ロールカリバー位置検出装置およびロールカリバー位置検出方法
【課題】ロールカリバー形状調整のための各カリバーロールのカリバー部分の相対位置関係を高精度に検出することができること。
【解決手段】複数のロール２ａ〜２ｄを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得する画像処理部１３と、取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別するロール識別部１４と、識別された各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出する演算部１５と、算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力する表示部１６と、を備える。
【解決手段】複数のロール２ａ〜２ｄを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得する画像処理部１３と、取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別するロール識別部１４と、識別された各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出する演算部１５と、算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力する表示部１６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの各カリバー部分の相対位置関係を精度良く検出することができるロールカリバー位置検出装置およびロールカリバー位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数、特に３〜４つ以上の溝付きロール（カリバーロール）を組み合わせて形成した圧延空間をロールカリバーといい、このカリバーロールに被圧延材を通し、圧下を加えることによって種々の断面形状の圧延材を製造している。この圧延材の断面形状の精度を高めるためには、各カリバーロールを高精度で切削あるいは加工し、かつ各カリバーロールの空間的な配置を調整することが重要である。
【０００３】
ロールカリバーの調整方法としては、調整者が、精度良く所定の外径に加工した基準棒をロールカリバーに嵌合させ、ロールカリバーと基準棒との嵌合状態および隙間を目視観察することによって各カリバーロールの配置を修正する方法や、投影機を用いてロールカリバーをスクリーン上に投影し、調整者が、この投影されたロールカリバー形状と基準形状とを比較して各カリバーロールの配置を修正する方法がある。しかしながら、いずれの調整方法も、調整者の目視観察に依存した一種の官能検査であり、再現性や客観性の点で問題があるとともに、調整にかかる時間および労力が大きいという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するため、特許文献１では、回転移動するカメラを用いてロールカリバーエッジの影像を撮像し、エッジ端部位置を２値化処理によって検出し、この検出したエッジ端部位置をもとにロールカリバーの形状および位置を精密に測定するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２では、ロールカリバーに向けて平行光線を投光し、ロールカリバーによって遮光される光のパターンをレンズ装置で拡大してスクリーンに投影するカメラ装置およびこのカメラ装置をロールカリバーの輪郭に沿って移動させるカメラ移動装置を用いて、ロールカリバー全周の輪郭形状を取得し、この取得したロールカリバーの輪郭データから各カリバーロールの調整量を計算するとともに、この計算結果をもとにロールカリバー形状を修正するものが記載されている。
【０００６】
しかし、特許文献１，２のいずれも、ロールカリバーの全体形状を得るため、カメラを機械的に移動させているので、移動機構の機械的誤差が測定結果に重畳し、測定精度が劣化してしまう。一般に、リニアガイドなどのスライド機構の移動ガタは、２０μｍ程度あるいはそれ以上であるため、ロールカリバーの形状計測では、曲率半径で数十ｍｍ〜数ｍｍ程度の誤差が生じる。
【０００７】
これに対し、特許文献３では、撮像系が、ロールカリバー全体が１視野に収まるような倍率に設定され、１回の撮像でロールカリバーの全体画像を作成し、作成した画像から各カリバーロール毎に中央部輪郭、端部輪郭、テーパ部輪郭を抽出し、中央部輪郭から最外接寸法および輪郭中心点を算出し、端部輪郭およびテーパ部輪郭からカリバーロールの角点を算出し、調整しようとするカリバーロールの角点が対応するカリバーロールの角点に対して所定の位置となるようにロールカリバー形状の調整を行うようにしている。この特許文献３では、ロールカリバー全体を１回の撮像によって取得しているので、カメラなどの撮像手段の移動による機械的誤差が測定結果に重畳するという問題を解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２５９５４１３号明細書
【特許文献２】特開平８−５３５４号公報
【特許文献３】特許第３８３５６４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献３では、カリバーロールの角点を基準にロールカリバー形状の調整を行うようにしている。このカリバーロールの角点は、ロールカリバーのうちで圧延に寄与しない部分であるとともに、ロールカリバーの円弧中心が、必ずしもロール回転軸方向でカリバーロールの両角点の中心に位置するとは限らず、さらに角点近傍の研削の精度管理も高くない。したがって、カリバーロールの角点の相対位置関係をもとにロールカリバー形状の調整を行っても、ロールカリバーの円弧部分を精度良く調整することができない場合が多いという問題点があった。
【００１０】
さらに、カリバーロールの角点を影像によって確実に検知するために、カリバーロールのテーパ部のシルエットが明瞭に撮像されていることが必要であるが、カリバーロールの角点近傍は、実際にはハウジングに組み込む際に機械油などが顕著に付着する部分であるため、影像が不明瞭となりやすく（特許文献３の第３図参照）、カリバーロールの角点の特定精度が劣化する場合が生じるという問題点があった。なお、この問題点を解決するために、テーパ部を含めたカリバーロール全体を高精度で切削し、あるいは角点近傍に機械油などが付着しないようにハウジングに組み込むことが考えられるが、これによってカリバーロールの製造および維持にかかるコストや組み込み作業負荷が増大するという新たな問題点が生じる。
【００１１】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ロールカリバー形状調整のための各カリバーロールのカリバー部分の相対位置関係を高精度に検出することができるロールカリバー位置検出装置およびロールカリバー位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるロールカリバー位置検出装置は、複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得する断面形状取得手段と、取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別するロール識別手段と、識別された各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出する算出手段と、算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出装置は、上記の発明において、前記算出手段は、前記目標プロフィールと各カリバーロールの形状プロフィールとが交差しているか否かを算出し、前記出力手段は、交差している場合に、交差しているカリバーロールの位置修正依頼を出力することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出装置は、上記の発明において、前記算出手段は、前記残差の領域を各カリバーロールの周方向で２分した２つの周方向残差を求めるとともに、各周方向残差の差を算出し、前記出力手段は、前記各周方向残差の差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出装置は、上記の発明において、前記算出手段が最初のカリバーロールに対して算出する残差は、該最初のカリバーロールが固定され、前記目標プロフィールが移動した場合の残差であることを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出方法は、複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得して各カリバーロールの相対位置を検出し、カリバーロール調整の支援を行うロールカリバー位置検出方法において、取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別して各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出する算出ステップと、算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力する出力ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出方法は、上記の発明において、前記算出ステップは、前記目標プロフィールと各カリバーロールの形状プロフィールとが交差しているか否かを算出し、前記出力ステップは、交差している場合に、交差しているカリバーロールの位置修正依頼を出力することを特徴とする。
【００１８】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出方法は、上記の発明において、前記算出ステップは、前記残差の領域を各カリバーロールの周方向で２分した２つの周方向残差を求めるとともに、各周方向残差の差を算出し、前記出力ステップは、前記各周方向残差の差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力することを特徴とする。
【００１９】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出方法は、上記の発明において、前記算出ステップが最初のカリバーロールに対して算出する残差は、該最初のカリバーロールが固定され、前記目標プロフィールが移動した場合の残差であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、断面形状取得手段が、複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得し、ロール識別手段が、取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別し、算出手段が、識別された各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出し、出力手段が、算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力しているので、ロールカリバー形状調整支援のための各カリバーロールのカリバー部分の相対位置関係を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、この発明の実施の形態１であるロールカリバー位置検出装置の概要構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示した軸受ハウジング内の概要構成を示す図である。
【図３】図３は、撮像部が受光する明暗像の一例を示す図である。
【図４】図４は、画像処理部が生成するエッジ画像であるプロフィールと仮想ゲージ棒とが表示された一例を示す図である。
【図５】図５は、算出される残差を示す図である。
【図６】図６は、この発明の実施の形態１によるロールカリバー位置検出処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、ロールカリバー中心位置の算出処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、中心候補点の算出方法を模式的に示した図である。
【図９】図９は、複数の中心候補点群を模式的に示した図である。
【図１０】図１０は、この発明の実施の形態２であるロールカリバー位置検出装置が算出する２分された残差を模式的に示した図である。
【図１１】図１１は、この発明の実施の形態３によるロールカリバー位置検出処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、この発明に係るロールカリバー位置検出装置およびロールカリバー位置検出方法の好適な実施の形態について説明する。なお、実施の形態により、この発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分又は相当する部分には同一の符号を付している。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１であるロールカリバー位置検出装置の概要構成を示す模式図である。なお、この実施の形態１では、カリバーロールミルの一種である４ロールミルハウジングに適用された場合のロールカリバー位置検出装置について説明する。
【００２４】
図１において、このロールカリバー位置検出装置は、軸受ハウジング１内に、複数のカリバーロールからなる被測定対象のロール２を有し、ロール２のロールカリバー形状を調整するための各カリバーロールの相対位置を検出するものである。
【００２５】
軸受ハウジング１内部は、図２に示すように、４つのカリバーロールであるロール２ａ〜２ｄが圧延材２２を囲んで配置される。すなわち、ロール２ａ，２ｂがＸ方向で対向配置され、ロール２ｃ，２ｄがＹ方向で対向配置される。ただし、圧延材２２は、ロールカリバー位置検出時には、除かれる。各ロール２ａ〜２ｄは、各ロール２ａ〜２ｄの回転軸である圧延軸２１ａ〜２１ｄを有し、各ロール２ａ〜２ｄの圧下方向と圧延軸２１ａ〜２１ｄの軸方向とは直交して配置される。したがって、ロールカリバーの調整を行う場合、各ロール２ａ〜２ｄは、圧下方向に平行な方向（圧下方向）と圧下方向に直交する方向（スラスト方向）とを調整する必要がある。たとえば、ロール２ａは、圧下方向であるＸ方向とスラスト方向であるＹ方向とを調整する必要がある。
【００２６】
この軸受ハウジング１内のロール２のロールカリバーの位置検出を行うため、図１に示したロールカリバー位置検出装置は、照明光を発する照明光源７と、照明光を導光する光ファイバ８と、光ファイバ８から導光された照明光を、図２に示す領域Ｅのようにロールカリバーを覆い、各圧延軸２１ａ〜２１ｄに直交する略円柱形の平行光に変換する投光レンズ６とからなる投光系を有する。なお、図１では、光ファイバ８を介して照明光源７と投光レンズ６とが分離された構成であるが、光ファイバ８を削除して、照明光源７と投光レンズ６とを一体的に構成してもよい。
【００２７】
また、ロールカリバー位置検出装置は、ロールカリバーを通過した平行光の一部であってロール２のカリバー部が遮って生成される図３に示すような明暗像を撮像面に結像させる撮像レンズ９と、上述した撮像面に入力された明暗像を撮像する撮像部１０と、撮像部１０によって撮像された画像データを制御本体部１１に伝送する接続ケーブル１０ａとからなる受光系を有する。撮像レンズ９は、物体側テレセントリック光学系を形成するレンズが用いられ、この光学系の光軸Ｃは、被圧延材のパスラインに平行で、かつ投光系の光軸に一致することが好ましい。また、撮像部１０は、２次元ＣＣＤなどのエリアセンサを用いて実現されるが、画像解像度を高める必要がある場合、ガルバノメータミラーなどを用いた光軸掃引手段とラインセンサとを用いて実現してもよい。
【００２８】
ここで、画像解像度は、ロール２による最大圧延径を９０ｍｍ、ロールカリバー調整限界を０．１ｍｍとすると、２０４８×２０４８画素のエリアセンサを用いることによって画素分解能は、９０／２０４８＝０．０４４ｍｍとなり十分な解像度を得ることができる。
【００２９】
制御本体部１１は、接続ケーブル１１ａを介して入力された画像データを受け付ける入力インターフェースとしての画像入力部１２と、画像入力部１２に入力された画像データから、図４に示すようなロールカリバーのエッジ画像を生成する画像処理部１３と、このエッジ画像から４つのロール２ａ〜２ｄをそれぞれ識別するロール識別部１４と、ロール識別部１４が識別した各ロール２ａ〜２ｄ毎に、図５に示すようなカリバー部分のみを切り出したプロフィールＰＦを生成するとともに、このプロフィールＰＦと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールである仮想ゲージ棒３１との間であって、各ロール２ａ〜２ｄ毎に予め設定される動径角である有効カリバー角θの範囲内における残差Ｓを算出する算出手段としての演算部１５と、この残差Ｓに関する情報および仮想ゲージ棒３１に対する各ロール２ａ〜２ｄのプロフィールＰＦ（ＰＦ１〜ＰＦ４）の相対位置を表示出力する出力手段としての表示部１６と、ＣＰＵなどによって実現され、画像入力部１２，画像処理部１３，ロール識別部１４，演算部１５，表示部１６，および照明光源７を少なくとも制御する制御部１７と、各種プログラムおよびデータを保持するとともに演算に必要な記録領域を確保する記憶部１８とを有する。なお、投光系、受光系、および画像入力部１２は、断面形状取得手段として機能する。なお、仮想ゲージ棒３１とは、従来、実際の調整時に用いられていたゲージ棒に対応するもので、その断面形状を仮想的に表したものである。
【００３０】
なお、投光レンズ６と撮像レンズ９との間には、拡幅治具３ａ，３ｂが設けられ、ロールギャップが不安定とならないようにロールギャップを拘束する。すなわち、拡幅治具３ａは、投光レンズ６とロール２ａ，２ｂとの間に設けられ、投光レンズ６側からロール２ａ，２ｂ間に挿入されてロール２ａ，２ｂ間を拡幅する。また、拡幅治具３ｂは、撮像レンズ９とロール２ｃ，２ｄとの間に設けられ、撮像レンズ９側からロール２ｃ，２ｄ間に挿入されてロール２ｃ，２ｄ間を拡幅する。なお、拡幅治具３ａ，３ｂは、筒状に形成され、内部に平行光が通過できるように構成されているが、拡幅治具３ａ，３ｂの内面反射光のゴーストが生じないように、投光レンズ６の口径と、拡幅治具３ａ，３ｂの内径と、投光レンズ６の開口数とを調整することが好ましい。
【００３１】
上述したように、投光レンズ６の光軸と撮像レンズ９の光軸とが一致し、かつ軸受ハウジング１のパスラインが平行あるいは一致することが好ましいが、この位置関係を容易に実現するため、この実施の形態１では、ハウジング架台４が設けられ、ハウジング架台４の上面に、軸受ハウジング１の下部を３方向から囲むようにストッパ５を配置して軸受ハウジングを固定するようにしている。このストッパ５は、図示しない押しボルトによって当たり止めさせるようにして、簡易かつ再現性良く配置固定できるようにしている。さらに、ハウジング架台４には、投光レンズ６および撮像レンズ９をそれぞれ保持する光学系保持機構１９ａ，１９ｂが設けられている。このハウジング架台４、ストッパ５、および位置調整機構を有する光学系保持機構１９ａ，１９ｂによって、上述した光軸およびパスラインの一致調整が容易になる。なお、ハウジング架台４への軸受ハウジング１の設置時に各光学系保持機構１９ａ，１９ｂを退避して破損を防ぐことができる退避機構を設けることが好ましい。
【００３２】
ここで、図６に示したフローチャートを参照して実施の形態１によるロールカリバー位置検出処理手順について説明する。図６において、制御部１７は、照明光源７に照明光を出力させ、撮像部１０によってロールカリバーを映し出した明暗像を撮像させ、この明暗像を示す画像データを画像入力部１２によって取得する（ステップＳ１０１）。その後、画像処理部１３は、この画像データから図４に示すカリバー部分を含むエッジ画像を生成する（ステップＳ１０２）。その後、ロール識別部１４は、このエッジ画像から各ロール２ａ〜２ｄを識別し、演算部１５は、各ロール２ａ〜２ｄのカリバー部分の４つのプロフィールＰＦを切り出す（ステップＳ１０３）。さらに、演算部１５は、４つの全プロフィールＰＦ（ＰＦ１〜ＰＦ４）を生成する（ステップＳ１０４）。
【００３３】
その後、演算部１５は、仮想ゲージ棒３１が設定済みであるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。なお、この判断は、２つのロールカリバーに対する処理であるか否かを判断するものである。すなわち、仮想ゲージ棒３１が設定済みである場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）には、すでに１つのロールカリバーに対する処理が済んでいることであり、２つ目以降のロールカリバーに対する処理を行うため、ステップＳ１１３に移行する。
【００３４】
一方、仮想ゲージ棒３１が設定済みでない場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）には、予め決定されている圧延断面形状に対応する仮想ゲージ棒３１が各ロールカリバーに囲まれる領域に設定され、表示出力される（ステップＳ１０６）。その後、１つの基準ロールカリバー、たとえばプロフィールＰＦ（ＰＦ１）が表示画面上で選択される（ステップＳ１０７）と、この基準ロールカリバーのロールカリバー中心位置の算出処理を行う（ステップＳ１０８）。このロールカリバー中心位置は、基準ロールカリバーの有効カリバー各θの中心決定に用いられる。
【００３５】
基準ロールカリバーのロールカリバー中心位置が算出されると、仮想ゲージ棒３１の位置を表示画面上で位置修正に伴う仮想ゲージ棒３１の表示変更を行うとともに、そのときの基準ロールカリバーと仮想ゲージ棒３１との間であって有効カリバー各θの範囲内の面積（画素数）である残差Ｓを算出して表示出力する（ステップＳ１０９）。この場合、ロールカリバーＰＦ１は、固定位置に表示され、仮想ゲージ棒３１のみが位置修正されることになる。その後、現仮想ゲージ棒３１の位置が最小の残差Ｓ０であるとしての設定入力があったか否かを判断し（ステップＳ１１０）、設定入力がない限り、ステップＳ１０９の処理を行い、設定入力があった場合（ステップＳ１１０，Ｙｅｓ）、この残差Ｓ０を記憶部１８に記憶する処理を行う（ステップＳ１１１）。さらに、ｉ＝１に設定する（ステップＳ１１２）。これによって、まず、基準ロールカリバーの位置が確定することになる。
【００３６】
その後、他のロールカリバー（調整ロールカリバー）のうち１つの調整ロールカリバー、たとえばロールカリバーＰＦ２が表示画面上で選択されると（ステップＳ１１３）、ステップＳ１０８と同様に、この調整ロールカリバーのロールカリバー中心位置の算出処理が行われる（ステップＳ１１４）。その後、演算部１５は、この調整ロールカリバーと仮想ゲージ棒３１との間であって、ステップＳ１１４で算出された調整ロールカリバー中心位置を中心とする有効カリバー角θの範囲内の残差Ｓである残差Ｓｉを算出する（ステップＳ１１５）。
【００３７】
その後、演算部１５は、残差Ｓｉと残差Ｓ０との差が所定の残差閾値ΔＳ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１１６）。所定の残差閾値ΔＳ未満でない場合、残差Ｓｉが大きいため、この調整ロールカリバーの位置修正依頼を表示出力する（ステップＳ１１７）。これによって、操作者は、この調整ロールカリバーのロールの位置修正を行う。その後、ステップＳ１０１に移行し、上述した全てのロールカリバーのプロフィールを再度取得する。ただし、ステップＳ１０５ですでに仮想ゲージ棒３１は、設定されているため、ステップＳ１０６〜Ｓ１１２の処理は行われない。そして、ステップＳ１１３で再び同じ調整ロールカリバーに対する残差が算出され、ステップＳ１１６の判断処理が行われる。
【００３８】
一方、残差Ｓｉと残差Ｓ０との差が所定の残差閾値ΔＳ未満である場合（ステップＳ１１６，Ｙｅｓ）には、この調整ロールカリバーに対する調整が終了したことになり、変数ｉをインクリメントし（ステップＳ１１８）、残りの調整ロールカリバーがあるか否かを判断する（ステップＳ１１９）。なお、ｎは、すべてのロールカリバーの数であり、この実施の形態では、全てのロールカリバーの数が４であるため、このステップＳ１１９では、変数ｉが調整ロールカリバーの数である３になったか否かを判断する。残りの調整ロールカリバーがある場合（ステップＳ１１９，Ｙｅｓ）には、ステップＳ１１３に移行し、次の調整ロールカリバーが選択され、この選択された調整ロールカリバーに対する調整が行われる。一方、残りの調整ロールカリバーがない場合（ステップＳ１１９，Ｎｏ）には、全てのロールカリバーに対する位置調整が完了したことになり、本処理を終了する。
【００３９】
ここで、図７に示したフローチャートを参照して、ステップＳ１０８，Ｓ１１４によるロールカリバー中心位置の算出処理手順について説明する。まず、演算部１５は、ロールカリバーに予め設定された公称カリバー曲率半径Ｒを読み出す（ステップＳ２０１）。さらに有効カリバー領域ＲＥの設定処理を行い（ステップＳ２０２）、変数ｋを初期値０に設定する（ステップＳ２０３）。
【００４０】
そして、演算部１５は、有効カリバー領域ＲＥ内のプロフィールＰＦから２点を選択し（ステップＳ２０４）、この２点を結ぶ線分の垂直２等分線を算出し（ステップＳ２０５）、この垂直２等分線とプロフィールＰＦとの交点を求め、プロフィールＰＦの凹側の垂直２等分線上であって、交点から距離Ｒの点を、カリバーの円中心の候補点（中心候補点）として設定する（ステップＳ２０６）。
【００４１】
その後、変数ｋをインクリメントし（ステップＳ２０７）、さらに変数ｋが予め設定した所定の整数値Ｎを超えたか否かを判断する（ステップＳ２０８）。変数ｋが所定の整数値Ｎを超えない場合（ステップＳ２０８，Ｎｏ）、ステップＳ２０４に移行し、変数ｋが所定の整数値Ｎを超えるまで中心候補点の算出を行う。
【００４２】
一方、変数ｋが所定の整数値Ｎを超えた場合（ステップＳ２０８，Ｙｅｓ）、得られた複数の中心候補点からなる座標群の加重平均値を、現在処理しているロールカリバー中心位置として決定し（ステップＳ２０９）、ステップＳ１０８あるいはステップＳ１１４にリターンする。
【００４３】
すなわち、演算部１５は、ロールカリバー中心位置を算出する場合、図８に示すように、有効カリバー曲線上の異なる２点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂの組によって形成される線分の垂直２等分線とこの有効カリバー曲線との交点ＰＣ１を求め、この交点ＰＣ１からプロフィールＰＦが凹となる向きに、予め決定されている有効カリバー曲線の所定曲率半径（公称カリバー曲率半径）Ｒに等しい距離Ｒとなる点を有効カリバー曲線の中心候補点Ｐ１として算出する。同様に、２点Ｐ２ａ，Ｐ２ｂの組によって形成される線分の垂直２等分線とこの有効カリバー曲線との交点ＰＣ２を求め、この交点ＰＣ２からプロフィールＰＦが凹となる向きに、公称カリバー曲率半径Ｒに等しい距離Ｒとなる点を中心候補点Ｐ２として算出する。同様な処理を他の異なる２点の組に対して繰り返し行い、図９に示すように、複数の中心候補点からなる中心候補点群Ｐを算出し、この中心候補点群Ｐの加重平均位置を、有効カリバー曲線を描くロールカリバー中心位置Ｃとして求める。
【００４４】
この実施の形態１では、仮想ゲージ棒３１と各ロールカリバーとを表示出力するとともに、仮想ゲージ棒３１と各ロールカリバーとの間の算差Ｓを算出して表示することによって、ロールの調整作業を効率よく支援することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、仮想ゲージ棒３１とロールカリバーとが近接する方向、すなわちロールの圧下方向を調整するのに適していたが、この実施の形態２では、さらにロールのスラスト方向を的確に調整できるようにしている。
【００４６】
すなわち、図１０に示すように、ロールカリバーのプロフィールＰＦの最低部で残差Ｓ（Ｓｉ）を周方向（スラスト方向）で２分し、この２分した残差Ｓｌ，Ｓｒを求める。そして、残差Ｓｌから残差Ｓｉを減算した差が最小となるように、ロールのスラスト方向調整を行うことができる。この場合、図１０に示した画像および残差Ｓｌから残差Ｓｉを減算した差が表示され、ロール調整の支援を行う。
【００４７】
（実施の形態３）
ところで、仮想ゲージ棒３１は仮想であるため、この仮想ゲージ棒３１とプロフィールＰＦとが重なって干渉する場合も生じる。現実のゲージ棒は、ロールカリバー内に侵入することはないので、この実施の形態３では、このような干渉が生じない対策を施している。
【００４８】
すなわち、演算部１５は、図１１のフローチャートに示すように、ステップ１１６の判断処理の後に、仮想ゲージ棒３１とロールカリバーとが接触しているか否かを判断し（ステップＳ１１６ａ）、接触していた場合（ステップＳ１１６ａ，Ｙｅｓ）には、残差Ｓｉが大きい場合と同様に、調整ロールカリバーの位置修正依頼を行う（ステップＳ１１７）ようにしている。なお、この判断処理は、仮想ゲージ棒３１とプロフィールＰＦとの交点検出処理によって実現できる。
【００４９】
なお、上述した実施の形態１〜３では、基準ロールカリバーの位置調整時に、基準ロールカリバーを動かさず、仮想ゲージ棒３１を動かすようにしていたが、もちろん、この基準ロールカリバーの位置調整時に、基準ロールカリバーを動かすようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１ 軸受ハウジング
２，２ａ〜２ｄ ロール
３ａ，３ｂ 拡幅治具
４ ハウジング架台
５ ストッパ
６ 投光レンズ
７ 照明光源
８ 光ファイバ
９ 撮像レンズ
１０ 撮像部
１０ａ 接続ケーブル
１１ 制御部本体
１２ 画像入力部
１３ 画像処理部
１４ ロール識別部
１５ 演算部
１６ 表示部
１７ 制御部
１８ 記憶部
２１ａ〜２１ｄ 圧延軸
３１ 仮想ゲージ棒
ＰＦ，ＰＦ１〜ＰＦ４ プロフィール
Ｃ ロールカリバー中心位置
θ 有効カリバー角
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの各カリバー部分の相対位置関係を精度良く検出することができるロールカリバー位置検出装置およびロールカリバー位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数、特に３〜４つ以上の溝付きロール（カリバーロール）を組み合わせて形成した圧延空間をロールカリバーといい、このカリバーロールに被圧延材を通し、圧下を加えることによって種々の断面形状の圧延材を製造している。この圧延材の断面形状の精度を高めるためには、各カリバーロールを高精度で切削あるいは加工し、かつ各カリバーロールの空間的な配置を調整することが重要である。
【０００３】
ロールカリバーの調整方法としては、調整者が、精度良く所定の外径に加工した基準棒をロールカリバーに嵌合させ、ロールカリバーと基準棒との嵌合状態および隙間を目視観察することによって各カリバーロールの配置を修正する方法や、投影機を用いてロールカリバーをスクリーン上に投影し、調整者が、この投影されたロールカリバー形状と基準形状とを比較して各カリバーロールの配置を修正する方法がある。しかしながら、いずれの調整方法も、調整者の目視観察に依存した一種の官能検査であり、再現性や客観性の点で問題があるとともに、調整にかかる時間および労力が大きいという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するため、特許文献１では、回転移動するカメラを用いてロールカリバーエッジの影像を撮像し、エッジ端部位置を２値化処理によって検出し、この検出したエッジ端部位置をもとにロールカリバーの形状および位置を精密に測定するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２では、ロールカリバーに向けて平行光線を投光し、ロールカリバーによって遮光される光のパターンをレンズ装置で拡大してスクリーンに投影するカメラ装置およびこのカメラ装置をロールカリバーの輪郭に沿って移動させるカメラ移動装置を用いて、ロールカリバー全周の輪郭形状を取得し、この取得したロールカリバーの輪郭データから各カリバーロールの調整量を計算するとともに、この計算結果をもとにロールカリバー形状を修正するものが記載されている。
【０００６】
しかし、特許文献１，２のいずれも、ロールカリバーの全体形状を得るため、カメラを機械的に移動させているので、移動機構の機械的誤差が測定結果に重畳し、測定精度が劣化してしまう。一般に、リニアガイドなどのスライド機構の移動ガタは、２０μｍ程度あるいはそれ以上であるため、ロールカリバーの形状計測では、曲率半径で数十ｍｍ〜数ｍｍ程度の誤差が生じる。
【０００７】
これに対し、特許文献３では、撮像系が、ロールカリバー全体が１視野に収まるような倍率に設定され、１回の撮像でロールカリバーの全体画像を作成し、作成した画像から各カリバーロール毎に中央部輪郭、端部輪郭、テーパ部輪郭を抽出し、中央部輪郭から最外接寸法および輪郭中心点を算出し、端部輪郭およびテーパ部輪郭からカリバーロールの角点を算出し、調整しようとするカリバーロールの角点が対応するカリバーロールの角点に対して所定の位置となるようにロールカリバー形状の調整を行うようにしている。この特許文献３では、ロールカリバー全体を１回の撮像によって取得しているので、カメラなどの撮像手段の移動による機械的誤差が測定結果に重畳するという問題を解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２５９５４１３号明細書
【特許文献２】特開平８−５３５４号公報
【特許文献３】特許第３８３５６４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献３では、カリバーロールの角点を基準にロールカリバー形状の調整を行うようにしている。このカリバーロールの角点は、ロールカリバーのうちで圧延に寄与しない部分であるとともに、ロールカリバーの円弧中心が、必ずしもロール回転軸方向でカリバーロールの両角点の中心に位置するとは限らず、さらに角点近傍の研削の精度管理も高くない。したがって、カリバーロールの角点の相対位置関係をもとにロールカリバー形状の調整を行っても、ロールカリバーの円弧部分を精度良く調整することができない場合が多いという問題点があった。
【００１０】
さらに、カリバーロールの角点を影像によって確実に検知するために、カリバーロールのテーパ部のシルエットが明瞭に撮像されていることが必要であるが、カリバーロールの角点近傍は、実際にはハウジングに組み込む際に機械油などが顕著に付着する部分であるため、影像が不明瞭となりやすく（特許文献３の第３図参照）、カリバーロールの角点の特定精度が劣化する場合が生じるという問題点があった。なお、この問題点を解決するために、テーパ部を含めたカリバーロール全体を高精度で切削し、あるいは角点近傍に機械油などが付着しないようにハウジングに組み込むことが考えられるが、これによってカリバーロールの製造および維持にかかるコストや組み込み作業負荷が増大するという新たな問題点が生じる。
【００１１】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ロールカリバー形状調整のための各カリバーロールのカリバー部分の相対位置関係を高精度に検出することができるロールカリバー位置検出装置およびロールカリバー位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるロールカリバー位置検出装置は、複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得する断面形状取得手段と、取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別するロール識別手段と、識別された各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出する算出手段と、算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出装置は、上記の発明において、前記算出手段は、前記目標プロフィールと各カリバーロールの形状プロフィールとが交差しているか否かを算出し、前記出力手段は、交差している場合に、交差しているカリバーロールの位置修正依頼を出力することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出装置は、上記の発明において、前記算出手段は、前記残差の領域を各カリバーロールの周方向で２分した２つの周方向残差を求めるとともに、各周方向残差の差を算出し、前記出力手段は、前記各周方向残差の差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出装置は、上記の発明において、前記算出手段が最初のカリバーロールに対して算出する残差は、該最初のカリバーロールが固定され、前記目標プロフィールが移動した場合の残差であることを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出方法は、複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得して各カリバーロールの相対位置を検出し、カリバーロール調整の支援を行うロールカリバー位置検出方法において、取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別して各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出する算出ステップと、算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力する出力ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出方法は、上記の発明において、前記算出ステップは、前記目標プロフィールと各カリバーロールの形状プロフィールとが交差しているか否かを算出し、前記出力ステップは、交差している場合に、交差しているカリバーロールの位置修正依頼を出力することを特徴とする。
【００１８】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出方法は、上記の発明において、前記算出ステップは、前記残差の領域を各カリバーロールの周方向で２分した２つの周方向残差を求めるとともに、各周方向残差の差を算出し、前記出力ステップは、前記各周方向残差の差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力することを特徴とする。
【００１９】
また、この発明にかかるロールカリバー位置検出方法は、上記の発明において、前記算出ステップが最初のカリバーロールに対して算出する残差は、該最初のカリバーロールが固定され、前記目標プロフィールが移動した場合の残差であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、断面形状取得手段が、複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得し、ロール識別手段が、取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別し、算出手段が、識別された各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出し、出力手段が、算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力しているので、ロールカリバー形状調整支援のための各カリバーロールのカリバー部分の相対位置関係を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、この発明の実施の形態１であるロールカリバー位置検出装置の概要構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示した軸受ハウジング内の概要構成を示す図である。
【図３】図３は、撮像部が受光する明暗像の一例を示す図である。
【図４】図４は、画像処理部が生成するエッジ画像であるプロフィールと仮想ゲージ棒とが表示された一例を示す図である。
【図５】図５は、算出される残差を示す図である。
【図６】図６は、この発明の実施の形態１によるロールカリバー位置検出処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、ロールカリバー中心位置の算出処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、中心候補点の算出方法を模式的に示した図である。
【図９】図９は、複数の中心候補点群を模式的に示した図である。
【図１０】図１０は、この発明の実施の形態２であるロールカリバー位置検出装置が算出する２分された残差を模式的に示した図である。
【図１１】図１１は、この発明の実施の形態３によるロールカリバー位置検出処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、この発明に係るロールカリバー位置検出装置およびロールカリバー位置検出方法の好適な実施の形態について説明する。なお、実施の形態により、この発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分又は相当する部分には同一の符号を付している。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１であるロールカリバー位置検出装置の概要構成を示す模式図である。なお、この実施の形態１では、カリバーロールミルの一種である４ロールミルハウジングに適用された場合のロールカリバー位置検出装置について説明する。
【００２４】
図１において、このロールカリバー位置検出装置は、軸受ハウジング１内に、複数のカリバーロールからなる被測定対象のロール２を有し、ロール２のロールカリバー形状を調整するための各カリバーロールの相対位置を検出するものである。
【００２５】
軸受ハウジング１内部は、図２に示すように、４つのカリバーロールであるロール２ａ〜２ｄが圧延材２２を囲んで配置される。すなわち、ロール２ａ，２ｂがＸ方向で対向配置され、ロール２ｃ，２ｄがＹ方向で対向配置される。ただし、圧延材２２は、ロールカリバー位置検出時には、除かれる。各ロール２ａ〜２ｄは、各ロール２ａ〜２ｄの回転軸である圧延軸２１ａ〜２１ｄを有し、各ロール２ａ〜２ｄの圧下方向と圧延軸２１ａ〜２１ｄの軸方向とは直交して配置される。したがって、ロールカリバーの調整を行う場合、各ロール２ａ〜２ｄは、圧下方向に平行な方向（圧下方向）と圧下方向に直交する方向（スラスト方向）とを調整する必要がある。たとえば、ロール２ａは、圧下方向であるＸ方向とスラスト方向であるＹ方向とを調整する必要がある。
【００２６】
この軸受ハウジング１内のロール２のロールカリバーの位置検出を行うため、図１に示したロールカリバー位置検出装置は、照明光を発する照明光源７と、照明光を導光する光ファイバ８と、光ファイバ８から導光された照明光を、図２に示す領域Ｅのようにロールカリバーを覆い、各圧延軸２１ａ〜２１ｄに直交する略円柱形の平行光に変換する投光レンズ６とからなる投光系を有する。なお、図１では、光ファイバ８を介して照明光源７と投光レンズ６とが分離された構成であるが、光ファイバ８を削除して、照明光源７と投光レンズ６とを一体的に構成してもよい。
【００２７】
また、ロールカリバー位置検出装置は、ロールカリバーを通過した平行光の一部であってロール２のカリバー部が遮って生成される図３に示すような明暗像を撮像面に結像させる撮像レンズ９と、上述した撮像面に入力された明暗像を撮像する撮像部１０と、撮像部１０によって撮像された画像データを制御本体部１１に伝送する接続ケーブル１０ａとからなる受光系を有する。撮像レンズ９は、物体側テレセントリック光学系を形成するレンズが用いられ、この光学系の光軸Ｃは、被圧延材のパスラインに平行で、かつ投光系の光軸に一致することが好ましい。また、撮像部１０は、２次元ＣＣＤなどのエリアセンサを用いて実現されるが、画像解像度を高める必要がある場合、ガルバノメータミラーなどを用いた光軸掃引手段とラインセンサとを用いて実現してもよい。
【００２８】
ここで、画像解像度は、ロール２による最大圧延径を９０ｍｍ、ロールカリバー調整限界を０．１ｍｍとすると、２０４８×２０４８画素のエリアセンサを用いることによって画素分解能は、９０／２０４８＝０．０４４ｍｍとなり十分な解像度を得ることができる。
【００２９】
制御本体部１１は、接続ケーブル１１ａを介して入力された画像データを受け付ける入力インターフェースとしての画像入力部１２と、画像入力部１２に入力された画像データから、図４に示すようなロールカリバーのエッジ画像を生成する画像処理部１３と、このエッジ画像から４つのロール２ａ〜２ｄをそれぞれ識別するロール識別部１４と、ロール識別部１４が識別した各ロール２ａ〜２ｄ毎に、図５に示すようなカリバー部分のみを切り出したプロフィールＰＦを生成するとともに、このプロフィールＰＦと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールである仮想ゲージ棒３１との間であって、各ロール２ａ〜２ｄ毎に予め設定される動径角である有効カリバー角θの範囲内における残差Ｓを算出する算出手段としての演算部１５と、この残差Ｓに関する情報および仮想ゲージ棒３１に対する各ロール２ａ〜２ｄのプロフィールＰＦ（ＰＦ１〜ＰＦ４）の相対位置を表示出力する出力手段としての表示部１６と、ＣＰＵなどによって実現され、画像入力部１２，画像処理部１３，ロール識別部１４，演算部１５，表示部１６，および照明光源７を少なくとも制御する制御部１７と、各種プログラムおよびデータを保持するとともに演算に必要な記録領域を確保する記憶部１８とを有する。なお、投光系、受光系、および画像入力部１２は、断面形状取得手段として機能する。なお、仮想ゲージ棒３１とは、従来、実際の調整時に用いられていたゲージ棒に対応するもので、その断面形状を仮想的に表したものである。
【００３０】
なお、投光レンズ６と撮像レンズ９との間には、拡幅治具３ａ，３ｂが設けられ、ロールギャップが不安定とならないようにロールギャップを拘束する。すなわち、拡幅治具３ａは、投光レンズ６とロール２ａ，２ｂとの間に設けられ、投光レンズ６側からロール２ａ，２ｂ間に挿入されてロール２ａ，２ｂ間を拡幅する。また、拡幅治具３ｂは、撮像レンズ９とロール２ｃ，２ｄとの間に設けられ、撮像レンズ９側からロール２ｃ，２ｄ間に挿入されてロール２ｃ，２ｄ間を拡幅する。なお、拡幅治具３ａ，３ｂは、筒状に形成され、内部に平行光が通過できるように構成されているが、拡幅治具３ａ，３ｂの内面反射光のゴーストが生じないように、投光レンズ６の口径と、拡幅治具３ａ，３ｂの内径と、投光レンズ６の開口数とを調整することが好ましい。
【００３１】
上述したように、投光レンズ６の光軸と撮像レンズ９の光軸とが一致し、かつ軸受ハウジング１のパスラインが平行あるいは一致することが好ましいが、この位置関係を容易に実現するため、この実施の形態１では、ハウジング架台４が設けられ、ハウジング架台４の上面に、軸受ハウジング１の下部を３方向から囲むようにストッパ５を配置して軸受ハウジングを固定するようにしている。このストッパ５は、図示しない押しボルトによって当たり止めさせるようにして、簡易かつ再現性良く配置固定できるようにしている。さらに、ハウジング架台４には、投光レンズ６および撮像レンズ９をそれぞれ保持する光学系保持機構１９ａ，１９ｂが設けられている。このハウジング架台４、ストッパ５、および位置調整機構を有する光学系保持機構１９ａ，１９ｂによって、上述した光軸およびパスラインの一致調整が容易になる。なお、ハウジング架台４への軸受ハウジング１の設置時に各光学系保持機構１９ａ，１９ｂを退避して破損を防ぐことができる退避機構を設けることが好ましい。
【００３２】
ここで、図６に示したフローチャートを参照して実施の形態１によるロールカリバー位置検出処理手順について説明する。図６において、制御部１７は、照明光源７に照明光を出力させ、撮像部１０によってロールカリバーを映し出した明暗像を撮像させ、この明暗像を示す画像データを画像入力部１２によって取得する（ステップＳ１０１）。その後、画像処理部１３は、この画像データから図４に示すカリバー部分を含むエッジ画像を生成する（ステップＳ１０２）。その後、ロール識別部１４は、このエッジ画像から各ロール２ａ〜２ｄを識別し、演算部１５は、各ロール２ａ〜２ｄのカリバー部分の４つのプロフィールＰＦを切り出す（ステップＳ１０３）。さらに、演算部１５は、４つの全プロフィールＰＦ（ＰＦ１〜ＰＦ４）を生成する（ステップＳ１０４）。
【００３３】
その後、演算部１５は、仮想ゲージ棒３１が設定済みであるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。なお、この判断は、２つのロールカリバーに対する処理であるか否かを判断するものである。すなわち、仮想ゲージ棒３１が設定済みである場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）には、すでに１つのロールカリバーに対する処理が済んでいることであり、２つ目以降のロールカリバーに対する処理を行うため、ステップＳ１１３に移行する。
【００３４】
一方、仮想ゲージ棒３１が設定済みでない場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）には、予め決定されている圧延断面形状に対応する仮想ゲージ棒３１が各ロールカリバーに囲まれる領域に設定され、表示出力される（ステップＳ１０６）。その後、１つの基準ロールカリバー、たとえばプロフィールＰＦ（ＰＦ１）が表示画面上で選択される（ステップＳ１０７）と、この基準ロールカリバーのロールカリバー中心位置の算出処理を行う（ステップＳ１０８）。このロールカリバー中心位置は、基準ロールカリバーの有効カリバー各θの中心決定に用いられる。
【００３５】
基準ロールカリバーのロールカリバー中心位置が算出されると、仮想ゲージ棒３１の位置を表示画面上で位置修正に伴う仮想ゲージ棒３１の表示変更を行うとともに、そのときの基準ロールカリバーと仮想ゲージ棒３１との間であって有効カリバー各θの範囲内の面積（画素数）である残差Ｓを算出して表示出力する（ステップＳ１０９）。この場合、ロールカリバーＰＦ１は、固定位置に表示され、仮想ゲージ棒３１のみが位置修正されることになる。その後、現仮想ゲージ棒３１の位置が最小の残差Ｓ０であるとしての設定入力があったか否かを判断し（ステップＳ１１０）、設定入力がない限り、ステップＳ１０９の処理を行い、設定入力があった場合（ステップＳ１１０，Ｙｅｓ）、この残差Ｓ０を記憶部１８に記憶する処理を行う（ステップＳ１１１）。さらに、ｉ＝１に設定する（ステップＳ１１２）。これによって、まず、基準ロールカリバーの位置が確定することになる。
【００３６】
その後、他のロールカリバー（調整ロールカリバー）のうち１つの調整ロールカリバー、たとえばロールカリバーＰＦ２が表示画面上で選択されると（ステップＳ１１３）、ステップＳ１０８と同様に、この調整ロールカリバーのロールカリバー中心位置の算出処理が行われる（ステップＳ１１４）。その後、演算部１５は、この調整ロールカリバーと仮想ゲージ棒３１との間であって、ステップＳ１１４で算出された調整ロールカリバー中心位置を中心とする有効カリバー角θの範囲内の残差Ｓである残差Ｓｉを算出する（ステップＳ１１５）。
【００３７】
その後、演算部１５は、残差Ｓｉと残差Ｓ０との差が所定の残差閾値ΔＳ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１１６）。所定の残差閾値ΔＳ未満でない場合、残差Ｓｉが大きいため、この調整ロールカリバーの位置修正依頼を表示出力する（ステップＳ１１７）。これによって、操作者は、この調整ロールカリバーのロールの位置修正を行う。その後、ステップＳ１０１に移行し、上述した全てのロールカリバーのプロフィールを再度取得する。ただし、ステップＳ１０５ですでに仮想ゲージ棒３１は、設定されているため、ステップＳ１０６〜Ｓ１１２の処理は行われない。そして、ステップＳ１１３で再び同じ調整ロールカリバーに対する残差が算出され、ステップＳ１１６の判断処理が行われる。
【００３８】
一方、残差Ｓｉと残差Ｓ０との差が所定の残差閾値ΔＳ未満である場合（ステップＳ１１６，Ｙｅｓ）には、この調整ロールカリバーに対する調整が終了したことになり、変数ｉをインクリメントし（ステップＳ１１８）、残りの調整ロールカリバーがあるか否かを判断する（ステップＳ１１９）。なお、ｎは、すべてのロールカリバーの数であり、この実施の形態では、全てのロールカリバーの数が４であるため、このステップＳ１１９では、変数ｉが調整ロールカリバーの数である３になったか否かを判断する。残りの調整ロールカリバーがある場合（ステップＳ１１９，Ｙｅｓ）には、ステップＳ１１３に移行し、次の調整ロールカリバーが選択され、この選択された調整ロールカリバーに対する調整が行われる。一方、残りの調整ロールカリバーがない場合（ステップＳ１１９，Ｎｏ）には、全てのロールカリバーに対する位置調整が完了したことになり、本処理を終了する。
【００３９】
ここで、図７に示したフローチャートを参照して、ステップＳ１０８，Ｓ１１４によるロールカリバー中心位置の算出処理手順について説明する。まず、演算部１５は、ロールカリバーに予め設定された公称カリバー曲率半径Ｒを読み出す（ステップＳ２０１）。さらに有効カリバー領域ＲＥの設定処理を行い（ステップＳ２０２）、変数ｋを初期値０に設定する（ステップＳ２０３）。
【００４０】
そして、演算部１５は、有効カリバー領域ＲＥ内のプロフィールＰＦから２点を選択し（ステップＳ２０４）、この２点を結ぶ線分の垂直２等分線を算出し（ステップＳ２０５）、この垂直２等分線とプロフィールＰＦとの交点を求め、プロフィールＰＦの凹側の垂直２等分線上であって、交点から距離Ｒの点を、カリバーの円中心の候補点（中心候補点）として設定する（ステップＳ２０６）。
【００４１】
その後、変数ｋをインクリメントし（ステップＳ２０７）、さらに変数ｋが予め設定した所定の整数値Ｎを超えたか否かを判断する（ステップＳ２０８）。変数ｋが所定の整数値Ｎを超えない場合（ステップＳ２０８，Ｎｏ）、ステップＳ２０４に移行し、変数ｋが所定の整数値Ｎを超えるまで中心候補点の算出を行う。
【００４２】
一方、変数ｋが所定の整数値Ｎを超えた場合（ステップＳ２０８，Ｙｅｓ）、得られた複数の中心候補点からなる座標群の加重平均値を、現在処理しているロールカリバー中心位置として決定し（ステップＳ２０９）、ステップＳ１０８あるいはステップＳ１１４にリターンする。
【００４３】
すなわち、演算部１５は、ロールカリバー中心位置を算出する場合、図８に示すように、有効カリバー曲線上の異なる２点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂの組によって形成される線分の垂直２等分線とこの有効カリバー曲線との交点ＰＣ１を求め、この交点ＰＣ１からプロフィールＰＦが凹となる向きに、予め決定されている有効カリバー曲線の所定曲率半径（公称カリバー曲率半径）Ｒに等しい距離Ｒとなる点を有効カリバー曲線の中心候補点Ｐ１として算出する。同様に、２点Ｐ２ａ，Ｐ２ｂの組によって形成される線分の垂直２等分線とこの有効カリバー曲線との交点ＰＣ２を求め、この交点ＰＣ２からプロフィールＰＦが凹となる向きに、公称カリバー曲率半径Ｒに等しい距離Ｒとなる点を中心候補点Ｐ２として算出する。同様な処理を他の異なる２点の組に対して繰り返し行い、図９に示すように、複数の中心候補点からなる中心候補点群Ｐを算出し、この中心候補点群Ｐの加重平均位置を、有効カリバー曲線を描くロールカリバー中心位置Ｃとして求める。
【００４４】
この実施の形態１では、仮想ゲージ棒３１と各ロールカリバーとを表示出力するとともに、仮想ゲージ棒３１と各ロールカリバーとの間の算差Ｓを算出して表示することによって、ロールの調整作業を効率よく支援することができる。
【００４５】
（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、仮想ゲージ棒３１とロールカリバーとが近接する方向、すなわちロールの圧下方向を調整するのに適していたが、この実施の形態２では、さらにロールのスラスト方向を的確に調整できるようにしている。
【００４６】
すなわち、図１０に示すように、ロールカリバーのプロフィールＰＦの最低部で残差Ｓ（Ｓｉ）を周方向（スラスト方向）で２分し、この２分した残差Ｓｌ，Ｓｒを求める。そして、残差Ｓｌから残差Ｓｉを減算した差が最小となるように、ロールのスラスト方向調整を行うことができる。この場合、図１０に示した画像および残差Ｓｌから残差Ｓｉを減算した差が表示され、ロール調整の支援を行う。
【００４７】
（実施の形態３）
ところで、仮想ゲージ棒３１は仮想であるため、この仮想ゲージ棒３１とプロフィールＰＦとが重なって干渉する場合も生じる。現実のゲージ棒は、ロールカリバー内に侵入することはないので、この実施の形態３では、このような干渉が生じない対策を施している。
【００４８】
すなわち、演算部１５は、図１１のフローチャートに示すように、ステップ１１６の判断処理の後に、仮想ゲージ棒３１とロールカリバーとが接触しているか否かを判断し（ステップＳ１１６ａ）、接触していた場合（ステップＳ１１６ａ，Ｙｅｓ）には、残差Ｓｉが大きい場合と同様に、調整ロールカリバーの位置修正依頼を行う（ステップＳ１１７）ようにしている。なお、この判断処理は、仮想ゲージ棒３１とプロフィールＰＦとの交点検出処理によって実現できる。
【００４９】
なお、上述した実施の形態１〜３では、基準ロールカリバーの位置調整時に、基準ロールカリバーを動かさず、仮想ゲージ棒３１を動かすようにしていたが、もちろん、この基準ロールカリバーの位置調整時に、基準ロールカリバーを動かすようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１ 軸受ハウジング
２，２ａ〜２ｄ ロール
３ａ，３ｂ 拡幅治具
４ ハウジング架台
５ ストッパ
６ 投光レンズ
７ 照明光源
８ 光ファイバ
９ 撮像レンズ
１０ 撮像部
１０ａ 接続ケーブル
１１ 制御部本体
１２ 画像入力部
１３ 画像処理部
１４ ロール識別部
１５ 演算部
１６ 表示部
１７ 制御部
１８ 記憶部
２１ａ〜２１ｄ 圧延軸
３１ 仮想ゲージ棒
ＰＦ，ＰＦ１〜ＰＦ４ プロフィール
Ｃ ロールカリバー中心位置
θ 有効カリバー角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得する断面形状取得手段と、
取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別するロール識別手段と、
識別された各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出する算出手段と、
算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とするロールカリバー位置検出装置。
【請求項２】
前記算出手段は、前記目標プロフィールと各カリバーロールの形状プロフィールとが交差しているか否かを算出し、
前記出力手段は、交差している場合に、交差しているカリバーロールの位置修正依頼を出力することを特徴とする請求項１に記載のロールカリバー位置検出装置。
【請求項３】
前記算出手段は、前記残差の領域を各カリバーロールの周方向で２分した２つの周方向残差を求めるとともに、各周方向残差の差を算出し、
前記出力手段は、前記各周方向残差の差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力することを特徴とする請求項１または２に記載のロールカリバー位置検出装置。
【請求項４】
前記算出手段が最初のカリバーロールに対して算出する残差は、該最初のカリバーロールが固定され、前記目標プロフィールが移動した場合の残差であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のロールカリバー位置検出装置。
【請求項５】
複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得して各カリバーロールの相対位置を検出し、カリバーロール調整の支援を行うロールカリバー位置検出方法において、
取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別して各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出する算出ステップと、
算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力する出力ステップと、
を含むことを特徴とするロールカリバー位置検出方法。
【請求項１】
複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得する断面形状取得手段と、
取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別するロール識別手段と、
識別された各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出する算出手段と、
算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とするロールカリバー位置検出装置。
【請求項２】
前記算出手段は、前記目標プロフィールと各カリバーロールの形状プロフィールとが交差しているか否かを算出し、
前記出力手段は、交差している場合に、交差しているカリバーロールの位置修正依頼を出力することを特徴とする請求項１に記載のロールカリバー位置検出装置。
【請求項３】
前記算出手段は、前記残差の領域を各カリバーロールの周方向で２分した２つの周方向残差を求めるとともに、各周方向残差の差を算出し、
前記出力手段は、前記各周方向残差の差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力することを特徴とする請求項１または２に記載のロールカリバー位置検出装置。
【請求項４】
前記算出手段が最初のカリバーロールに対して算出する残差は、該最初のカリバーロールが固定され、前記目標プロフィールが移動した場合の残差であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のロールカリバー位置検出装置。
【請求項５】
複数のカリバーロールを組み合わせて形成される圧延空間であるロールカリバーの全カリバーを含む圧延方向断面形状を取得して各カリバーロールの相対位置を検出し、カリバーロール調整の支援を行うロールカリバー位置検出方法において、
取得された圧延方向断面形状をもとに各カリバーロールを識別して各カリバーロールのカリバー部分の形状プロフィールを求め、各カリバーロール毎に予め設定される有効カリバー角の範囲内における各形状プロフィールと予め設定される圧延方向断面形状に基づく目標プロフィールとの間の残差を算出する算出ステップと、
算出された残差および前記目標プロフィールに対する各カリバーロールの形状プロフィールの相対位置を出力する出力ステップと、
を含むことを特徴とするロールカリバー位置検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２１０２９１（Ｐ２０１０−２１０２９１Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４１８２（Ｐ２００９−５４１８２）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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