JP2542817B2

JP2542817B2 - 丸鋳片連続鋳造用湾曲鋳型の立体的な内面形状測定装置

Info

Publication number: JP2542817B2
Application number: JP61027504A
Authority: JP
Inventors: 雅巳中村; 英二森川; 諭佐竹
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1996-10-09
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: JPS62185112A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、丸鋳片を連続鋳造するための鋳型の立体的
な内面形状を測定する装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の鋳型では、鋳片の冷却を効率的に行うため
に、鋳片の凝固の進行による収縮に従って、内径を徐々
に絞るテーパ鋳型になっているとともに、湾曲型連続鋳
造設備においては鋳片のパスラインに沿って鋳型が湾曲
している。

この種の鋳型が設計通り製作されているか否か、また
長期間使用後、変形していないか否かを管理すること
は、健全な鋳片を製造するためにきわめて重要なことで
ある。特にその内面形状が主要点であるが、その測定に
は内面がストレートでないため困難な問題が多い。

従来の内面形状測定装置としては、特開昭60−46849
号公報のもの（先行技術という）が知られている。この
先行技術では、湾曲丸形鋳型の場合において、距離検出
器を鋳型の中心軸と直交する面に沿わせながら鉛直軸周
りに回転させることとしている。距離検出器を鋳型の中
心軸と直交させる姿勢をとらせるために、先行技術で
は、具体的には、距離検出器の測定ロッドを、昇降台に
取付けた第５モータによって、ワイヤを伸縮させること
によって、水平軸を中心として上下方向に首振りさせ、
その際の最小距離信号を与える位置が前記直交させる姿
勢であるとして、測定ロッドの位置決めした後、内径を
測定することとしている。

他方で、先行技術では、測定装置と鋳型のセンターと
を合わせるために、基台上にＸ方向に移動する第１移動
台車を設けるとともに、その上にＹ方向に移動する第２
移動台車を設け、鋳型のある深さの位置において測定さ
れる最小距離信号を円周方向に複数点記憶させ、そのデ
ータに基いて距離検出器の鋳型中心軸に対する位置ずれ
量を求めた後、これに基いて第１および第２移動台車を
X,Y方向に補正移動させ、センター合せすることとして
いる。

さらに、先行技術では、湾曲型鋳型の場合、各断面の
内径を測定することは可能であるけれども、鋳型縦方向
の鋳型軸芯の設計値とのずれ、あるいは長期使用後のず
れを計測・評価する機能を持っていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記先行技術では、次のような根本的な問題
が残されている。

（１）測定ロッドの上下の首振り機構が必要となるた
め、装置が複雑となるばかりでなく、姿勢補正に要する
時間が測定時間の延長となってあらわれる。

（２）X,Y方向の移動台車の設置が必須となり、装置が
大型化するとともに、設置場所が限定され、さらにセン
ター合せのための時間が、これまた測定時間の延長とな
ってあらわれる。

（３）しかも、軸芯ずれの計測・評価する機能がないた
め、鋳型の形状管理項目として不十分である。

したがって、本発明の主たる目的は、装置が小型でか
つ簡素なもので足りるとともに、測定時間を大巾に短縮
でき、さらに軸芯のずれを計測・評価することができる
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成した本発明の丸鋳片連続鋳造用湾曲鋳
型の立体的な内面形状測定装置は、丸鋳片連続鋳造用湾
曲鋳型のサイズに応じて複数用意したリング状アタッチ
メント群から選択されて、その下部の外面が当該鋳型の
上部開口部内面に密に嵌合して位置決め設置されるアタ
ッチメントと；鋳型の内面に接触して周方向に倣いながらその内面の
位置を測定する距離測定子と、この測定子を前記アタッ
チメントの軸芯を測定軸線として鋳型内を直線的に移動
させる軸方向移動手段と、所定の軸方向位置において前
記測定子を前記測定軸線周りに回転させる回転手段と、
これらを一体的に保持する基台とを有し、この基台の軸
芯が前記アタッチメントの軸芯に合致した状態で位置決
めされる装置本体と；前記距離測定子から得られる前記測定軸線と直交する
面上における鋳型内面の楕円プロフィールを、当該鋳型
の軸芯と直交する鋳型内面の円形プロフィールに補正す
る断面プロフィール補正手段と；前記鋳型内面の円形プロフィールに基づいてその重心
を求めて、その重心と鋳型設計軸芯とのずれ量を演算す
る軸芯ずれ演算手段とを備え、前記断面プロフィール補正および軸芯ずれ演算は前記
軸方向移動手段による軸方向移動に伴って当該鋳型の長
手方向に沿って行われるようにしたことを特徴とするも
のである。

〔作用〕

本発明では、鋳型のサイズに対応して用意されたアタ
ッチメントを介して測定装置を設置するようにしたの
で、装置を鋳型のセンターに合わせるために移動させる
機構が不要となる。また、距離測定子が鋳型の中心軸と
直交させなくとも、装置の中心軸周りに回転させ、補正
によって鋳型の中心軸と直交する面と接する鋳型内面位
置信号を得るものであるから、距離測定子を上下に首振
りさせる機構が不要となる。

したがって、機構的には、測定子の昇降および回転機
構のみで足り、先行技術と比較して、機構的に簡素とな
り、装置が小型化でき、しかも測定時間が大巾に短縮さ
れる。

さらに、特に本発明に従って、丸鋳片連続鋳造用鋳型
のサイズに応じて複数用意したリング状アタッチメント
群から当該鋳型用のアタッチメントを選択すると、当該
鋳型の上部開口部の軸芯にアタッチメントの軸芯が合致
する。かくして、このアタッチメントに基台を介して測
定装置本体を固定すれば、アタッチメントの軸芯が測定
軸芯として設定される。したがって、鋳型のサイズに関
係なく測定軸線を常に一定の位置に設定できる。

その結果、測定軸線周りに距離測定子を回転させ、測
定軸線と直交する面上における鋳型内面の楕円プロフィ
ールを、当該鋳型の軸芯線と直交する鋳型内面の円形プ
ロフィールに補正することにより、この補正されたプロ
フィールに基づいてその径、真円度を測定できる。しか
も、補正された円形プロフィールの中心が当該鋳型のあ
る深さ方向位置での軸芯となるので、この当該鋳型の軸
芯と測定軸線とのずれ量を求めることができる。そし
て、予め既知のある深さ位置での湾曲に伴うずれ量と前
述の求められた測定ずれ量とを比較することにより、当
該鋳型の軸芯が深さ方向について設計軸芯通りとなって
いるか否かを、鋳型サイズ替えに関係なく正確に測定で
きる。

〔発明の具体例〕

以下本発明を図面を参照しながらさらに詳説する。

第２図は本発明装置の概要を示し、第１図はその詳細
を示したものである。

Ｍは本発明の測定対象としての丸中片連続鋳造用鋳型
で、その一開口端部に本発明測定装置１がそのリング状
アタッチメント10を介して堅向に設置される。12はソニ
ー社製「マグネスケール」（ストローク10mm、分解能±
１μｍ）等からなり、鋳型Ｍの内面m_i位置に対する距離
を測定する距離測定子で、１個でもよいが図示例では対
称的に２個配されている。これら測定子12は、それぞれ
堅向の２本のガイドポスト14A,14B,およびねじ部14aを
有する送り軸14Cとその上下端部材14D,14Eとが一体化さ
れた昇降回転体14の下端部材14Eに取付けられ、昇降回
転体14の昇降方向と直交する方向（通常は水平方向）の
姿勢を保ちながら、鋳型Ｍの内面m_iに常時当接するよう
になっている。

他方、アタッチメント10上には、略管状の固定基台16
が立設され、さらにその上端に逆Ｕ字状のカバー18が取
付けられている。基台16およびカバー18は、昇降回転体
14、次述するそれらの内部機構を外部環境から保護す
る。基台16内には、同心的に内筒20Aが配され、その上
下端には上端板20Bおよび下端板20Cが一体化され、さら
に上端板20Bにはウォームホイール20Dが固定され、これ
らによって回転伝達体20が構成されている。内筒20Aは
基台16に対してベアリング22A、22Bを介して回転自在に
支承されている。基台16上部には、回転用モータ24が固
定され、その出力軸にはウォーム26が取付けられ、この
ウォーム26はウォームホイール20Dと噛合している。

また、前記回転昇降体14のガイドポスト14A、14Bは、
上下端板20B,20Cをスラストベアリング28を介して貫い
ているとともに、送り軸14Cは遊貫している。

30は昇降用モータで、下端板20Cに固定用部材32を介
して固定され、その出力軸に取付けられた駆動ギア34
は、送り軸14Cに螺合するナット体36の外周に一体化さ
れた従動ギア38と噛合している。

かかる装置において、いまウォーム26を回転させる
と、ウォームホイール20Dの鉛直軸周りの回転に伴っ
て、回転伝達体20全体が鉛直軸周りに回転する。これに
伴って、昇降回転体14も従回転する。その結果、距離測
定子12も鉛直軸周りに回転する。

一方で、昇降用モータ30を起動させ、ナット体36を回
転させると、送り軸14Cがナット体36に案内されて上下
方向に移動する。その結果、昇降回転体14が昇降すると
ともに、それにつれて距離測定子12が鋳型Ｍの深さ方向
に昇降する。

昇降用モータ30および回転用モータ24のそれぞれ回転
角と、測定子12によって与えられる鋳型Ｍ内面位置に対
する距離信号は、第２図のように、制御・データ記憶装
置40、続いて信号処理装置50に与えられる。

なお、上記例においては、測定子12を鋳型の中心軸方
向に移動させる軸方向移動手段として、昇降用モータ駆
動によるねじ送り方式を、また測定子12の回転手段とし
て、回転用モータによるウォームギア方式を採用した
が、それらの機能を満足すれば、その他の機構を採用す
ることは、当業者にとって容易に行い得よう。

さて、測定に際しては、予め鋳型のサイズごと、多種
類のアタッチメントを用意しておく。

たとえば、第５図のように、187φ用（Ｉ）、213φ用
（II）、231φ用（III）、282用（IV）（単位それぞれm
m）の４種を用意しておく。かくして、当該鋳型Ｍに対
応するアタッチメント10を設置した後、その上に本発明
の装置本体１を設置する。これによって、アタッチメン
ト10の軸芯を鋳型Ｍの上部開口部軸芯に一致させ、その
アタッチメント10の軸芯を通る鉛直線を測定軸線（第３
図のMC）とすることができる。その後、昇降用モータ30
を起動させ、昇降回転体14を下降させ、鋳型Ｍのある深
さに測定子12を位置設定した後、回転用モータ24を起動
させ、回転伝達体20および昇降回転体14を回転させ、測
定子12を測定軸線MC周りに回転させながら、その先端で
鋳型Ｍの内面を倣いつつ、内面の位置を検出する。ある
深さ断面における測定が終了したならば、次のステップ
まで下降し、同様な測定を行う。

次いで、測定子12から与えられる信号の処理方法を、
本発明装置に係る特有の測定原理を基礎として説明す
る。

鋳型が、第３図に示すように湾曲している場合におい
ては、測定軸線MCと鋳型軸芯mcとは一致せず、その偏差
（ずれ量）は鋳型深さＬにより異なる。第３図および第
４図を参照すれば明らかなように、距離測定子12を一定
深さで円周方向に回転して得られる距離信号をプロット
すれば、その軌跡は楕円となり、その楕円の度合は鋳型
深さにより異なる。

次に式によりこの補正方法について述べる。まず、本
発明装置による距離計の測定面は第３図上の破線Ｉとな
る。

したがって得られた距離データをｌ、その時の角度を
θ、測定深さをＬとし、鋳型設計軸芯を原点にとった
Ｘ′−Ｙ直交座標上の位置を求めると（１）式のように
なる。

ここでθ＝０゜は鋳型の湾曲内方向にとった。また、
C₁,C₂は距離検出器の測定軸線MCと鋳型設計軸芯mc（第
４図の座標（0,0）点）とのずれのＸ′,Y方向成分であ
る。C₁は鋳型湾曲の曲率半径をR,鋳型設計軸芯と距離計
の円周方向回転中心軸が平行となる位置の深さをB,鋳型
上端での鋳型設計軸芯と距離計の測定軸線MCとのずれを
e₁とすると（２）式で得られる。

C₂は常に０であるが、意識的あるいは他の要因で装置
固定時にずらした場合は補正値として用いる。ここで、
e₁は鋳型サイズに応じてリング状アッタチメントが選択
されるので、ゼロとみなせる。Ｂについてはたとえば設
計図面から求めることができる。

（１）式で得られる（ｘ′,y）の値の軌跡は楕円とな
るため、これを円に補正する方法について述べる。

第４図における楕円の長軸ａはＸ軸方向に一致し、そ
の長短軸の比（楕円率）は第３図において破線Ｉと鋳型
設計軸芯に対し垂直に引いた実線II（この線で切った断
面は円となる）との交差角をαとすると（３）式で得ら
れる。

ここでｂは楕円の短軸（Ｙ方向）であり、計測位置で
の鋳型内径の設計値に相当する。交差角αは次式により
一意的に得られる。

（３）式により、鋳型の湾曲に起因する楕円成分を補
正したＸ−Ｙ直交座標上に（１）式を変換すると（５）
式のようになる。

次に鋳型の軸芯を求める方法について述べる。本方法
では鋳型の軸芯を重心位置にとった。ｘ−ｙ座標上にプ
ロットされたデータの軌跡により囲まれた部分のｙ＞０
の面積Ｆ（ｙ＞０）（Ａの領域）とｙ＜０の面積Ｆ（ｙ
＜０）（Ｂの領域）を求め、２つの値を比較し、Ｆ（ｙ
＞０）＞Ｆ（ｙ＜０）であればｙ＝０とｙ＝y₀に囲まれ
た部分の面積をＦ（０＜ｙ＜y₀）とし、Ｆ（ｙ＞０）−Ｆ（０＜ｙ＜y₀）＝Ｆ（ｙ＜０）＋Ｆ（０＜ｙ＜y₀） ……（６）を満たすy₀を求める。この時のｙ＝y₀の直線はプロット
されたデータの軌跡により囲まれた部分を２等分する直
線である。Ｆ（ｙ＞０）＜Ｆ（ｙ＜０）の場合はy₀をマ
イナス方向にとり、Ｆ（ｙ＞０）＋Ｆ（y₀＜ｙ＜０）＝Ｆ（ｙ＜０）−Ｆ（y₀＜ｙ＜０） ……（７）を満たすy₀を求める。次にｘ軸方向においても同様の処
理を行い、x₀を求める。このようにして求められた面積
を２等分し、互いに直交する直線ｙ＝y₀,x＝x₀の交点
（x₀,y₀）は重心であり、鋳型の軸芯である。鋳型設計
軸芯は（0,0）であるから、（x₀,y₀）はそのまま鋳型設
計軸芯からのずれの量となる。

また各測定ポイント（x,y）における鋳型の内径（半
径）はにより得られる。

また、真円度は各種の定義式が考えられるが、一例と
して（最大誤差／平均半径）定義を用いると、各測定深
さにおいて、で得られる。ここでｉは同一測定深さにおける円周方向
の測定データ番号であり、ｎはその総数である。

かくして、本発明装置によれば、鋳型の設計軸芯から
のずれ量、径や真円度等が得られ、現鋳型の内面形状を
判断、管理を行うことができる。勿論、上記（１）〜
（９）式のほか、他の式によっても評価できることは明
らかであろう。

ところで、上記制御およびデータ記憶装置は定められ
た測定ピッチ（昇降、回軸）にしたがって駆動モータを
動作させるシーケンサーと距離検出器の信号変換器およ
びデータ記憶装置からなる。データの取込タイミングは
シーケンサーと同期させている。

信号処理装置は距離生データを補正計算し、内径、軸
芯位置、真円度等鋳型内面形状を評価するための量を求
め、プリント出力、グラフィック出力、補助記憶媒体
（例えばフロッピーディスク等）への記憶等を行う。こ
の際、前記データ記憶装置を省略し、直接信号処理装置
を測定装置につなぎ、オンラインで信号処理を行っても
よい。

他方で、鋳型の設計値と比較する場合、（８）式によ
り得られたγを円周方向にプロットすれば、どの角度
（θ）の位置で鋳型内面が変形しているか定量的に把握
することができ、また同じ角度（θ）で鋳型深さ方向に
プロットすれば、どの深さ（Ｌ）の位置で鋳型内面が変
形しているか定量的に把握することができる。鋳型軸芯
のずれ（x₀,y₀）を（ｌ′，θ）に変換し、前記と同様
の処理を行えば鋳型軸芯のずれを角度方向（θ）、深さ
方向（Ｌ）について定量的に把握することができる。こ
こで重要なことは、内面の変形の指標γと鋳型軸芯のず
れの指標（x₀,y₀）は互いに独立な量として評価できる
ことにある。

他の実施例としては、非鋳込時の適当なタイミングで
データをとり、前記指標の経時変化をとらえ、鋳型管理
に適用することも可能である。前述したように、得られ
た各量を用いた組み合わせで新しい指標をつくることは
可能である。

グラフィック出力を用いれば、その評価はさらに効果
的である。

本発明装置を用いると、測定時間だけをとっても、従
来ハンド測定で６時間以上必要であった810点（深さ方
向45段、円周方向18点）の測定が、この装置を用いれば
45分以下で測定可能となった。また、従来、非常に困難
であった鋳型軸芯のずれの評価も簡単に行うことができ
る。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、装置が小型でかつ簡単
なもので足りるとともに、測定時間が大幅に短縮でき、
さらに鋳型軸芯の設計値に対するずれを計測・評価でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一具体例の縦断面図、第２図は全
体の概要図、第３図および第４図は測定原理説明用の説
明図、第５図は各種アタッチメントの外形図である。Ｍ……鋳型、１……測定装置、10……アタッチメント、
12……距離測定子、14……昇降回転体、14C……送り
軸、16……基台、20……回転伝達体、20D……ウォーム
ホイール、24……回転用モータ、26……ウォーム、30…
…昇降用モータ、36……ナット体。

フロントページの続き (72)発明者佐竹諭和歌山市湊1850番地住友金属工業株式会社和歌山製鉄所内 (56)参考文献特開昭60−46849（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−52803（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】丸鋳片連続鋳造用湾曲鋳型のサイズに応じ
て複数用意したリング状アタッチメント群から選択され
て、その下部の外面が当該鋳型の上部開口部内面に密に
嵌合して位置決め設置されるアタッチメントと；鋳型の内面に接触して周方向に倣いながらその内面の位
置を測定する距離測定子と、この測定子を前記アタッチ
メントの軸芯を測定軸線として鋳型内を直線的に移動さ
せる軸方向移動手段と、所定の軸方向位置において前記
測定子を前記測定軸線周りに回転させる回転手段と、こ
れらを一体的に保持する基台とを有し、この基台の軸芯
が前記アタッチメントの軸芯に合致した状態で位置決め
される装置本体と；前記距離測定子から得られる前記測定軸線と直交する面
上における鋳型内面の楕円プロフィールを、当該鋳型の
軸芯と直交する鋳型内面の円形プロフィールに補正する
断面プロフィール補正手段と；前記鋳型内面の円形プロフィールに基づいてその重心を
求めて、その重心と鋳型設計軸芯とのずれ量を演算する
軸芯ずれ演算手段とを備え、前記断面プロフィール補正および軸芯ずれ演算は前記軸
方向移動手段による軸方向移動に伴って当該鋳型の長手
方向に沿って行われるようにしたことを特徴とする丸鋳
片連続鋳造用湾曲鋳型の立体的な内面形状測定装置。