JP3404200B2 - 圧延ロールの光学式表面観察装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、水柱形成ノズルによる
水柱流を介してＣＣＤカメラ等の撮像装置で回転中の圧
延ロールの表面を静止画像として撮像し、その静止画像
から表面状態をオンラインで観察することにより、圧延
ロールの表面肌荒れ状態を把握し得るようにした圧延ロ
ールの光学式表面観察装置の技術分野に属する。 【０００２】 【従来の技術】周知のとおり、鋼板の熱間仕上圧延機に
おける前段スタンドの圧延ロールの表面には、圧延の継
続により黒皮が形成される。この黒皮には亀甲状の微細
な割れが生じており、圧延条件によっては黒皮が剥離す
る。黒皮が剥離すると、圧延ロールの表面にはロール周
方向に沿ってクレータ状の凹みが帯状に生じ、図６に示
すような、ロールバンディング（Ｒｏｌｌ Ｂａｎｄｉ
ｎｇ）と呼ばれる肌荒れ状態となる。このロールバンデ
ィングのような肌荒れが生じたワークロールで圧延する
と、その表面の凹みが転写された部分が、後段スタンド
のワークロールで押圧され、鋼板にかみ込みスケール疵
が発生する。このため、適宜、熱間仕上圧延機を止めて
スタンドからワークロールを引き出し、作業者による圧
延ロールの表面の直接目視検査を行い、ロールバンディ
ングのようなスケール疵発生の原因となる肌荒れがある
とき、あるいはロールバンディング発生の恐れのある肌
荒れがあるときにはロールを交換するようにしていた。
ところが、作業者の直接目視観察によるこのような検査
では、検査の都度、ワークロールの取り外し、組み込み
に多くの時間と労力を要し、生産性の低下を招くという
不具合があった。 【０００３】そこで、本出願人は、このような不具合を
解消するために、特開平５−１０８８８号公報におい
て、冷却水の散水で冷却されながら回転している圧延中
の圧延ロールの表面を、水柱形成ノズルによる水柱流を
介してＣＣＤカメラ等の撮像装置によって撮像し、撮像
により得られた表面静止画像により圧延中の圧延ロール
の表面状態をオンラインで観察してその表面の肌荒れ状
態を把握できるようにした圧延ロールの光学式表面観察
装置を提案した。なお、潤滑油等による汚れを含んだ冷
却水の飛散によりＣＣＤカメラの視界が遮られることを
防ぐために、水柱形成ノズルによって流動水で形成した
水柱流を介して圧延ロールの表面を撮像するようにして
いる。 【０００４】以下、上記従来例に係る圧延ロールの光学
式表面観察装置の概要を、その要部構成説明図の図７
と、水柱形成ノズルの斜視図の図８とを参照しながら説
明すると、図７に示す符号１は箱形形状をした撮像ボッ
クスで、この撮像ボックス１の圧延ロールＷ側の前面に
透明な窓ガラス板１ａが嵌め込まれた窓部と、先端（前
端）を圧延ロールＷの表面に接近させて供給された加圧
水を噴射させ、この撮像ボックス１の窓ガラス板１ａと
圧延ロールＷの表面との間に流動水による水柱流を形成
させる水柱形成ノズル３０とが設けられている。さら
に、この撮像ボックス１には、圧延ロールＷの表面に窓
ガラス板１ａ及び水柱流を通して照明光を照射する光源
である環状キセノンランプ３と、照明光が照射されてい
る圧延ロールＷの表面を水柱流及び窓ガラス板１ａを通
して撮像する撮像装置であるＣＣＤカメラ２とが内設さ
れている。 【０００５】上記環状キセノンランプ３は、高輝度で閃
光時間が約１５μｓ程度と短いものであり、斜方照明を
行うべくＣＣＤカメラ２を取り囲むように設けられてい
る。このＣＣＤカメラ２は、複数のレンズを用いて開口
数が小さく焦点距離を長くした焦点深度の深いレンズ系
を有し、２次元配列されたＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕ
ｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子が用いられてなるも
のである。また、この撮像ボックス１は、図示しない移
動装置により圧延ロールＷに対して進退可能、かつ圧延
ロールＷの長手方向（軸方向）に移動可能に支持されて
いる。 【０００６】また、上記水柱形成ノズル３０は、図８に
示すように、撮像ボックス１に後端側が取付けられた円
筒状の案内部材３３と、この案内部材３３に前後方向に
摺動可能に嵌込まれ、撮像ボックス１の窓ガラス板１ａ
と連通するノズル先端口（水噴射口）を有する円筒状の
ノズル本体３１と、このノズル本体３１を前向きに付勢
するとともに、案内部材３３に設けられた加圧水供給管
接続部３３ｂから加圧水が供給されたときに、加圧水が
圧延ロールＷの表面に及ぼす力に基づく反発力により、
ノズル本体３１が圧延ロールＷの表面に対して微小間隔
ｄをあけて後退し得る付勢力を有するコイルばね３２と
から構成されている。 【０００７】つまり、水通形成ノズル３０に加圧水が供
給されると、ノズル先端口から水が噴出して圧延ロール
Ｗの表面と窓ガラス板１ａとの間に水柱流が形成され、
そしてノズル先端口から噴出される水が圧延ロールＷの
表面に及ぼす力による反発力が、この例ではノズル本体
３１のスカート状縁部３１ｂ及び環状接続部３１ａに主
に作用するので、ノズル本体３１はコイルばね３２の付
勢力と釣合う位置まで後退し、例えば圧延ロールＷの表
面から約１ｍｍ程度の間隔ｄ離れた位置に保持され続け
るようになっている。 【０００８】従って、冷却水の散水で冷却されながら、
例えば２００ｍ／分程度の周速で回転している圧延中の
圧延ロールＷの表面が環状キセノンランプ３の点灯（閃
光）に照射される。そして、水柱流及び窓ガラス板１ａ
を通して圧延ロールＷの表面がＣＣＤカメラ２で撮像さ
れ、撮像された圧延ロールの表面静止画像信号が図示し
ない信号処理装置に出力される。検査員はモニタ表示さ
れた表面静止画像を見て圧延ロールＷの表面状態を観察
するものである。このようにして得られた表面静止画像
により、圧延ロールの表面の黒皮に生じた亀甲状の微細
な割れや黒皮の剥離によるロールバンディングが発生し
た状態を明確に把握することができる。なお、ＣＣＤカ
メラ２による観察視野（撮像視野）は、例えば５ｍｍ×
５ｍｍである。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】ところで、圧延ロール
の径の変化、圧延ロールの上下方向の移動の如何を問わ
ず、鮮明な圧延ロールの表面静止画像を得るには、圧延
ロールの表面と撮像ボックスの窓ガラス板との間に形成
される水柱流の流れを安定維持し続けると共に、圧延ロ
ールの上下移動に対して、光源及びカメラが常に一定の
角度を取り得る構成にする必要がある。そのために、上
記従来例に係る圧延ロールの光学式表面観察装置では、
ＣＣＤカメラを圧延ロールの長手方向と直交する方向に
揺動し得る構成にしているが、圧延ロールの表面とＣＣ
Ｄカメラとの間の距離の関係から揺動範囲に限界があ
り、圧延ロールの径の大きな変化や上下移動に対して確
実に対応することができないという解決すべき課題があ
った。 【００１０】また、例えば３００〜４００ｍ／分の高周
速で回転している圧延ロールの表面を静止画像として撮
像するためには、１μｓ以下の高速度撮影を行わなけれ
ばならない。そのためには、光源の光量を大きくするの
は勿論のこと、ＣＣＤカメラの絞りを開く必要がある
が、絞りを開くと被写界深度が浅くなってピントがずれ
る結果、一部が明瞭で、他がピンぼけの表面静止画像し
か得られず、高速度回転する圧延ロールに対して適用で
きないという解決すべき課題もあった。 【００１１】従って、本発明の第１の目的は、圧延ロー
ルの径の変化や上下移動に対して確実に対応して、鮮明
な表面静止画像を得ることを可能ならしめる圧延ロール
の光学式表面観察装置を提供することであり、また本発
明の第２の目的は、上記第１の目的に加えて、より高速
回転している圧延ロールに対しても適用することができ
る汎用性に優れた圧延ロールの光学式表面観察装置を提
供することである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る圧延ロールの光学式表面観察装置が採
用した手段は、回転中の圧延ロールの表面に加圧水を噴
射し、窓部を構成する透明体と圧延ロールの表面との間
に水柱流を形成する水柱形成ノズルが設けられ、透明体
及び水柱流を通して圧延ロールの表面を照射する光源
と、圧延ロールの表面を透明体及び水柱流を通して撮像
して圧延ロールの表面静止画像を得る撮像装置とが内設
された撮像ボックスを備え、この撮像ボックスを圧延ロ
ールに対して進退させるボックス進退機構が設けられた
スキャナプレートを備え、このスキャナプレートを圧延
ロールの長手方向に沿って横移動させる横移動機構が設
けられたスキャナベースを備えてなる圧延ロールの光学
式表面観察装置において、前記スキャナプレートに、水
平軸心を揺動中心として前記撮像ボックスを揺動させる
ボックス揺動機構を設けると共に、前記透明体を、平板
状透明体と、この平板状透明体の撮像装置側の面に密着
され、窓部側に曲率半径を持つ円曲面を有し、かつ圧延
ロールの長手方向の厚みが一定な膨出状透明体とから構
成したことを特徴とするものである。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
圧延ロールの光学式表面観察装置を、図面を参照しなが
ら説明する。図１は光学式表面観察装置の全体構成を示
す斜視図であり、図２は撮像ボックスを支持するスキャ
ナプレートの分解斜視図であり、図３は、他の形態に係
る光学式表面観察装置の主要部の構成を示す模式図であ
る。 また、図４（ａ）は光学式表面観察装置の撮像ボッ
クスの主要部の構成を示す模式的断面図であり、図４
（ｂ）は窓部を構成する透明体である窓ガラス板のＣ Ｃ
Ｄカメラ側の面に設ける膨出状透明体の斜視図であり、
図５（ａ），（ｂ）は光の進行状態説明摸式図である。 【００１４】図１に示す符号１は光学式表面観察装置
で、この光学式表面観察装置１は、後述する横移動機構
３を有し、圧延ロールＷと平行に配設されてなるスキャ
ナベース２と、横移動機構３で圧延ロールＷの長手方向
に沿って移動され、後述するボックス進退機構５（図２
参照）及びボックス揺動機構６（図２参照）を有するス
キャナプレート４と、ボックス進退機構５により圧延ロ
ールＷに対して進退され、かつボックス揺動機構６によ
り水平軸心を揺動中心として揺動される後述する撮像ボ
ックス７とから構成されている。 【００１５】なお、一端側がスキャナプレート４に接続
されてなるものは、横移動機構３、ボックス進退機構
５、ボックス揺動機構６に対する作動・停止信号を送信
する制御ケーブルや作動用電力を供給する電力供給ケー
ブル、及び撮像ボックス７から圧延ロールＷの表面静止
画像信号を、例えば信号処理装置に送信するための画像
信号送信ケーブル等からなる屈曲自在なケーブルベア８
である。 【００１６】上記スキャナベース２に設けられる横移動
機構３は、図１に示すように、このスキャナベース２の
上面に突設されたねじ支持ブラケット２ａ，２ａにより
両端部の内側部分が支持され、モータ３ａにより回転さ
れる圧延ロールＷと平行な送りボールねじ３ｂと、スキ
ャナベース２の上面側に突設されたガイド支持ブラケッ
ト２ｂ，２ｂにより両端部が支持され、送りボールねじ
３ｂと平行なガイドロッド３ｃとから構成されている。
そして、この送りボールねじ３ｂにはねじ螺着用ブロッ
ク４ａを、またガイドロッド３ｃにはガイドブロック４
ｂを介してスキャナプレート４が支持されている。つま
り、スキャナプレート４はモータ３ａにより回転される
送りボールねじ３ｂの可逆回転でねじ螺着用ブロック４
ａを介して圧延ロールＷの長手方向に沿って往復移動さ
れるように構成されている。 なお、送りボールねじ３ｂ
の反モータ３ａ側が連結されてなるものはエンコーダ３
ｄで、これはスキャナプレート４の位置、即ち撮像ボッ
クス７の位置を検知 し、ＣＣＤカメラが圧延ロールＷの
長手方向のどの位置を撮像したかを検知する働きをする
ものである。 【００１７】上記スキャナプレート４の圧延ロールＷ側
の先端部には図１，２に示すように切欠き部４ｃが設け
られており、この部分に上記撮像ボックス７を支持して
進退させるボックス進退機構５が設けられている。この
ボックス進退機構５は、図２に示すように、撮像ボック
ス７を水平な自由回転軸７ａと駆動軸７ｂとを介して揺
動可能に支持し、スキャナプレート４の切欠き部４ｃの
両側の下面に設けられたフレームガイド４ｄにより進退
可能に組立てられてなるＵの字状のボックス支持フレー
ム５ａと、このボックス支持フレーム５ａの反開口側に
突出するラック５ｂと、このラック５ｂの歯に噛合する
ピニオン５ｃが出力軸に外嵌され、スキャナプレート４
の反切欠き側の下面に設けられてなるフレーム作動用モ
ータ５ｄとから構成されている。 【００１８】なお、この実施の形態は、ボックス支持フ
レーム５ａをラック５ｂとピニオン５ｃとで進退させる
構成であるが、例えばラック５ｂに代えてボックス支持
フレーム５ａに送りボールねじ、あるいは送り角ねじを
突設し、これらボールねじ、あるいは送り角ねじに、こ
れらの長手方向への移動を制限したウォームホイールを
螺着し、このウォームホイールを、ウォームギヤを備え
たモータで可逆回転させる構成にすることもできる。 【００１９】上記スキャナプレート４に設けられるボッ
クス移動機構６は、撮像ボックス７の駆動軸７ｂに外嵌
される従動側ベベルギヤ６ａと、一端側にこの従動側ベ
ベルギヤ６ａに噛合する駆動側ベベルギヤ６ｂが外嵌さ
れ、軸受を介して軸部分がボックス支持フレーム５ａの
側面に取付けられる先端側自在継ぎ手６ｃと、この先端
側自在継ぎ手６ｃに一端側が接続される伸縮回転伝達機
構６ｄと、この回転伝達機構６ｄが連結される基端側自
在継ぎ手６ｅと、スキャナプレート４の上記フレーム作
動用モータ５ｄよりもボックス支持フレーム５ａ側に設
けられ、基端側自在継ぎ手６ｅを回転させるボックス揺
動用モータ６ｆとから構成されている。 【００２０】上記撮像ボックス７には、図示しない窓部
を構成する、後述する透明体と圧延ロールＷの表面との
間に、図示しない水供給口から加圧水の供給を受けて、
回転中の圧延ロールＷの表面に加圧水を噴出して、水柱
流を形成する水柱形成ノズル７ｃが設けられている。ま
た、内部には、図示省略しているが、透明体及び水柱流
を通して圧延ロールの表面を照射する光源である環状キ
セノンランプと、圧延ロールＷの表面を水柱流及び透明
体を通して撮像して圧延ロールＷの表面静止画像を得る
撮像装置であるＣＣＤカメラとが収容されており、透明
体以外は従来例に係るものと同構成になるものである。 【００２１】従って、冷却水の散水で冷却されながら回
転している圧延中の圧延ロールＷの表面が環状キセノン
ランプの閃光に照射される。そして、水柱流及び窓ガラ
ス板を通して圧延ロールＷの表面がＣＣＤカメラで撮像
され、撮像された圧延ロールの表面静止画像信号が信号
処理装置に出力されるものである。 【００２２】以下、上記構成になる光学式表面観察装置
１の動作を説明すると、表面研削が施された新たな圧延
ロールＷが圧延スタンドにセットされ、冷却水の散水で
冷却されながら熱間圧延が開始されると、先ず横移動機
構３のモータ３ａの駆動により送りボールねじ３ｂを回
転させ、スキャナプレート４を圧延ロールＷの長手方向
における最初の観察対応位置に移動させる。次いでフレ
ーム作動用モータ５ｄの回転によりピニオン５ｃ、ラッ
ク５ｂを介してボックス支持フレーム５ａを圧延ロール
Ｗの方向に前進させ、圧延ロールＷの表面と水柱形成ノ
ズル７ｃとの間の距離が所定距離になるように撮像ボッ
クス７の位置決めをする。 【００２３】次いで、水柱形成ノズル７ｃに加圧水が供
給されると、撮像ボックス７の窓ガラス板と、冷却水の
散水で冷却されながら２００ｍ／分程度の周速で回転し
ている圧延ロールＷの表面との間に水柱流が形成され
る。そして、検査員の操作で撮像指令信号が信号処理装
置に入力されると、信号処理装置からの指令により環状
キセノンランプが点灯され、この点灯に同期してＣＣＤ
カメラによって回転中の 圧延ロールＷの表面が静止化さ
れた表面静止画像信号が得られる。さらに、横移動機構
３を作動させて撮像ボックス７を圧延ロールＷの長手方
向に移動させれば、圧延ロールＷの長手方向の表面静止
画像を順次撮像し、回転中の圧延ロールＷの表面が静止
化された表面静止画像信号を得ることができる。 【００２４】この場合、鮮明な表面静止画像を得るため
には、水柱形成ノズルの中心線とＣＣＤカメラの光軸と
を圧延ロールＷの径方向の中心に向けることが大切であ
る。例えば、圧延ロールの径が変わり、あるいは圧下力
の変更により圧延ロールが上下方向に移動した場合に対
応するために、従来例に係る光学式表面観察装置は、前
述のとおり、ＣＣＤカメラを圧延ロールの長手方向と直
交する方向に揺動し得る構成になっているが、圧延ロー
ルＷの径の大きな変化や大きな上下移動に対応すること
ができず、水柱流を形成する水の流れを安定維持し得な
くなるだけでなく、圧延ロールＷに対してＣＣＤカメラ
が常に一定の角度を取り得なくなり、鮮明な表面静止画
像を得ることができなかった。 【００２５】しかしながら、本実施の形態によれば、ボ
ックス揺動機構６のボックス揺動用モータ６ｆを駆動し
て、基端側自在継ぎ手６ｅ、伸縮回転伝達機構６ｄ、先
端側自在継ぎ手６ｃ、駆動側ベベルギヤ６ｂ、従動側ベ
ベルギヤ６ａを介して撮像ボックス７を揺動させること
ができる。 【００２６】従って、圧延ロールＷの径が大きく変って
も、また圧延ロールＷが大きく上下移動しても、撮像ボ
ックス７を揺動させることにより容易に水柱形成ノズル
７ｃの向きやＣＣＤカメラの光軸を圧延ロールＷの径方
向の中心に合わせることができる。従って、水柱流を形
成する水の流れを安定維持し、かつ圧延ロールＷに対し
てＣＣＤカメラを常に一定の角度にすることが可能にな
り、鮮明な表面静止画像を得ることができる。このよう
に、鮮明な表面静止画像を得ることができるので、圧延
ロールの表面状況を正確に把握することが可能になり、
鋼板の表面品質の安定維持に大いに寄与することができ
る。 【００２７】なお、本発明の実施の形態に係る圧延ロー
ルの光学式表面観察装置のボックス揺動機構６を、図３
に示すような構成にすることができる。以下、このボッ
クス揺動機構６を説明する。即ち、撮像ボックス７（水
供給口は省略している。）はスキャナプレート４の先端
側における上下の２個所から圧延ロールＷの方向に突出
するボックス支持部材４ｅ，４ｅの間で、圧延ロールＷ
に対して進退可能、かつ圧延ロールＷの長手方向と直交
する方向に揺動可能に装着されている。撮像ボックス７
の水柱形成ノズル７ｃ側の側面には、前後方向に長い長
溝７ｄが設けられており、この長溝７ｄにボックス支持
部材４ｅ，４ｅの先端部付近に設けられた垂直なピン支
持部材４ｆの上下方向の中心に設けられたガイドピン４
ｇが係合されていて、このガイドピン４ｇに案内されて
撮像ボックス７が進退し得るように支えられている。 【００２８】撮像ボックス７を進退させるボックス進退
機構５は、撮像ボックス７の反水柱形成ノズル７ｃ側の
後端とスキャナプレート４のボックス支持部材４ｅ，４
ｅ間の底面との間に介装されるベローズ５ｅと、このベ
ローズ５ｅに連通する開閉弁５ｇが介装されてなる空気
給排管路５ｆとからなっている。また、撮像ボックス７
を揺動させるボックス揺動機構６は、撮像ボックス７の
反水柱形成ノズル７ｃ側の上下面と、ボックス支持部材
４ｅとの間に介装されるベローズ６ｇ，６ｇと、これら
ベローズ６ｇ，６ｇのそれぞれに連通する開閉弁６ｉが
介装されてなる空気給排管路６ｈ，６ｈとからなってい
る。なお、ベローズをダイヤフラムに代えることができ
る。 【００２９】従って、空気給排管路５ｆからの空気の給
排によりベローズ５ｅを伸縮させると、ベローズ５ｅの
伸縮量に応じてボックス揺動機構６のベローズ６ｇ，６
ｇが曲がり、撮像ボックス７が進退される。一方、空気
給排管路６ｈ，６ｈからの空気の給排により一対のベロ
ーズ６ｇのうちの一方を伸長させると共に、他方を縮小
させれば、これらベローズ６ｇ，６ｇの伸長、縮小量に
応じて、ボックス進退機構５のベローズ５ｅが曲がり、
撮像ボックス７がガイドピン４ｇを揺動支点として揺動
され、撮像ボックス７の向きを圧延ロールＷの径方向の
中心に合致させ ることができる。従って、このボックス
揺動機構の形態によれば、記ボックス揺動機構の形態と
同様の働きをすることができる。 【００３０】次に、本発明の実施の形態に係る圧延ロー
ルの光学式表面観察装置の撮像ボックスの透明体の構成
を、図４（ａ），（ｂ）と、図５（ａ），（ｂ）とを参
照しながら説明する。 【００３１】例えば、圧延ロールが３００〜４００ｍ／
分の周速で回転している場合、圧延ロールの表面を静止
画像として撮像するためには、１μｓ以下の高速度撮影
を行わなければならない。そのためには、十分な光量を
要するので光源の光量を大きくすると共に、ＣＣＤカメ
ラの絞りを開く必要がある。しかしながら、絞りを開く
と、被写界深度が浅くなってピントがずれてしまい、一
部が明瞭で、他がピンぼけの表面静止画像しか得ること
ができなくなってしまう。そこで、下記に説明するよう
な考え方に基づいて、圧延ロールが３００〜４００ｍ／
分もの高周速で回転していても、より鮮明な圧延ロール
の表面静止画像を得ることのできる光学式表面観察装置
を具現した。 【００３２】先ず、図５（ａ），（ｂ）を参照しなが
ら、説明の簡単化のために平板状透明体７ｅの屈折率が
水と同じであると仮定して、より鮮明な圧延ロールの表
面静止画像を得ることのできる光学式表面観察装置を具
現するに至った考え方を説明する。即ち、図５（ａ）に
おいて、観測点ａから出た光がＣＣＤカメラの光軸Ｌに
対してθ ₁ の角度で水柱流と平板状透明体７ｅ（屈折率
ｎ ₁ ）とを通り、平板状透明体７ｅとＣＣＤカメラ側の
空気（屈折率ｎ ₂ ＝１．０）層との境界ａ′で屈折して
ＣＣＤカメラの光軸Ｌに対してθ ₂ の角度で空気層を通
ってＣＣＤカメラに到達する。一方、観測点ｆからＣＣ
Ｄカメラの光軸Ｌを通って進む光は直進してＣＣＤカメ
ラに到達する。 【００３３】ここで、観測点ｆから出た光の観測点ｆか
ら平板状透明体７ｅのＣＣＤカメラ側の面ｆ′までの距
離をｌ ₁ とし、ＣＣＤカメラ側の面ｆ′からＣＣＤカメ
ラま での距離をｌ ₂ とし、光の速度をＣとすると、観測
点ａから出た光がＣＣＤカメラに到達するのに要する時
間ｔ _a は、下記の式で表される。 ｔ _a ＝１／Ｃ・（ｎ ₁ ｌ ₁ ／ｃｏｓθ ₁ ＋ｎ ₂ ｌ ₂ ／ｃｏｓθ ₂ ）‥‥‥ 一方、観測点ｆから出た光が直進してＣＣＤカメラに到
達するのに要する時間ｔ _f は、下記の式で表される。 ｔ _f ＝１／Ｃ・（ｎ ₁ ｌ ₁ ＋ｎ ₂ ｌ ₂ ）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 【００３４】上記式と式とが等しければ、原則的に
ピンぼけが生じない。そこで、式＝式であると仮定
し、移項して整理すると、下記式となる。 ｎ ₁ ｌ ₁ （１−１／ｃｏｓθ ₁ ）＝ｎ ₂ ｌ ₂ （１／ｃｏｓθ ₂ −１）‥‥ ところで、ｃｏｓθ ₁ とｃｏｓθ ₂ との値は何れも１より
も小さいので、上記式中の（１−１／ｃｏｓθ ₁ ）の
値は負であり、逆に（１／ｃｏｓθ ₂ −１）の値は正で
ある。また、ｎ ₁ ｌ ₁ とｎ ₂ ｌ ₂ との値は何れも正であるか
ら、上記式は成立せず、表面静止画像には必ずピンぼ
けが生じることになる。 【００３５】そこで、図５（ｂ）に示すように、平板状
透明体７ｅとＣＣＤカメラ側の面に、例えば屈折率
ｎ ₃ 、厚みｄの透明物体を密着させると、観測点ｆから
出た光が直進してＣＣＤカメラに到達するのに要する時
間ｔ _f は、下記の式となる。ｔ _f ＝１／Ｃ・｛ｎ ₁ ｌ ₁ ＋
ｎ ₃ ｄ＋ｎ ₂ （ｌ ₂ −ｄ）｝‥‥‥‥‥‥‥従って、
式＝式となるような厚みｄの透明物体が存在すれば良
いということになる。 【００３６】即ち、ｎ ₁ ｌ ₁ ／ｃｏｓθ ₁ ＋ｎ ₂ ｌ ₂ ／ｃｏｓθ ₂ ＝ｎ ₁ ｌ ₁ ＋ｎ ₃ ｄ＋ｎ ₂ （ｌ ₂ −ｄ）を整理すると 、ｎ ₁ ｌ ₁ （１／ｃｏｓθ ₁ −１）＋ｎ ₂ ｌ ₂ （１／ｃｏｓθ ₂ −１） ＝ｄ（ｎ ₃ − ｎ ₂ ）となり、（１／ｃｏｓθ ₁ −１）も（１／ｃｏｓθ
₂ −１）も正であり、またｄも正であるから、この透明
物体の屈折率ｎ ₃ を空気の屈折率ｎ ₂ より大きくすれば、
式を満足させることができ、表面静止画像のピンぼけ
を解消することができる。そのためには、図５（ａ）に
おいて、ｆ′からａ′方向、または逆方向に離れた位置
になるほど透明物体の厚みｄを薄くすれば良い。つま
り、図４（ａ），（ｂ）に示すような形状の透明物体
を、平板状透明体７ｅのＣＣＤカメラ側の面に密着させ
れば良いということになる。 【００３７】より詳しくは、図４（ａ）に示すように、
撮像ボックス７の窓部を構成する、石英ガラスまたはア
クリル板からなる平板状透明体７ｅの反水柱形成ノズル
７ｃ側（ＣＣＤカメラ側）の面には、図４（ｂ）に示す
ように、平板状透明体７ｅ側に曲率半径を持つ円曲面を
有し、かつ圧延ロールＷの長手方向に沿う厚みが一定
の、いわゆる蒲鉾状形状をした膨出状透明体７ｆが密着
されてなる構成である。 なお、図５では観測点ａ，ｆが
同一平面上にあると仮定して説明したが、圧延ロールは
円筒状であり、たとえ観察視野（現像視野）が、例えば
５ｍｍ×５ｍｍ程度で狭くても円曲面であるため、膨出
状透明体７ｆの婉曲面の極率半径は圧延ロールの表面の
円曲面を考慮して設定される。 【００３８】従って、３００〜４００ｍ／分の高周速で
回転している圧延ロールの表面を１μｍ以下の高速度撮
影を行うために、ＣＣＤカメラの絞りを開いたとして
も、圧延ロールＷの焦点位置から出て光軸を通る光と、
焦点から周方向に離れた観測点から出た光とがほぼ同時
にＣＣＤカメラに到達し、ピントの合った鮮明な表面静
止画像を撮影することができるので、より高速回転して
いる圧延ロールＷに対しても適用することができ、光学
式表面観察装置の汎用性の拡大に大いに寄与することが
できる。 【００３９】 【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項に係
る圧延ロールの光学式表面観察装置によれば、冷却水の
散水で冷却されながら回転している圧延ロールの径変化
や上下方向の移動の如何を問わず、ボックス揺動機構に
より撮像ボックスを揺動させて、撮像ボックスの向きを
圧延ロールの径方向の中心に合わせることができるの
で 、水柱流の流れを安定維持しながら、しかも圧延ロー
ルに対して撮像装置の向きを常に一定に保持しながら圧
延ロールの表面静止画像を撮像することができる。 その
ため、鮮明な表面静止画像が得られ、圧延中の圧延ロー
ルの表面状態を正確にオンラインで観察することがで
き、熱間圧延における圧延ロール交換時期の適正化、熱
間圧延における操業条件の変化とロールバンディング発
生状態との関係調査及び熱間圧延のスケール疵の低減の
ための操業条件の解析等に対して大いに寄与することが
できる。 【００４０】さらに、本発明の請求項に係る圧延ロール
の光学式表面観察装置によれば、撮像装置の絞りを開い
ても、圧延ロールの焦点位置から出て光軸を通る光と、
焦点から周方向に離れた観測点からの光とがほぼ同時に
ＣＣＤカメラに到達し、ピントの合った表面静止画像を
撮像することができるので、より高周速で回転している
圧延ロールの表面状態のオンライン観察にも適用するこ
とができ、その汎用性の拡大に大いに寄与することがで
きる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態に係る圧延ロールの光学式
表面観察装置の全体構成を示す斜視図である。 【図２】本発明の実施の形態に係る圧延ロールの光学式
表面観察装置の撮像ボックスを支持するスキャナプレー
トの分解斜視図である。 【図３】本発明の他の形態に係る圧延ロールの光学式表
面観察装置の主要部の構成を示す模式図である。 【図４】本発明の実施の形態に係り、図４（ａ）は圧延
ロールの光学式表面観察装置の撮像ボックスの主要部の
構成を示す模式的断面図、図４（ｂ）は窓部を構成する
透明体である窓ガラス板のＣＣＤカメラ側の面に設ける
膨出状透明体の斜視図である。 【図５】本発明の実施の形態に係り、図５（ａ），
（ｂ）は光の進行状態説明摸式図である。 【図６】圧延ロールの表面に発生したロールバンディン
グの様子を説明するための説明図である。 【図７】従来例に係る圧延ロールの光学式表面観察装置
の要部構成説明図である。 【図８】従来例に係る圧延ロールの光学式表面観察装置
の水柱形成ノズルの斜視図である。 【符号の説明】 １…光学式表面観察装置，２…スキャナベース，２ａ…
ねじ支持ブラケット，２ｂ…ガイド支持ブラケット，３
…横移動機構，３ａ…モータ，３ｂ…送りボールねじ，
３ｃ…ガイドロッド，３ｄ…エンコーダ，４…スキャナ
プレート，４ａ…ねじ螺着用ブロック，４ｂ…ガイドブ
ロック，４ｃ…切欠き部，４ｄ…フレームガイド，４ｅ
…ボックス支持部材，４ｆ…ピン支持部材，４ｇ…ガイ
ドピン，５…ボックス進退機構，５ａ…ボックス支持フ
レーム，５ｂ…ラック，５ｃ…ピニオン，５ｄ…フレー
ム作動用モータ，５ｅ…ベローズ，５ｆ…空気給排管
路，５ｇ…開閉弁，６…ボックス揺動機構，６ａ…従動
側ベベルギヤ，６ｂ…駆動側ベベルギヤ，６ｃ…先端側
自在継ぎ手，６ｄ…伸縮回転伝達機構，６ｅ…基端側自
在継ぎ手，６ｆ…ボックス揺動用モータ，６ｇ…ベロー
ズ，６ｈ…空気給排管路，６ｉ…開閉弁，７…撮像ボッ
クス，７ａ…自由回転軸，７ｂ…駆動軸，７ｃ…水柱形
成ノズル，７ｄ…長溝，７ｅ…平板状透明体，７ｆ…膨
出状透明体，８…ケーブルベア。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花戸 義彦 兵庫県加古川市金沢町１番地 株式会社 神戸製鋼所 加古川製鉄所内 (56)参考文献 特開 平５−10888（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−186005（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−138044（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−18977（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−163643（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 回転中の圧延ロールの表面に加圧水を噴
   射し、窓部を構成する透明体と圧延ロールの表面との間
   に水柱流を形成する水柱形成ノズルが設けられ、透明体
   及び水柱流を通して圧延ロールの表面を照射する光源
   と、圧延ロールの表面を透明体及び水柱流を通して撮像
   して圧延ロールの表面静止画像を得る撮像装置とが内設
   された撮像ボックスを備え、この撮像ボックスを圧延ロ
   ールに対して進退させるボックス進退機構が設けられた
   スキャナプレートを備え、このスキャナプレートを圧延
   ロールの長手方向に沿って横移動させる横移動機構が設
   けられたスキャナベースを備えてなる圧延ロールの光学
   式表面観察装置において、前記スキャナプレートに、水
   平軸心を揺動中心として前記撮像ボックスを揺動させる
   ボックス揺動機構を設けると共に、前記透明体を、平板
   状透明体と、この平板状透明体の撮像装置側の面に密着
   され、窓部側に曲率半径を持つ円曲面を有し、かつ圧延
   ロールの長手方向の厚みが一定な膨出状透明体とから構
   成したことを特徴とする圧延ロールの光学式表面観察装
   置。