JP5448303B2 - 圧延機の芯ずれ量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、棒鋼用圧延機にて複数の圧延ロールの組合せで形成される棒鋼通過用の孔型の芯ずれ量を測定する圧延機の芯ずれ量測定装置に関する。

図４は棒鋼用圧延機の側面構成図、図５（ａ）は棒鋼用圧延機における前段の圧延ロールを棒鋼の移動方向から見た図、（ｂ）は後段の圧延ロールを棒鋼の移動方向から見た図である。
これらの図に示すように、棒鋼用圧延機１０は、各々が４つ１組の前段の圧延ロール１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、後段の圧延ロール１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄとを備えて構成されている。前段の圧延ロール１４ａ〜１４ｄは、棒鋼１２の移動方向Ｙ１から見た際に、互いに直交する水平線及び垂直線の交点を中心（芯）として棒鋼１２が通過する孔１７が形成されるように、各々がその垂直線及び水平線上に上下左右に９０度ずれて配置されている。後段の圧延ロール１５ａ〜１５ｄも同様に互いが上下左右に９０度ずれているが、前段の圧延ロール１４ａ〜１４ｄに対して全体が４５度ずれた状態に配置されている。更に、前後の孔の芯を結んだ直線が、棒鋼１２が通過する圧延機のパスラインと一定範囲内で一致するようになっている。

更に説明すると、前段の圧延ロール１４ａ〜１４ｄ及び後段の圧延ロール１５ａ〜１５ｄは各々、周回面が湾曲凹形状となっており、図６（ａ）に前段の圧延ロール１４ａ〜１４ｄを代表して示すように、各圧延ロール１４ａ〜１４ｄの湾曲凹形状面が、芯１６から等しい距離で上下左右に配置され、円状の貫通孔を形成するように配置されている。この適正な配置による前段の圧延ロール１４ａ〜１４ｄ及び後段の圧延ロール１５ａ〜１５ｄを棒鋼１２が通過することによって、図６（ｂ）に示すように、適正な断面円形状の棒鋼１２ａが形成される。

しかし、図６（ｃ）に示すように、何れかの圧延ロール１４ａ〜１４ｄの配置のずれに応じて、ロール静止時又は回転時に適正位置の芯１６が不適正位置１８にずれることがあり、この場合、棒鋼１２が適正に圧延されなくなるので、図６（ｄ）に示すように、不適正な断面形状の棒鋼１２ｂが形成されてしまう。
この不良を無くすため、孔型の芯ずれ量を測定して補正する必要があり、その芯ずれ量測定装置として、例えば特許文献１に記載の技術がある。

この芯ずれ量測定装置は、特許文献１の請求項に記載されているように、多段圧延機の搬入側又は搬出側において、該多段圧延機に対向し且つ該多段圧延機のパスラインと光軸とが略一致するように配置された撮像装置と、多段圧延機を構成する各スタンド間に挿入配置され、撮像装置側と反対側から測定対象である圧延ロールを照明する照明装置と、撮像装置による圧延ロールの撮像画像に基づき、該圧延ロールの芯ずれ量を算出する信号処理装置とを備え、照明装置が、拡散板と、該拡散板を介して圧延ロールのエッジ部を出射する光源とを備えている。
特開２００２−３５８３４号公報

しかし、上記特許文献１の芯ずれ量測定装置の照明は、テフロン（登録商標）などの白色系の拡散板で輝度ムラを緩和するとあるが、図８に示す照明装置２０から出射された照明光は平行光ではなく、矢印Ｙ２で示すように照明装置２０と撮像装置（ＣＣＤカメラ）２３とを結ぶ直線から角度を持った光も発生する。この光Ｙ２が圧延ロール２１ａや圧延ロール２１ｂに出射されると、出射される圧延ロール２１ａ，２１ｂの表面は鏡面且つ曲面なので、その光Ｙ２が例えば圧延ロール２１ａで反射され、この反射光Ｙ２ａが更に圧延ロール２１ｂの正しいエッジ位置（芯位置）２１と異なる位置２２に反射した場合、この反射光Ｙ２ｂが撮像装置であるＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラ２３に入射され、画像処理装置２４で処理される。

その反射のイメージを図８に示す。即ち、孔部分に矢印Ｙ３で示すように出射された照明光が、矢印Ｙ４で示すように各圧延ロールの表面で反射する。この反射光のため、画像処理装置２４で得られる孔１７部分の撮像画像中の圧延ロールエッジがぼけてしまい、適正な圧延ロールエッジの位置情報を得ることが出来ない。このため、高精度な孔型の芯ずれ量の測定を行うことができないので、各圧延ロールの配置を高精度に調整することができず、高精度な規格の棒鋼を形成することができないという問題がある。

例えば、特許文献１では、±０．５ｍｍ程度の測定精度は得られると記載されているが、より高精度な例えば、±０．１ｍｍ以内の測定精度を得ることは不可能であった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、棒鋼用圧延機の圧延ロールの孔型の芯ずれ量の測定を高精度に行うことができ、これによって各圧延ロールの配置を高精度に調整して精度の高い規格の棒鋼を形成することができる圧延機の芯ずれ量測定装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１による圧延機の芯ずれ量測定装置は、棒鋼用圧延機にてロール表面が鏡面となっている複数の圧延ロールの組合せで形成される棒鋼通過用の孔型の芯ずれ量を測定する圧延機の芯ずれ量測定装置において、平行光を出射するテレセントリック光学系の照明手段と、平行光のみを受光するテレセントリックレンズを用い、このレンズで受光された被写体の撮像を行う撮像手段と、前記棒鋼用圧延機を載置するための架台と、前記撮像手段での撮像画像の所定の芯と、予め保持された基準芯との差を求め、この差分である芯ずれ量を表示する画像処理手段とを備え、前記架台は、前記棒鋼用圧延機を載置した際の縦、横、高さの三次元方向の位置再現性がとれるようになっており、前記架台に載置した前記棒鋼用圧延機の孔型を挟んだ搬入側と搬出側の何れか一方に前記照明手段を、他方に前記撮像手段を、これら照明手段と撮像手段のテレセントリックレンズとの光軸が、前記孔型を棒鋼が通過するパスラインに一定範囲内で一致するように配置したことを特徴とする。

この構成によれば、照明手段から平行光が出射されると、この平行光のみが棒鋼用圧延機の孔型を介してテレセントリックレンズで受光され、これによって孔型部分が撮像手段で撮像される。この撮像では、従来のように孔型部分の複数の圧延ロールでの反射光が撮像手段で受光されるといったことがないので、従来のような反射光受光による撮像画像の誤差が無くなる。これによって、画像処理手段にて撮像手段での適正な撮像画像の所定の芯（ロール芯）と、基準芯との差から芯ずれ量を求めて表示することができる。従って、オペレータは、その表示された芯ずれ量を見ながら、圧延ロール位置を高精度に調整（セットアップ）することが可能となり、この結果、精度の高い規格の棒鋼を形成することができる。

以上説明したように本発明によれば、棒鋼用圧延機の圧延ロールの孔型の芯ずれ量の測定を高精度に行うことができ、これによって各圧延ロールの配置を高精度に調整して精度の高い規格の棒鋼を形成することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係る圧延機の芯ずれ量測定装置を棒鋼用圧延機にセットした際の構成を示す側面図である。
図１に示す圧延機の芯ずれ量測定装置は、前述で説明したように、中央に棒鋼通過用の孔１７が形成されるように９０度ずれた４方向から圧延ロール（図には前段の上下の圧延ロール１４ａ，１４ｂのみ記載）を組合せた構成におけるその孔型の芯ずれ量の測定を行うものであり、テレセントリック光学系の照明装置（照明手段）３１と、テレセントリックレンズ３３ａが適用された２次元ＣＣＤカメラ（撮像手段）３３と、画像処理装置（画像処理手段）３５とを備え、水平な架台３０に載置された棒鋼用圧延機１０の孔１７を挟んで搬入側に配置される照明装置３１と、搬出側に配置される２次元ＣＣＤカメラ３３のテレセントリックレンズ３３ａとの光軸３７が、棒鋼が通過する圧延機のパスラインと一定範囲内で一致するように、当該照明装置３１及び２次元ＣＣＤカメラ３３が架台４１の上に載置されている。

本実施の形態の特徴は、一般的に知られている平行光のみ通すテレセントリック光学系に着目し、照明装置３１及び２次元ＣＣＤカメラ３３の双方を、テレセントリック光学系とすることで、前述で説明したように圧延ロール表面が鏡面且つ曲面でも反射光の影響を受けることなく、ぼけの無いシャープな圧延ロールエッジの位置情報が得られるようにした点にある。

更に説明すると、テレセントリック光学系は、凸レンズと絞りの組み合わせにおいて絞りを凸レンズの焦点の位置に配置することで平行光のみを出射又は受光することができるので、このテレセントリック光学系を照明側に用いれば平行光を得ることが可能であり、また、カメラ側に用いれば平行光のみを撮像可能である。
ところで、テレセントリック光学系を図２に示すように、照明装置３１のみに用いた場合、その出射光が平行光Ｙ６であっても、その平行光Ｙ６の一部はＹ６ａ，Ｙ６ｂで示すように圧延ロール１４ａ，１４ｂに反射する。例えば、圧延ロール１４ａの反射光Ｙ６ａが更に圧延ロール２１ｂの正しいエッジ位置（芯位置）４１と異なる位置４２に反射した場合、この反射光Ｙ６ｂがＣＣＤカメラ２３に入射され、画像処理装置２４で処理される。

この場合、その反射光Ｙ６ｂのため、画像処理装置２４で得られる孔１７部分の撮像画像中の圧延ロールエッジがぼけてしまい、適正な圧延ロールエッジの位置情報を得ることが出来ない。つまり、誤った箇所４２を圧延ロールエッジ部分４１として認識することもある。
そこで、照明装置３１及び２次元ＣＣＤカメラ３３の両方をテレセントリック光学系にすることによって、２次元ＣＣＤカメラ３３のテレセントリックレンズ３３ａに、反射光Ｙ６ｂが入射されず、平行光Ｙ６のみが入射されるようにした。

次に、このような構成の圧延機の芯ずれ量測定装置を用いて、棒鋼用圧延機１０の圧延ロール１４ａ〜１４ｄの孔型の芯ずれ量を測定する手順を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１において、棒鋼用圧延機１０の圧延ロール１４ａ〜１４ｄを研磨した後、圧延ロール芯調整用の架台３０に棒鋼用圧延機１０を載置する。なお、その架台３０は、圧延機１０を載置した際の縦、横、高さの三次元方向の位置再現性がとれるようになっている。

ステップＳ２において、棒鋼用圧延機１０の孔１７を挟んで搬入側に照明装置３１を、搬出側に２次元ＣＣＤカメラ３３を架台４１に載置してセットする。この際、照明装置３１と２次元ＣＣＤカメラ３３のテレセントリックレンズ３３ａとの光軸３７が、圧延機１０のパスラインと一定範囲内で一致するように、架台４１で照明装置３１及び２次元ＣＣＤカメラ３３の位置再現性がとれるようになっている。

ステップＳ３において、照明装置３１から平行光が出射されると、この平行光のみが孔１７を介してテレセントリックレンズ３３ａに入射され、これによって孔１７部分の圧延ロール１４ａ〜１４ｄが２次元ＣＣＤカメラ３３で撮像される。この撮像画像は画像処理装置３５に取り込まれ、２値化処理が行われることよって２値化画像データが得られ、これに応じた画像が表示される。

ステップＳ４において、画像処理装置３５で、その２値化画像データから圧延ロール１４ａ〜１４ｄの芯（ロール芯）が求められ、この現時点でのロール芯と基準芯との位置の差が芯ずれ量として求められる。この芯ずれ量は、モニタに表示され、これによって、オペレータが認識可能となる。
なお、ロール芯を求める方法は、各圧延ロール形状の特徴などに応じて種々の方法が適用できる。また、２次元ＣＣＤカメラ３３は、この画素分解能を上げるためのソフト処理を行っても良い。

ステップＳ５において、オペレータは、その表示された芯ずれ量を見ながら、圧延ロール位置を調整（セットアップ）する。
ステップＳ６において、その調整によって、芯ずれ量が所定の許容範囲に収まったか否かが判断される。収まっていなければ上記ステップＳ５に戻って調整を行う。収まった場合は、ステップＳ７において、芯ずれ調整完了（セットアップ完了）となる。

このような本実施の形態の圧延機の芯ずれ量測定装置によれば、平行光を出射するテレセントリック光学系の照明装置３１と、平行光のみを受光するテレセントリックレンズ３３ａを用い、このレンズ３３ａで受光された被写体の撮像を行う２次元ＣＣＤカメラ３３と、２次元ＣＣＤカメラ３３での撮像画像の所定の芯と、予め保持された基準芯との差を求め、この差分である芯ずれ量を表示する画像処理装置３５とを備え、棒鋼用圧延機１０の孔型を挟んだ搬入側と搬出側の何れか一方に照明装置３１を、他方に２次元ＣＣＤカメラ３３を、これら照明装置３１と２次元ＣＣＤカメラ３３のテレセントリックレンズ３３ａとの光軸が、孔型を棒鋼が通過するパスラインに一定範囲内で一致するように配置した。

これによって、照明装置３１から平行光が出射されると、この平行光のみが棒鋼用圧延機１０の孔型を介してテレセントリックレンズ３３ａで受光され、これによって孔型部分が２次元ＣＣＤカメラ３３で撮像される。この撮像では、従来のように孔型部分の複数の圧延ロールでの反射光が２次元ＣＣＤカメラ３３で受光されるといったことがないので、従来のような反射光受光による撮像画像の誤差が無くなる。これによって、画像処理装置３５にて２次元ＣＣＤカメラ３３での適正な撮像画像の所定の芯（ロール芯）と、基準芯との差から芯ずれ量を求めて表示することができる。従って、オペレータは、その表示された芯ずれ量を見ながら、圧延ロール位置を高精度に調整（セットアップ）することが可能となり、この結果、精度の高い規格の棒鋼を形成することができる。

これによって、棒鋼用圧延機１０の孔型を挟んだ搬入側と搬出側の何れか一方に照明装置３１を、他方に撮像手段を設置して、これら照明装置３１と２次元ＣＣＤカメラ３３のテレセントリックレンズ３３ａとの光軸を、孔型を棒鋼が通過するパスラインに一定範囲内で一致させる調整を行う際に、高精度に行うことができる。

本発明の実施の形態に係る圧延機の芯ずれ量測定装置を棒鋼用圧延機にセットした際の構成を示す側面図である。 圧延機の芯ずれ量測定装置にテレセントリック光学系を照明装置のみに用いた場合の構成を示す図である。 本実施の形態の圧延機の芯ずれ量測定装置を用いて棒鋼用圧延機の孔型の芯ずれ量を測定する手順を説明するためのフローチャートである。 棒鋼用圧延機の側面構成図である。 （ａ）棒鋼用圧延機における前段の圧延ロールを棒鋼の移動方向から見た図、（ｂ）後段の圧延ロールを棒鋼の移動方向から見た図である。 （ａ）各圧延ロールが孔の芯から等しい距離で上下左右に配置された状態（芯ずれの無い状態）を示す図、（ｂ）適正な断面形状の棒鋼の形成図、（ｃ）各圧延ロールが孔の芯から異なる距離で上下左右に配置された状態（芯ずれ状態）を示す図、（ｄ）不適正な断面形状の棒鋼の形成図である。 照明装置の出射光が圧延ロールに反射して撮像される不具合を説明するための図である。 撮像画像中の圧延ロールエッジがぼけた様子を現すイメージ図である。

符号の説明

１０ 棒鋼用圧延機
１２ 棒鋼
１４ａ〜１４ｄ 前段の圧延ロール
１５ａ〜１５ｄ 後段の圧延ロール
１７ 孔（孔型）
３１ テレセントリック光学系の照明装置
３３ ２次元ＣＣＤカメラ
３３ａ テレセントリックレンズ
３０，４１ 架台
３５ 画像処理装置

Claims (1)

1. 棒鋼用圧延機にてロール表面が鏡面となっている複数の圧延ロールの組合せで形成される棒鋼通過用の孔型の芯ずれ量を測定する圧延機の芯ずれ量測定装置において、
   平行光を出射するテレセントリック光学系の照明手段と、
   平行光のみを受光するテレセントリックレンズを用い、このレンズで受光された被写体の撮像を行う撮像手段と、
   前記棒鋼用圧延機を載置するための架台と、
   前記撮像手段での撮像画像の所定の芯と、予め保持された基準芯との差を求め、この差分である芯ずれ量を表示する画像処理手段とを備え、
   前記架台は、前記棒鋼用圧延機を載置した際の縦、横、高さの三次元方向の位置再現性がとれるようになっており、
   前記架台に載置した前記棒鋼用圧延機の孔型を挟んだ搬入側と搬出側の何れか一方に前記照明手段を、他方に前記撮像手段を、これら照明手段と撮像手段のテレセントリックレンズとの光軸が、前記孔型を棒鋼が通過するパスラインに一定範囲内で一致するように配置したことを特徴とする圧延機の芯ずれ量測定装置。