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JPH0663756B2 - Surface shape measuring device for dull roll - Google Patents
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JPH0663756B2 - Surface shape measuring device for dull roll - Google Patents

Surface shape measuring device for dull roll

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JPH0663756B2
JPH0663756B2 JP62190135A JP19013587A JPH0663756B2 JP H0663756 B2 JPH0663756 B2 JP H0663756B2 JP 62190135 A JP62190135 A JP 62190135A JP 19013587 A JP19013587 A JP 19013587A JP H0663756 B2 JPH0663756 B2 JP H0663756B2
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JP
Japan
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roll
pulse
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laser
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雅史 長田
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川崎製鉄株式会社
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  • Laser Beam Processing (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

<産業上の利用分野> 本発明は、レーザパルスビームによりダル加工されたロ
ールにおいて、粗面を形成するクレータ等の形状を測定
する装置に関する。 <従来の技術> 通常、鋼板やステンレス鋼板、アルミニウム板などの圧
延機に用いられるワークロールは、その周面形態からブ
ライトロールとダルロールに大別される。前者は、研磨
仕上加工されたもので、このロールで圧延された金属板
は光沢仕上げ肌となる。一方、後者のダルロールは、シ
ョットブラスト加工あるいは放電加工により、表面に凹
凸を付与したもので、これにより圧延された金属板は梨
地仕上げ肌を有する。 ところで最近、ダルロールを製作するのに、レーザビー
ムを使用する方法が注目されつつある。この方法は、例
えば特開昭55-94790号公報に記載されているように、加
工すべきロールを回転させながら、レーザビームをメカ
ニカルチョッパによりパルス化し、あるいは電気的にパ
ルスビームを発生させて、このパルスビームをロール表
面に次々に照射することにより、ロール表面を部分的に
溶融させて凹凸を付与する技術である。 第4図および第5図はこのように加工されて得られたロ
ール表面を模式的に示したものである。図において、1
はレーザパルスビームの1パルスによって形成されたク
レータであり、2はこの時溶融した母材金属が盛り上が
ってできたリング部である。なお、4はロール3の表面
が加工されずにそのまま残っている平坦部である。ま
た、この場合加工条件を調節することによってリング部
2を無くすこともできる。 このようにして形成された表面の凹凸パターンはショッ
トブラスト加工や放電加工で得られるそれがランダムで
あるのに対し、非常に規則正しいという特徴があり、こ
のレーザビームにより加工されたダルロールを用いて圧
延されたダル金属板は種々の優れた性質を有する。 <発明が解決しようとする問題点> 通常、レーザパルスビームによりロールをダル加工する
際、圧延される金属板の種類,用途に応じて、クレータ
の大きさやクレータ間の距離を変化させている。すなわ
ち、レーザビームの出力や照射時間を調節したり、ある
いはメカニカルチョッパの回転数や加工すべきロールの
回転速度等を制御することにより表面の凹凸パターンを
変えている。 しかしながら、加工後の凹凸パターンが所定のものにな
っているかどうかの検査方法には有効なものがなく、特
にクレータの大きさを把握するのが困難であった。すな
わち、クレータの大きさは通常10〜400μm程度であ
り、従来の機械式表面粗度計ではこのピックアップが大
きくて、測定できない。また光学式の粗度計もあるが、
装置が大きく、ロール表面を直接観察することはでき
ず、通常レプリカを取って測定している。さらに、ロー
ル表面を直接観察するものとして光学顕微鏡を用いてい
るが、その間ロールの回転を停止させなければならず、
これでは効率が悪く、また作業者の負荷も大きいという
欠点がある。 本発明は、上記のような問題点を解決すべくなされたも
のであって、レーザビームにより加工されたダルロール
の表面形状を直接、かつ簡単に測定できる表面形状測定
装置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> 本発明は、レーザパルスビームによりダル加工されたロ
ールの表面形状を測定する装置であって、計測用レーザ
パルスビームを発生するレーザ発振器と、 この発振器から前記ロール表面に照射されて反射したパ
ルスビームを受光し、この受光量に応じた大きさの電気
信号を出力する受光器と、 この受光器から出力される信号のうち一定値以上の信号
のみを通過させるリミッタと、 この通過信号をアナログに変換する波形処理回路と、 この波形処理回路からの出力信号に基づいて前記レーザ
パルス発振器のパルス数もしくは別に設けたパルス発振
器から発生するパルス数をカウントするカウンタと、 このカウンタによりカウントされたパルス数をもとにロ
ールの表面形状を算出する演算装置とから構成されるこ
とを特徴とするダルロール用表面形状測定装置である。 <作 用> 本発明はレーザパルスビームをロール表面に照射し、こ
の反射光の強度を電気信号に変換し、この電気信号の小
さいものはクレータ部に相当する信号とみなしてこれを
カットするようにしたので、クレータの大きさ、さらに
は平坦部の大きさを自動的にかつ簡単に測定することが
可能である。 <実施例> 以下に、本発明の実施例について、図面を用いて詳しく
説明する。 第1図は、本発明装置に係る実施例を模式的に示す説明
図である。 図において、5はレーザパルス発振器であり、パルスビ
ームaが、ロール3の表面に入射角θで照射される。こ
の間ロール3は矢示F方向に回転しているので、レーザ
ビームaはロール3の周方向(例えば第4図のA方向)
を走査することになる。6は、ロール表面で反射した反
射パルスビームcを検出する受光器であって、その受光
量に比例した大きさの電気信号dを出力する。この受光
器6は、パルスビームaの入射角θと同じ受光角θとな
るように設けられている。7はリミッタであって、受光
器6から出力された信号のうち、小さなパルス信号はカ
ットし、大きなパルス信号のみをeとして通過させる。
8は波形処理回路であって、その出力信号fはアップカ
ウンタ10に入力される。なお、このアップカウンタ10に
は、レーザパルス発振器5からのパルス信号bが入力さ
れるようになっている。そして、このアップカウンタ10
からの信号gは演算器9に入力され、信号gをもとにク
レータの大きさを算出して、その結果を信号hとして出
力する。 以上の構成において、レーザパルス発振器5から照射さ
れるレーザビームの出力パターンは、第2図(a)のよ
うになり、また電気的にパルスビームを発生させる制御
信号を取出した信号bも同じ波形となる。ロール3の表
面に照射されたレーザビームaは、ロール3の表面で反
射され、その反射パルスビームcは受光器6で検出され
る。ロール3は研磨加工された後、レーザビームが照射
されて、クレータ1を形成しているため、平坦部4にお
ける反射率は非常に高いのに対し、クレータ1ではその
表面が酸化していること、また平坦ではないことから、
受光器6の受光量は少なくなり、第2図(b)のような
信号パターンになる。この受光された信号は、電気信号
dに変換されるが、このパターンも第2図(b)と同じ
である。この電気信号dは、リミッタ7により低出力信
号はカットされ、第2図(c)に示すパターンをした信
号eとなる。次に、この信号eは波形処理回路8によ
り、第2図(d)に示すパターンの信号fとなる。この
信号fはアップカウンタ10に入力されるが、このアップ
カウンタ10においては、信号fが零になった時点で発振
器5から出るパルス信号bのパルス数のカウントを開始
する。次に、波形処理回路8からの出力があった時点で
カウントを終了し、その結果をカウント信号gとして演
算器9に出力すると同時に、アップカウンタ10をリセッ
トして、次のカウントに備える。 演算器9では、アップカウンタ10からのカウント信号g
をもとにクレータの大きさを計算し、その結果を例えば
CRT、プリンタ等に出力したり、レーザダル加工機に出
力してフィードバック信号として用いることができる。 いま、ロール3の周速をv(mm/sec)、1パルス当た
りの時間をT(sec)、アップカウンタ10によるカウン
ト数をn(パルス)とすると、クレータ1の直径D(m
m)は次式で算出される。なおここではリング部2の大
きさもクレータに含めている。 D=T・n・v ……(1) また、リング部2の幅をB(mm)(第5図参照)とする
と、 B≒ 0.15 D ……(2) の関係があり、また、クレータ1の深さをH(mm)(第
5図参照)とすると、深さHと直径Dとの間には第3図
に示すような関係のあることがわかっている。したがっ
て、前記(1)式によって、クレータの直径Dがわかれ
ば、クレータの形状を把握することができる。 なお、上記の実施例では、カウント用パルス信号bをレ
ーザパルス発振器5の制御信号より取出すようにした
が、本発明はこれに限定されず、パルス発振器を単独に
設けてもよく、特にビームのパルス化をメカニカルチョ
ッパで行うものに有効である。 また、上記の実施例ではクレータの直径を測定する場合
につき説明したが、平坦部の大きさを測定することも同
様に可能である。ただし、この場合にはパルスカウント
開始のトリガ信号として、第2図(d)に示すパターン
を逆に用いる必要がある。すなわち、出力があった時点
でカウントを開始し、出力がゼロになればカウントを終
了させるのである。 さらに測定用のレーザビームはダル加工用のレーザビー
ムを一部取出して使用してもよい。 <発明の効果> 以上説明したように、本発明によれば、レーザパルスビ
ームを用いることによりダル加工されたロールの表面形
状を簡単に測定することができ、かつ測定の自動化も達
成できるから、製品の品質保証に大きく寄与することが
できる。
<Field of Industrial Application> The present invention relates to an apparatus for measuring the shape of a crater or the like that forms a rough surface on a roll that has been dull processed by a laser pulse beam. <Prior Art> Generally, work rolls used for rolling mills such as steel plates, stainless steel plates, and aluminum plates are roughly classified into bright rolls and dull rolls according to their peripheral surface configurations. The former is polished and finished, and the metal plate rolled by this roll has a gloss finish. On the other hand, the latter dull roll has irregularities on the surface by shot blasting or electric discharge machining, and the metal plate rolled by this has a satin finished surface. By the way, recently, a method of using a laser beam to manufacture a dull roll is drawing attention. This method, for example, as described in JP-A-55-94790, while rotating the roll to be processed, pulse the laser beam by a mechanical chopper, or generate a pulse beam electrically, By irradiating the roll surface with this pulse beam one after another, the roll surface is partially melted to provide unevenness. FIG. 4 and FIG. 5 schematically show the roll surface obtained by processing in this way. In the figure, 1
Is a crater formed by one pulse of a laser pulse beam, and 2 is a ring portion formed by rising of the base metal melted at this time. Incidentally, 4 is a flat portion where the surface of the roll 3 is left unprocessed. Further, in this case, the ring portion 2 can be eliminated by adjusting the processing conditions. The concavo-convex pattern on the surface formed in this way is characterized by being very regular, whereas that obtained by shot blasting or electrical discharge machining is random. The formed dull metal plate has various excellent properties. <Problems to be Solved by the Invention> Normally, when a roll is dull-processed by a laser pulse beam, the size of the craters and the distance between the craters are changed according to the type and application of the metal plate to be rolled. That is, the concavo-convex pattern on the surface is changed by adjusting the output of the laser beam and the irradiation time, or by controlling the rotation speed of the mechanical chopper, the rotation speed of the roll to be processed, and the like. However, there is no effective method for inspecting whether the concavo-convex pattern after processing has a predetermined shape, and it is particularly difficult to grasp the size of the crater. That is, the size of the crater is usually about 10 to 400 μm, and the pickup cannot be measured by the conventional mechanical surface roughness meter because the pickup is large. There is also an optical roughness meter,
Since the device is large and the surface of the roll cannot be observed directly, a replica is usually taken for measurement. Furthermore, while using an optical microscope to directly observe the roll surface, the rotation of the roll must be stopped during that time,
This is inefficient, and has a drawback that the load on the operator is large. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a surface shape measuring device that can directly and easily measure the surface shape of a dull roll processed by a laser beam. To do. <Means for Solving the Problems> The present invention is an apparatus for measuring the surface shape of a roll dull-processed by a laser pulse beam, the laser oscillator generating a laser pulse beam for measurement, A photoreceiver that receives the pulse beam that is irradiated on the roll surface and reflected, and outputs an electrical signal of a magnitude that corresponds to the amount of received light, and passes only the signals that are above a certain value among the signals output from this photoreceiver. A limiter, a waveform processing circuit for converting the passing signal into an analog signal, and a counter for counting the number of pulses of the laser pulse oscillator or the number of pulses generated from a separately provided pulse oscillator based on the output signal from the waveform processing circuit. And a calculation device that calculates the surface shape of the roll based on the number of pulses counted by this counter. It is dull for the surface shape measuring apparatus according to claim. <Operation> The present invention irradiates the roll surface with a laser pulse beam, converts the intensity of this reflected light into an electric signal, and considers that a small electric signal is a signal corresponding to the crater portion and cuts it. Therefore, it is possible to automatically and easily measure the size of the crater and further the size of the flat portion. <Examples> Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an embodiment of the device of the present invention. In the figure, reference numeral 5 denotes a laser pulse oscillator, and the pulse beam a is applied to the surface of the roll 3 at an incident angle θ. During this time, since the roll 3 is rotating in the F direction indicated by the arrow, the laser beam a is directed in the circumferential direction of the roll 3 (for example, the A direction in FIG. 4).
Will be scanned. Reference numeral 6 denotes a photodetector for detecting the reflected pulse beam c reflected on the roll surface, and outputs an electric signal d having a magnitude proportional to the amount of received light. The light receiver 6 is provided so as to have the same light receiving angle θ as the incident angle θ of the pulse beam a. A limiter 7 cuts a small pulse signal of the signals output from the light receiver 6 and passes only a large pulse signal as e.
Reference numeral 8 denotes a waveform processing circuit, the output signal f of which is input to the up counter 10. The pulse signal b from the laser pulse oscillator 5 is input to the up counter 10. And this up counter 10
Is input to the calculator 9, the size of the crater is calculated based on the signal g, and the result is output as the signal h. In the above configuration, the output pattern of the laser beam emitted from the laser pulse oscillator 5 is as shown in FIG. 2 (a), and the signal b obtained by extracting the control signal for electrically generating the pulse beam has the same waveform. Becomes The laser beam a applied to the surface of the roll 3 is reflected by the surface of the roll 3, and the reflected pulse beam c is detected by the light receiver 6. The roll 3 is polished and then irradiated with a laser beam to form the crater 1. Therefore, the reflectance of the flat portion 4 is very high, whereas the surface of the crater 1 is oxidized. Also, because it is not flat,
The amount of light received by the light receiver 6 decreases, and the signal pattern becomes as shown in FIG. This received signal is converted into an electric signal d, and this pattern is also the same as in FIG. 2 (b). The low output signal of this electric signal d is cut by the limiter 7, and becomes a signal e having the pattern shown in FIG. 2 (c). Next, the signal e is converted by the waveform processing circuit 8 into the signal f having the pattern shown in FIG. The signal f is input to the up counter 10, and the up counter 10 starts counting the number of pulses of the pulse signal b output from the oscillator 5 when the signal f becomes zero. Next, when the output from the waveform processing circuit 8 is reached, the counting is finished, and the result is output to the calculator 9 as a count signal g, and at the same time, the up counter 10 is reset to prepare for the next count. In the computing unit 9, the count signal g from the up counter 10
Calculate the size of the crater based on
It can be output to a CRT, a printer or the like, or can be output to a laser dull processing machine and used as a feedback signal. Now, assuming that the peripheral speed of the roll 3 is v (mm / sec), the time per pulse is T (sec), and the number counted by the up counter 10 is n (pulse), the diameter of the crater 1 is D (m
m) is calculated by the following formula. The size of the ring portion 2 is also included in the crater here. D = T · n · v (1) Further, if the width of the ring portion 2 is B (mm) (see FIG. 5), there is a relation of B ≈ 0.15 D ...... (2) and the crater When the depth of 1 is H (mm) (see FIG. 5), it is known that the depth H and the diameter D have a relationship as shown in FIG. Therefore, if the diameter D of the crater is known from the equation (1), the shape of the crater can be grasped. Although the counting pulse signal b is taken out from the control signal of the laser pulse oscillator 5 in the above-mentioned embodiment, the present invention is not limited to this, and a pulse oscillator may be provided independently. It is effective for pulsing with a mechanical chopper. Further, in the above embodiment, the case where the diameter of the crater is measured has been described, but it is also possible to measure the size of the flat portion. However, in this case, it is necessary to reversely use the pattern shown in FIG. 2D as the trigger signal for starting the pulse count. That is, the count is started when the output is output, and the count is ended when the output becomes zero. Further, as the measurement laser beam, a part of the laser beam for dull processing may be extracted and used. <Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, it is possible to easily measure the surface shape of a dull-processed roll by using a laser pulse beam, and it is also possible to achieve automation of measurement. It can greatly contribute to product quality assurance.

【図面の簡単の説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明装置の実施例を模式的に示す説明図、
第2図は、各信号パターンを示す特性図、第3図は、ク
レータの直径と深さの関係を示す特性図、第4図は、ロ
ール表面を模式的に示す平面図、第5図は、ロール表面
を模式的に示す断面図である。 1……クレータ、2……リング部、 3……ロール、4……平坦部、 5……レーザパルス発振器、6……受光器、 7……リミッタ、8……波形処理回路、 9……演算器、10……アップカウンタ。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an embodiment of the device of the present invention,
FIG. 2 is a characteristic diagram showing each signal pattern, FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the diameter and depth of the crater, FIG. 4 is a plan view schematically showing the roll surface, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the roll surface. 1 ... Crater, 2 ... Ring part, 3 ... Roll, 4 ... Flat part, 5 ... Laser pulse oscillator, 6 ... Photoreceiver, 7 ... Limiter, 8 ... Waveform processing circuit, 9 ... Calculator, 10 ... Up counter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザパルスビームによりダル加工された
ロールの表面形状を測定する装置であって、 計測用レーザパルスビームを発生するレーザ発振器と、 この発振器から前記ロール表面に照射されて反射したパ
ルスビームを受光し、この受光量に応じた大きさの電気
信号を出力する受光器と、 この受光器から出力される信号のうち一定値以上の信号
のみを通過させるリミッタと、 この通過信号をアナログに変換する波形処理回路と、 この波形処理回路からの出力信号に基づいて前記レーザ
パルス発振器のパルス数もしくは別に設けたパルス発振
器から発生するパルス数をカウントするカウンタと、 このカウンタによりカウントされたパルス数をもとにロ
ールの表面形状を算出する演算装置とから構成されるこ
とを特徴とするダルロール用表面形状測定装置。
1. An apparatus for measuring a surface shape of a roll dull-processed by a laser pulse beam, comprising: a laser oscillator for generating a laser pulse beam for measurement; and a pulse emitted from the oscillator and reflected by the roll surface. An optical receiver that receives the beam and outputs an electrical signal of a magnitude corresponding to the amount of received light, a limiter that allows only signals above a certain value among the signals output from this optical receiver to pass, and an analog signal that passes this signal. A waveform processing circuit for converting to a pulse processing circuit, a counter for counting the number of pulses of the laser pulse oscillator or the number of pulses generated by a pulse oscillator provided separately based on the output signal from the waveform processing circuit, and the pulse counted by this counter. A dull roll characterized by comprising an arithmetic unit for calculating the surface shape of the roll based on the number. Profilometer.
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