JP5561233B2

JP5561233B2 - レール矯正装置

Info

Publication number: JP5561233B2
Application number: JP2011088517A
Authority: JP
Inventors: 平八久保
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: JP2012218055A

Description

本発明は、熱間圧延されたレールの曲がりを矯正するレール矯正装置に関する。

条鋼工場において熱間圧延されたレールは、その後の冷却過程において、レールの頭部と足部との肉厚に差があるために温度差が生じ、これによる熱応力のために冷却進行とともに次第に上下方向の曲がりが大きくなり、その曲がりは冷却後に残留する。そのため、通常、このような上下曲がりを矯正するためにローラ矯正機が設置されている。ローラ矯正機では、上側水平ロールと下側水平ロールとによってレールを挟み込んで走行させることにより、レールの矯正を行う（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３７３１９７４号公報

ところで、上記ローラ矯正機における上側水平ロールは、レールの頭頂部のプロフィールに対応してレールの両頭側部の上側水平ロールの回転軸方向の動きを規制するガイド部を有しているが、レールには前述のような上下曲がりだけでなく左右曲がりも残留している。そのため、小さな左右曲がりの場合にはガイド部によってレールをガイドできるが、大きな左右曲がりがあった場合、ガイド部に強く接触してしまい、レールの頭側部を疵付けてしまうことがある。

そこで、本発明においては、レールの左右曲がりに応じて上側水平ロールまたは下側水平ロールを移動させることにより、レール頭側部の疵発生を防止することが可能なレール矯正装置を提供することを目的とする。

本発明のレール矯正装置は、レールの頭頂部と接触して転動する上側水平ロールであり、レールの両頭側部の上側水平ロールの回転軸方向への動きを規制するガイド部を有する上側水平ロールと、レールの足裏部と接触して転動する下側水平ロールとを有し、上側水平ロールと下側水平ロールとによってレールを挟み込んで走行させることにより、レールの矯正を行うレール矯正装置であって、レールの頭側部と上側水平ロールのガイド部との間隔をステレオ計測するために、レールの頭頂部と上側水平ロールとの接触部を斜め上方の斜め左右方向から撮影する左方カメラおよび右方カメラと、レールの頭頂部と上側水平ロールとの接触部を斜め上方の正面から撮影する正面カメラとを含み、左方カメラ、右方カメラおよび正面カメラにより撮影された画像からレールの頭側部と上側水平ロールのガイド部との間隔を計測することにより、上側水平ロールとレールとの位置関係を計測するレール通り芯計測手段と、レール通り芯計測手段により計測した結果に基づいて上側水平ロールまたは下側水平ロールの回転軸方向への移動量を算出するロール移動量算出手段と、ロール移動量算出手段により算出した移動量に基づいて上側水平ロールまたは下側水平ロールを回転軸方向に移動させるロール移動手段とを含むものである。

本発明のレール矯正装置によれば、左方カメラおよび右方カメラによりレールの頭頂部と上側水平ロールとの接触部を撮影するとともに、上側水平ロールのガイド部によって左方カメラおよび右方カメラの死角となる接触部を正面カメラにより撮影することで、レールの頭側部と上側水平ロールのガイド部との間隔を計測して、上側水平ロールとレールとの位置関係を計測し、その計測結果に基づいて上側水平ロールまたは下側水平ロールの回転軸方向への移動量を算出し、算出した移動量に基づいて上側水平ロールまたは下側水平ロールを回転軸方向に移動させ、レール頭側部と上側水平ロールのガイド部とが強く接触することを防止することができる。

また、本発明のレール矯正装置は、左方カメラ、右方カメラおよび正面カメラにより撮影された画像からレールの頭頂部の表面状態を計測するレール頭頂部表面状態計測手段と、左方カメラ、右方カメラおよび正面カメラにより撮影された画像から上側水平ロールの表面状態を計測するロール表面状態計測手段とを含み、ロール移動量算出手段は、レール通り芯計測手段により計測した結果に加えて、レール頭頂部表面状態計測手段およびロール表面状態計測手段により計測した結果に基づいて、上側水平ロールまたは下側水平ロールの回転軸方向への移動量を算出するものであることが望ましい。

これにより、左方カメラ、右方カメラおよび正面カメラにより撮影された画像からレールの頭側部と上側水平ロールのガイド部との間隔に加えてレールの頭頂部の表面状態および上側水平ロールの表面状態を計測し、それらの計測結果に基づいて上側水平ロールまたは下側水平ロールの回転軸方向への移動量を算出することで、レールの左右曲がりだけでなく、レールのプロフィール、スケール付着状態の偏りや上側水平ロールの磨耗量等に応じて上側水平ロールまたは下側水平ロールを回転軸方向に移動させ、レール頭側部と上側水平ロールのガイド部とが強く接触することを防止することができる。

さらに、本発明のレール矯正装置は、レールの頭頂部の表面および上側水平ロールの表面にパターン光を投射するパターン光投射手段を含み、レール頭頂部表面状態計測手段が、レールの頭頂部の表面に投射されたパターン光を測定することにより、レールの頭頂部の表面状態を計測するものであり、ロール表面状態計測手段は、上側水平ロールの表面に投射されたパターン光を測定することにより、上側水平ロールの表面状態を計測するものであることが望ましい。

これにより、滑らかな表面を持つレールの頭頂部および上側水平ロールであっても、レールの頭頂部の表面および上側水平ロールの表面に投射されたパターン光により、精度良くレールの頭頂部の表面状態および上側水平ロールの表面状態を計測することが可能となり、レールの左右曲がりだけでなく、レールのプロフィール、スケール付着状態の偏りや上側水平ロールの磨耗量等に応じて高精度に上側水平ロールまたは下側水平ロールを回転軸方向に移動させ、レール頭側部と上側水平ロールのガイド部とが強く接触することを防止することができる。

（１）レールの頭側部と上側水平ロールのガイド部との間隔をステレオ計測するために、レールの頭頂部と上側水平ロールとの接触部を斜め上方の斜め左右方向から撮影する左方カメラおよび右方カメラと、レールの頭頂部と上側水平ロールとの接触部を斜め上方の正面から撮影する正面カメラとを含み、左方カメラ、右方カメラおよび正面カメラにより撮影された画像からレールの頭側部と上側水平ロールのガイド部との間隔を計測することにより、上側水平ロールとレールとの位置関係を計測するレール通り芯計測手段と、レール通り芯計測手段により計測した結果に基づいて上側水平ロールまたは下側水平ロールの回転軸方向への移動量を算出するロール移動量算出手段と、ロール移動量算出手段により算出した移動量に基づいて上側水平ロールまたは下側水平ロールを回転軸方向に移動させるロール移動手段とを含むことにより、レールの左右曲がりに応じて上側水平ロールまたは下側水平ロールを移動させて、レール頭側部と上側水平ロールのガイド部とが強く接触することを防止し、レール頭側部の疵発生を防止することが可能となる。

（２）左方カメラ、右方カメラおよび正面カメラにより撮影された画像からレールの頭頂部の表面状態を計測するレール頭頂部表面状態計測手段と、左方カメラ、右方カメラおよび正面カメラにより撮影された画像から上側水平ロールの表面状態を計測するロール表面状態計測手段とを含み、ロール移動量算出手段は、レール通り芯計測手段により計測した結果に加えて、レール頭頂部表面状態計測手段およびロール表面状態計測手段により計測した結果に基づいて、上側水平ロールまたは下側水平ロールの回転軸方向への移動量を算出するものであることにより、レールの左右曲がりだけでなくレールおよび上側水平ロールのそれぞれのプロフィールの偏りに応じて上側水平ロールまたは下側水平ロールを回転軸方向に移動させて、レール頭側部と上側水平ロールのガイド部とが強く接触することを防止し、レールのプロフィール、スケール付着状態の偏りや上側水平ロールの磨耗量等に拘わらず、レール頭側部の疵発生を防止することが可能となる。

（３）レールの頭頂部の表面および上側水平ロールの表面にパターン光を投射するパターン光投射手段を含み、レール頭頂部表面状態計測手段が、レールの頭頂部の表面に投射されたパターン光を測定することにより、レールの頭頂部の表面状態を計測するものであり、ロール表面状態計測手段は、上側水平ロールの表面に投射されたパターン光を測定することにより、上側水平ロールの表面状態を計測するものであることにより、レールの左右曲がりだけでなく、レールのプロフィールの偏りや上側水平ロールの磨耗量等に応じて高精度に上側水平ロールまたは下側水平ロールを回転軸方向に移動させて、レール頭側部と上側水平ロールのガイド部とが強く接触することを防止し、レールのプロフィール、スケール付着状態の偏りや上側水平ロールの磨耗量等に拘わらず、レール頭側部の疵発生を防止することが可能となる。

本発明の実施の形態におけるレール矯正装置の概略構成を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。図１のＢ部拡大図である。図３のＣ−Ｃ矢視図である。図１のレール矯正装置の制御系統を示すブロック図である。

図１は本発明の実施の形態におけるレール矯正装置の概略構成を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ矢視図、図３は図１のＢ部拡大図、図４は図３のＣ−Ｃ矢視図である。

図１において、本発明の実施の形態におけるレール矯正装置１は、上側水平ロール２ａ，２ｂ，２ｃおよび下側水平ロール３ａ，３ｂ，３ｃが交互に順に配置された上下曲がり矯正ロール群４と、左右曲がり矯正ロール５とがレールＲの通り方向に順に配設されたものである。また、上側水平ロール２ａと上側水平ロール２ｂとの間には、カメラ装置１０および照明装置１５が配設されている。

上側水平ロール２ａ〜２ｃは、図２に示すように、レールＲの左右方向（図２の左右方向、以下同じ。）に回転軸（図示せず。）を有して、レールＲの頭頂部Ｒ₁と接触して転動する円筒状の胴部１１と、この胴部１１の左右両端部に設けられ、レールＲの両頭側部Ｒ₂の左右方向への動きを規制する円板状のガイド部１２とを有する。同様に、下側水平ロール３ａ〜３ｃは、レールＲの左右方向に回転軸（図示せず。）を有してレールＲの足裏部Ｒ₃と接触して転動する円筒状の胴部１３と、この胴部１３の左右両端部に設けられ、レールＲの両足側部Ｒ₄の左右方向への動きを規制する円板状のガイド部１４とを有する。

カメラ装置１０は、レールＲの頭頂部Ｒ₁および上側水平ロール２ｂのガイド部１２とレールＲの両頭側部Ｒ₂との位置関係をステレオ計測するためのものであり、図３および図４に示すように、レールＲの頭頂部Ｒ₁と上側水平ロール２ｂとの接触部を斜め上方の斜め左右方向から撮影する左方カメラ１０ａおよび右方カメラ１０ｂと、レールＲの頭頂部Ｒ₁と上側水平ロール２ｂとの接触部を斜め上方の正面から撮影する正面カメラ１０ｃとを有する。正面カメラ１０ｃは、上側水平ロール２ｂのガイド部１２によって左方カメラ１０ａおよび右方カメラ１０ｂの死角となる部分を撮影するものである。

照明装置１５は、レールＲの頭頂部Ｒ₁の表面および上側水平ロール６ｂの表面（以下、「対象表面」と称す。）にパターン光を投射するパターン光投射手段である。パターン光は、例えば複数の縦および横の直線を組み合わせたメッシュパターンを用いることができる。このようなメッシュパターンのパターン光を対象表面に投射すると、平面上では直線は直線のままとなり、曲面上や凹凸部では歪んで曲線となる。このレールＲの頭頂部Ｒ₁の表面および上側水平ロール６ｂの表面に投射されたパターン光を測定し、その歪み量を計測することにより、滑らかな曲面表面でもその形状を計測することができる。

また、照明装置１５は、光源から対象表面へ向かう光束の途中に予めメッシュパターンを形成した半透明板を配置した構成とすることができる。これにより、半透明板を透過した光束にメッシュパターンが出現し、対象表面にメッシュパターンが投射される。なお、計測精度を上げるためには、メッシュパターンを細かくする。あるいは、照明装置１５は、光源としてのスポットレーザーをプリズムにより所定の平面上に扇形状に広げて対象表面に投射する構成とすることができる。これにより、対象表面上に１つの直線が出現するので、これを縦横に複数設置することで、対象表面にメッシュパターンを投射することができる。

図５は図１のレール矯正装置１の制御系統を示すブロック図である。
図５に示すように、レール矯正装置１は、レールＲのプロフィール等の操業条件が登録されるマスタデータベース（マスタＤＢ）２０と、各種実績が登録される実績データベース（実績ＤＢ）２１と、上側水平ロール２ｂとレールＲとの位置関係を計測するするレール通り芯計測手段３０と、カメラ装置１０により撮像された画像からレールＲの頭頂部Ｒ₁の表面状態を計測するレール頭頂部表面状態計測手段３１と、カメラ装置１０により撮影された画像から上側水平ロール２ｂの表面状態を計測するロール表面状態計測手段３２と、上下曲がり矯正ロール群の移動量を算出するロール移動量算出手段３３と、ロール移動量算出手段３３により算出した移動量に基づいて上下曲がり矯正ロール群４を移動させるロール移動手段３４とを有する。

レール通り芯計測手段３０は、左方カメラ１０ａ、右方カメラ１０ｂおよび正面カメラ１０ｃにより撮影された画像から、上側水平ロール２ｂのガイド部１２とレールＲの頭側部Ｒ₂との間隔を計測することにより、上側水平ロール２ｂとレールＲとの位置関係を計測するものである。なお、本実施形態においては、レール通り芯計測手段３０は、上側水平ロール２ｂとレールＲとの位置関係として、レールＲの通り芯を計測する。レール通り芯計測手段３０による計測結果は、実績ＤＢ２１へ登録される。

レール頭頂部表面状態計測手段３１は、左方カメラ１０ａ、右方カメラ１０ｂおよび正面カメラ１０ｃにより撮影された画像からレールＲの頭頂部Ｒ₁の表面状態として、プロフィールやスケール付着状態を計測するものである。本実施形態においては、レール頭頂部表面状態計測手段３１は、照明装置１５によりレールＲの頭頂部Ｒ₁に投射されたパターン光を計測することにより、レールＲの頭頂部Ｒ₁のプロフィールを計測する。また、レール頭頂部表面状態計測手段３１は、熱間圧延工程後からレールＲがレール矯正装置１へ到達するまでの時間を取得し、この時間からレールＲの頭頂部Ｒ₁に付着するスケール量を推定する。レール頭頂部表面状態計測手段３１による計測結果は、実績ＤＢ２１へ登録される。

ロール表面状態計測手段３２は、左方カメラ１０ａ、右方カメラ１０ｂおよび正面カメラ１０ｃにより撮影された画像から上側水平ロール２ｂの表面状態として磨耗量等を計測するものである。本実施形態においては、ロール表面状態計測手段３２は、照明装置１５により上側水平ロール２ｂに投射されたパターン光を計測することにより、上側水平ロール２ｂの磨耗量等を計測する。ロール表面状態計測手段３２による計測結果は、実績ＤＢ２１へ登録される。

ロール移動量算出手段３３は、実績ＤＢ２１を参照して、レール通り芯計測手段３０、レール頭頂部表面状態計測手段３１およびロール表面状態計測手段３２により計測した結果に基づいて、上下曲がり矯正ロール群４の移動量を算出する。具体的には、ロール移動量算出手段３３は、実績ＤＢ２１からレールＲの頭側部Ｒ₂と上側水平ロール２ｂのガイド部１２との間隔、レールＲの頭頂部Ｒ₁の表面状態および上側水平ロール２ｂの表面状態に基づいて、レールＲの頭側部Ｒ₂と上側水平ロール２ａ〜２ｃのガイド部１２とが強く接触しないように、上下曲がり矯正ロール群４の上側水平ロール２ａ〜２ｃまたは下側水平ロール３ａ〜３ｃのそれぞれの回転軸方向の移動量を算出する。

ロール移動手段３４は、ロール移動量算出手段３３により算出された移動量に基づいて、上下曲がり矯正ロール群４の上側水平ロール２ａ〜２ｃまたは下側水平ロール３ａ〜３ｃをそれぞれの回転軸方向に移動させるものである。

上記構成のレール矯正装置１では、左方カメラ１０ａおよび右方カメラ１０ｂによりレールＲの頭頂部Ｒ₁と上側水平ロール２ｂとの接触部を撮影するとともに、上側水平ロール２ｂのガイド部１２によって左方カメラ１０ａおよび右方カメラ１０ｂの死角となる接触部を正面カメラ１０ｃにより撮影することで、レールＲの頭側部Ｒ₂と上側水平ロール２ｂのガイド部１２との間隔を計測して、上側水平ロール２ｂとレールＲとの位置関係を計測し、その計測結果に基づいて上下曲がり矯正ロール群４の移動量を算出し、算出した移動量に基づいて上下曲がり矯正ロール群４を移動させ、レールＲの頭側部Ｒ₂と上側水平ロール２ａ〜２ｃのガイド部１２とが強く接触することを防止することができる。これにより、レールＲの頭側部Ｒ₂の疵発生を防止することができる。

特に、本実施形態におけるレール矯正装置１では、さらにカメラ装置１０により撮影された画像からレールＲの頭頂部Ｒ₁の表面状態を計測するとともに、上側水平ロール２ｂの表面状態を計測し、レール通り芯計測手段３０により計測した結果に加えて、レール頭頂部表面状態計測手段３１およびロール表面状態計測手段３２により計測した結果に基づいて、上下曲がり矯正ロール群４を移動させるので、レールＲの左右曲がりだけでなく、レールＲのプロフィール、スケール付着状態の偏りや上側水平ロール２ｂの磨耗量等に応じて、レールＲの頭側部Ｒ₂と上側水平ロール２ａ〜２ｃのガイド部１２とが強く接触することを防止することができる。

また、本実施形態におけるレール矯正装置１では、レールＲの頭頂部Ｒ₁の表面および上側水平ロール２ｂの表面にパターン光を投射して、このレールＲの頭頂部Ｒ₁の表面に投射されたパターン光を測定するとともに、上側水平ロール２ｂの表面に投射されたパターン光を測定するため、精度良くレールＲの頭頂部Ｒ₁の表面状態および上側水平ロール２ｂの表面状態を計測することが可能である。したがって、このレール矯正装置１では、レールＲの左右曲がりだけでなく、レールＲのプロフィール、スケール付着状態の偏りや上側水平ロール２ｂの磨耗量等に応じて、高精度に上下曲がり矯正ロール群４を移動させて、レールＲの頭側部Ｒ₂と上側水平ロール２ａ〜２ｃのガイド部１２とが強く接触することを防止することができる。

本発明のレール矯正装置は、熱間圧延されたレールの曲がりを矯正する装置として有用である。

Ｒレール
１レール矯正装置
２ａ〜２ｃ上側水平ロール
３ａ〜３ｃ下側水平ロール
４上下曲がり矯正ロール群
５左右曲がり矯正ロール
１０カメラ装置
１０ａ左方カメラ
１０ｂ右方カメラ
１０ｃ正面カメラ
１１，１３胴部
１２，１４ガイド部
１５照明装置
２０マスタＤＢ
２１実績ＤＢ
３０レール通し芯計測手段
３１レール頭頂部表面状態計測手段
３２ロール表面状態計測手段
３３ロール移動量算出手段
３４ロール移動手段

Claims

レールの頭頂部と接触して転動する上側水平ロールであり、前記レールの両頭側部の前記上側水平ロールの回転軸方向への動きを規制するガイド部を有する上側水平ロールと、
前記レールの足裏部と接触して転動する下側水平ロールとを有し、
前記上側水平ロールと前記下側水平ロールとによって前記レールを挟み込んで走行させることにより、前記レールの矯正を行うレール矯正装置であって、
前記レールの頭側部と前記上側水平ロールのガイド部との間隔をステレオ計測するために、前記レールの頭頂部と前記上側水平ロールとの接触部を斜め上方の斜め左右方向から撮影する左方カメラおよび右方カメラと、前記レールの頭頂部と前記上側水平ロールとの接触部を斜め上方の正面から撮影する正面カメラとを含み、前記左方カメラ、右方カメラおよび正面カメラにより撮影された画像から前記レールの頭側部と前記上側水平ロールのガイド部との間隔を計測することにより、前記上側水平ロールと前記レールとの位置関係を計測するレール通り芯計測手段と、
前記レール通り芯計測手段により計測した結果に基づいて前記上側水平ロールまたは前記下側水平ロールの回転軸方向への移動量を算出するロール移動量算出手段と、
前記ロール移動量算出手段により算出した移動量に基づいて前記上側水平ロールまたは前記下側水平ロールを回転軸方向に移動させるロール移動手段と
を含むレール矯正装置。
前記左方カメラ、右方カメラおよび正面カメラにより撮影された画像から前記レールの頭頂部の表面状態を計測するレール頭頂部表面状態計測手段と、
前記左方カメラ、右方カメラおよび正面カメラにより撮影された画像から前記上側水平ロールの表面状態を計測するロール表面状態計測手段とを含み、
前記ロール移動量算出手段は、前記レール通り芯計測手段により計測した結果に加えて、前記レール頭頂部表面状態計測手段および前記ロール表面状態計測手段により計測した結果に基づいて、前記上側水平ロールまたは前記下側水平ロールの回転軸方向への移動量を算出するものである請求項１記載のレール矯正装置。
前記レールの頭頂部の表面および前記上側水平ロールの表面にパターン光を投射するパターン光投射手段を含み、
前記レール頭頂部表面状態計測手段は、前記レールの頭頂部の表面に投射されたパターン光を測定することにより、前記レールの頭頂部の表面状態を計測するものであり、
前記ロール表面状態計測手段は、前記上側水平ロールの表面に投射されたパターン光を測定することにより、前記上側水平ロールの表面状態を計測するものである
請求項２記載のレール矯正装置。