JP7694552B2

JP7694552B2 - 表面粗度測定装置および表面粗度測定方法

Info

Publication number: JP7694552B2
Application number: JP2022205338A
Authority: JP
Inventors: 侑輝南里; 善行宮山; 翔平西村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2025-06-18
Anticipated expiration: 2042-12-22
Also published as: JP2024089852A

Description

本発明は、熱間圧延ロールなどの圧延ロールのロール表面の面粗さを検出する表面粗度測定装置および表面粗度測定方法に関する。

従来の圧延用ロールの表面検査では、超音波探傷という方法が行われている。超音波探傷は対象物の表面から一定の距離に、超音波プローブを保持し、該超音波プローブから音響結合媒体を介して対象物へ超音波を伝搬させ、対象物の表面や表面直下に存在する欠陥を検出するものである（例えば、特許文献１参照）。

また、ロール表面欠陥検出装置として、単一光源を照射し、その反射あるいは拡散する光を検出するリニアセンサあるいはエリアセンサを有し、そのセンサ出力を処理して被検査ロールの表面欠陥を検出するという方法もある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２－１０３０３３号公報特開２０１０－０１４５１５号公報

しかしながら、従来技術では、以下のような課題があった。
特許文献１や２に開示された技術では、耐荷重、重量の関係から面粗さを測定できる大型のセンサを用いてロールを直接測定することが出来なかった。そのため、圧延ロール表面を型どりしてレプリカを作成し、そのレプリカに写し取った凹凸の粗さを測定していた。レプリカの作成には軟化した樹脂が硬化するまでに時間を要する問題があった。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであって、圧延後に圧延ロールの表面の粗さを直接測定することができ、高精度の面粗さを短時間で測定できる表面粗度測定装置および表面粗度測定方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を有利に解決する本発明にかかる表面粗度測定装置は、圧延ロールの表面粗さを測定する表面粗度測定装置であって、前記圧延ロールの表面に検出部が対向し前記圧延ロールのロール表面までの距離を測定する変位センサと、前記変位センサのコントローラと、前記変位センサおよび前記コントローラをそれぞれ収納する筐体と、前記筐体を支える支持ビームと、前記筐体が固定され、前記支持ビーム上を前記圧延ロールの軸方向に平行に往復移動可能な往復台と、前記圧延ロールを固定するチョックに前記支持ビームを固定する固定治具と、往復台の位置を回転軸として、前記圧延ロールの軸方向に平行な線を含む鉛直面上で前記筐体を回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする。

なお、本発明にかかる表面粗度測定装置は、
（ａ）さらに、前記筐体を前記圧延ロール表面に向けて進退させる進退機構を備えること、
（ｂ）前記変位センサおよび前記コントローラを別個に収納する筐体は往復台を中心に挟んで配置され、前記筐体は前記圧延ロールの側に耐熱ブロックを有すること、
（ｃ）前記コントローラは、前記変位センサが測定した表面変位データに基づき、前記圧延ロール表面の表面データの演算機能を備えること、
（ｄ）前記演算機能は面粗さのパラメータを算出する機能を有すること、
（ｅ）前記変位センサは２次元領域での変位量を測定する機能を有すること、
などがより好ましい解決手段になり得る。

上記課題を有利に解決する本発明にかかる表面粗度測定方法は、上記いずれかの表面粗度測定装置を圧延後に圧延ロールのチョックに固定し、前記圧延ロールの軸方向に平行に変位センサを移動させながら圧延ロール表面の粗さを検出する、ことを特徴とする。

なお、本発明にかかる表面粗度測定方法は、一の圧延ロールの表面粗度の測定後、鉛直面内で往復台の位置を軸として前記変位センサを回転し、他の圧延ロールの表面粗度を測定することがより好ましい解決手段になり得る。

本発明にかかる表面粗度測定装置および表面粗度測定方法によれば、圧延後に直接圧延ロールの表面粗度を測定できる。非接触で型どりレプリカと同等の精度でより短時間で測定できるうえ、ロール軸方向に隙間なく表面粗度を測定できる。

本発明の一実施形態にかかる表面粗度測定装置の概要を示す模式正面図である。上記実施形態にかかる表面粗度測定装置の組み立て手順を示す模式図であって、支持ビームの固体治具をチョックに固定する手順を示す上面図である。上記実施形態にかかる表面粗度測定装置の組み立て手順を示す模式図であって、（ａ）は支持ビームを固体治具に取り付けた状態の上面図であり、（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）はその部分正面図である。上記実施形態にかかる表面粗度測定装置の組み立て手順を示す模式図であって、（ａ）は支持ビームに往復台を取り付けた状態の上面図であり、（ｂ）はその正面図である。上記実施形態にかかる表面粗度測定装置の組み立て手順を示す模式図であって、往復台にコントローラ側筐体を取り付けた状態の正面図である。上記実施形態にかかる表面粗度測定装置の組み立て手順を示す模式図であって、往復台に変位センサ側筐体を取り付けた状態の正面図である。上記実施形態にかかる表面粗度測定装置を用いた表面粗度測定方法を示す模式図である。表面粗度測定位置を示す模式正面図であって、（ａ）は上記実施形態にかかる表面粗度測定装置を用いた場合を表し、（ｂ）は従来法にかかるレプリカ採取位置を表す。上記実施形態にかかる表面粗度測定装置を用いて測定した圧延ロールの粗度と従来法で測定した粗度を比較したグラフである。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための設備や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

図１は本発明の一実施形態にかかる表面粗度測定装置の概要を示す模式正面図である。図２～７は、上記実施形態にかかる表面粗度測定装置の組み立て手順を示す模式図である。本実施形態の表面粗度測定装置１は、圧延後に圧延ロール２の表面粗度を測定するために圧延ロール２を固定するチョック３に固定される。表面粗度測定装置１は、変位センサ４と、変位センサ４のコントローラ５と、筐体６と、支持ビーム７と、往復台８と、固定治具９と、往復台８に有する回転機構と、を備える。さらに、筐体６を圧延ロール２表面に向けて進退させる進退機構を備えることが好ましい。

変位センサ４は圧延ロール２の表面に検出部が対向して設置され、圧延ロール２の表面までの距離を測定する機能を有する。変位センサ４は２次元領域での変位量を測定する機能を有する。コントローラ５は、変位センサ４が測定した表面変位データに基づき、圧延ロール２表面の表面データの演算機能を備える。演算機能は面粗さのパラメータを算出する機能を有する。面粗さのパラメータとしては、算術平均粗さＳａや最大山高さＳｐ、最大谷深さＳｖ、ＳｐとＳｖの和である最大高さＳｚなどを用いることができる。

筐体６は変位センサ４およびコントローラ５をそれぞれ収納し、往復台８に固定される。変位センサ４とコントローラ５とはケーブル１０で接続され、指令や測定データを通信できるようにしている。ケーブル１０は筐体６の往復台８への固定具に面ファスナーなどで緊縛することが好ましい。また、変位センサ４を収納する筐体６は圧延ロール２の側に耐熱ブロックを有する。圧延後の高温の圧延ロール２からの熱に対し変位センサ４を保護することができる。

支持ビーム７は、その両端が固定治具９により圧延ロール２の軸方向両端に位置するチョック３にそれぞれ固定される。往復台８は支持ビーム７上で圧延ロール２の軸方向に平行に往復移動可能に設置される。往復台８は往復台８を中心に挟んで配置された筐体６を往復台８の位置を軸に回転することができる。その回転は圧延ロール２の軸方向に平行な線を含む鉛直面上で回転機構により行われる。

（組み立て機構）
以下、本実施形態にかかる表面粗度測定装置１を圧延後に圧延ロール２の表面粗度を測定できるように組み立てる手順を説明する。
図２に上面模式図で示すように、溝形の固定治具９が１対のチョック３それぞれのスペーサ３Ａを挟み付けるように固定螺子９Ａで固定する。固定螺子９Ａには六角穴付きボルトなどを用いることができる。以下に同じ。

図３（ａ）に上面模式図で示すように固定治具９に支持ビーム７の両端を螺子固定する。図３（ｂ）の側面模式図、図３（ｃ）の正面模式図に示す固定螺子９Ａで固定する。支持ビーム７はアルミフレームなどで構成され、支持ビーム７上を往復移動する往復台８の基礎となるブロックランパー８Ａが据え付けられている。

図４（ａ）の上面模式図、図４（ｂ）の正面模式図に示すように、支持ビーム７上のブロックランパー８Ａに回転機構兼進退機構としての回転治具８Ｂを、圧延ロール２の軸に直交し水平方向に延伸するシャフト８Ｃに回転および進退移動可能に取り付ける。シャフト８Ｃの一端を固定した台座はブロックランパー８Ａに螺子固定される。

図５の正面模式図に示すように、回転治具８Ｂをシャフト８Ｃの後退限（圧延ロール２から離れる方向に）に移動する。コントローラ５を収納した筐体６を回転治具８Ｂに吊るすように取り付け、固定螺子９Ａで固定する。

次に、図６の正面模式図に示すように、コントローラ５を収納した筐体６が上になるように回転治具８Ｂを回転させて位置決めする。変位センサ４を収納した筐体６を回転治具８Ｂに吊るすように取り付け、固定螺子９Ａで固定する。そして、変位センサ４とコントローラ５をケーブル１０で接続し、ケーブル１０は面ファスナーなどで緊縛する。

（進退兼回転機構）
測定時には回転治具８Ｂがシャフト８Ｃのブロックランバー８Ａ側の前進限（圧延ロール２に近づく方向に）で固定されている。回転治具８Ｂを緩めて、筐体６の上下を入れ替えることができる（図７）。９０°回転するごとにピンにより固定することができる。
回転治具８Ｂをシャフト８Ｃに沿って、圧延ロール２に近づけたり、離したりして、位置決めする。

（走査機構）
支持ビーム７に位置決めされたブロックランパー８Ａを緩め、任意の位置（圧延ロール２のロール軸に平行な方向で）まで移動後、ブロックランパー８Ａを固定する（図７）。

（表面粗度測定方法）
進退兼回転機構や走査機構により、任意の位置へ変位センサ４を移動させたのち、変位センサ４から圧延ロール２の表面までの距離を測定する。その後、所定の位置まで移動させて、測定を繰り返す。図８（ａ）に示すように、測定範囲をロール軸方向に連続させることが好ましい。一のロールの測定終了後、筐体６を上下入れ替えて、他のロールを測定することが好ましい。

熱間圧延後の圧延ロール（ワークロール）の表面粗度を上記表面粗度測定装置を用いて測定した発明例とシリコン樹脂を用いてロール表面のレプリカを採取した従来法を比較した。発明例は図８（Ａ）のようにロール軸方向に連続するように測定した。従来法では、ロール軸方向に７か所のレプリカを採取した。表面粗度は、２５ｍｍの長さの線分析とし、最大の高さの差Ｒｚで評価した。図９の結果は○印と実線で発明例を、×印と破線で従来例を示す。測定位置はレプリカ採取位置で比較した。図９の結果から発明例と従来例の測定値に差がないことがわかる。一方、発明例は従来例の１／４の時間で測定を終えることができ、また、発明例では面粗度のパラメータを活用することもできる。発明例は、高精度で、効率的な測定法といえる。

１表面粗度測定装置
２圧延ロール
３チョック
３Ａ（チョックの）スペーサ
４変位センサ
５コントローラ
６筐体
７支持ビーム
８往復台
８Ａブロッククランパー
８Ｂ（回転機構兼進退機構の）回転治具
８Ｃシャフト
９固定治具
９Ａ固定螺子
１０ケーブル
１１（表面粗度測定装置による）測定位置
１２（レプリカの）採取位置

Claims

圧延ロールの表面粗さを測定する表面粗度測定装置であって、
前記圧延ロールの表面に検出部が対向し前記圧延ロールのロール表面までの距離を測定する変位センサと、
前記変位センサのコントローラと、
前記変位センサおよび前記コントローラをそれぞれ収納する筐体と、
前記筐体を支える支持ビームと、
前記筐体が固定され、前記支持ビーム上を前記圧延ロールの軸方向に平行に往復移動可能な往復台と、
前記圧延ロールを固定するチョックに前記支持ビームを固定する固定治具と、
往復台の位置を回転軸として、前記圧延ロールの軸方向に平行な線を含む鉛直面上で前記筐体を回転させる回転機構と、
を備える、表面粗度測定装置。
さらに、前記筐体を前記圧延ロール表面に向けて進退させる進退機構を備える、
請求項１に記載の表面粗度測定装置。
前記変位センサおよび前記コントローラを別個に収納する筐体は往復台を中心に挟んで配置され、
前記筐体は前記圧延ロールの側に耐熱ブロックを有する、
請求項１に記載の表面粗度測定装置。
前記コントローラは、前記変位センサが測定した表面変位データに基づき、前記圧延ロール表面の表面データの演算機能を備える、
請求項１に記載の表面粗度測定装置。
前記演算機能は面粗さのパラメータを算出する機能を有する、
請求項４に記載の表面粗度測定装置。
前記変位センサは２次元領域での変位量を測定する機能を有する、
請求項１に記載の表面粗度測定装置。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表面粗度測定装置を圧延後に圧延ロールのチョックに固定し、
前記圧延ロールの軸方向に平行に変位センサを移動させながら圧延ロール表面の粗さを検出する、
表面粗度測定方法。
一の圧延ロールの表面粗度の測定後、鉛直面内で往復台の位置を軸として前記変位センサを回転し、他の圧延ロールの表面粗度を測定する、
請求項７に記載の表面粗度測定方法。