離計移動手段
３０…ロールプロフィール演算装置
４０…ロール回転速度検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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