JP2010002183A - 金属帯板の形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属帯板の形状を板幅端部まで精度良く測定でき、調整も容易で部品の交換だけで長期間使用できる金属帯板の形状測定装置を提供する。
【解決手段】金属帯板１が走行するラインに両端を回転自在に支持され金属帯板１に押し込むように設置されるロール１０，１００において、ロール１０，１００は、少なくとも１本以上の円周方向から傾斜した方向の溝２１と溝２１以外の部分であるランド部２２が表面に形成された内側ロール２０、又は、少なくとも２本以上の円周方向の溝２０１と溝２０１以外の部分であるランド部２０２が表面に形成された内側ロール２００に円筒４０を嵌合し、ランド部２２，２０２にはロール１０，１００の軸方向に穴２３を形成し、穴２３にランド部２２，２０２に作用する金属帯板１への押し込み荷重を測定するセンサー３０を設置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属帯板の形状測定装置に関する。

従来、金属帯板の形状測定装置における形状測定ロールとして、例えば、下記特許文献１に開示されるように、回転自在に構成した１本の無垢ロールの表面近傍に軸方向に平行な穴を設け、この穴の中に金属帯板への押し込み荷重を測定するセンサーが設置されるものがある（下記特許文献１参照）。

特表２００５−５１５４５６号公報

しかしながら、上記従来技術においては次の問題点が存在する。
（１）ロールは無垢ロールであって、金属帯板に押し込み運転すると表面が摩耗し傷が付き、これが製品帯板の表面の傷に繋がるため、定期的に表面を研磨しなげればならない。このため、軸方向と平行に設けた穴面と表面の距離は研磨ごとに小さくなる。しかし、穴に設けたセンサーは穴のつぶれ量で荷重を測定しているために穴面と表面の距離によって感度が大きく変わり研磨ごとに調整が必要になる。

また、最初にこの距離を大きくしておくと穴がつぶれなくなり、センサーでの測定ができなくなるため、最初から距離を小さくしておかないといけないから、必然的に研磨代は小さくしなければならない。すなわち、高価なロールをわずか数ミリメータだけ研磨すると廃棄しなければならない。

（２）軸方向に平行で胴長を貫通しない穴の先端付近にセンサーを設置すると、センサー位置の穴のつぶれは穴がない部分に拘束されて小さくなるため、センサーが感知する荷重が小さくなり形状測定精度が悪化する。

（３）軸方向に平行で胴長を貫通する穴の途中にセンサーを設置すると、板縁付近の穴のつぶれは板縁より外側の部分に拘束されて小さくなるため、最も重要な板幅端部付近の形状測定精度が悪化する。
（４）ロール表面に設けた穴に設置する多数のセンサーの調整は軸端からしかできず、多くの労力と熟練を必要とする。

以上のことから、本発明は、金属帯板の形状を板幅端部まで精度良く測定でき、調整も容易で部品の交換だけで長期間使用できる金属帯板の形状測定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係る金属帯板の形状測定装置は、
金属帯板が走行するラインに両端を回転自在に支持され該金属帯板に押し込むように設置されるロールにおいて、
該ロールは、
少なくとも１本以上の円周方向から傾斜した方向の溝と該溝以外の部分であるランド部が表面に形成された内側ロール、又は、少なくとも２本以上の円周方向の溝と該溝以外の部分であるランド部が表面に形成された内側ロールに円筒を嵌合し、
前記ランド部には前記ロールの軸方向に穴を形成し、該穴に前記ランド部に作用する前記金属帯板への押し込み荷重を測定するセンサーを設置する
ことを特徴とする。

本発明によれば、金属帯板の形状を板幅端部まで精度良く測定でき、調整も容易で部品の交換だけで長期間使用できる金属帯板の形状測定装置を実現することができる。

以下、本発明に係る金属帯板の形状測定装置の実施形態について図面を用いて説明する。
はじめに、本発明に係る金属帯板の形状測定装置の構造について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置の構造を示した透視側面図である。なお、図１においては、ハッチングが施されている部分は後述する形状測定ロール（ロール）１０の軸方向における断面を示しており、破線で示した部分は後述する内側ロール２０を側面から見たときに内側ロール２０の内部に位置する部分であることを示している。

図１に示すように、形状測定ロール１０は、円周方向から傾斜した方向の溝２１が表面に複数形成された内側ロール２０を備えている。なお、溝２１は１本形成するようにしてもよいし、軸方向に螺旋状に１本又は複数の溝を形成するようにしてもよい。また、溝２１の底部の形状は、図１に示すような形状に限定されない。内側ロール２０の表面の溝２１が形成されていない部分はランド部２２となっている。

内側ロール２０は、内部が中空となっている円筒４０が嵌合されている。内側ロール２０は、内側ロール２０が回転自在となるように、内側ロール２０の両端を軸受が内蔵された軸受箱５０，５１を介して支持架台６０，６１により支持されている。内側ロール２０のランド部２２の表面近傍には軸方向に穴２３を形成する。穴２３には、金属帯板１（図４，５，６参照）への押し込み荷重を測定するためのセンサー３０が設置されている。

なお、金属帯板１の巻き付け荷重を測定するセンサー３０は、内側ロール２０に円筒４０を装着する前に設置する。また、ランド部２２の穴２３は両側の溝２１に開口しているので、両側から細かい調整を容易に行うことができる。このため、センサー３０の設置状態に伴う測定精度の低下を防ぐことができる。

図２は、図１においてＡ−Ａで示す断面における断面図である。
図２に示すように、第１の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置においては、センサー３０は円周方向に９０度の間隔で設置されており、形状測定ロール１０が１回転する間にセンサー３０により４回測定することとなる。つまり、ランド部２２は円周方向から傾斜しているので、円周方向に９０°ピッチで設置したセンサー３０は、軸方向ではランド部２２のピッチの１／４づつずれていることになる。したがって、板幅方向では金属帯板１の張力をランド部２２のピッチの１／４の短いピッチで測定することになる。なお、この測定回数は１回転中に１回以上であれば何回であっても良く、測定回数を増やす場合にはセンサー３０を設置する円周方向のピッチを狭くすればよい。

このように、第１の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置においては、金属帯板１への押し込み荷重を測定するセンサー３０はランド部２２に形成された穴２３に設置されているため、金属帯板１の幅方向の位置におけるランド部２２の位置は、形状測定ロール１０の回転とともに変化することとなる。すなわち、ランド部２２に形成する穴２３を複数形成することにより、センサー３０による軸方向における測定間隔をランド部２２の間隔よりも狭くすることができる。したがって、金属帯板１の形状を精度よく測定することができる。

センサー３０は、センサー３０からの測定信号に基づき金属帯板１の形状を測定する演算処理装置（図示省略）と接続されている。なお、センサー３０と演算処理装置との接続方法は、上記特許文献１等に示されるような従来周知の方法により接続すればよいため、接続方法についての詳細な説明は省略する。

ここで、第１の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置における金属帯板１の形状測定原理について説明する。
金属帯板１には予め張力が付与されているが、金属帯板１の形状が均一でない場合、板幅方向全体の平均張力と各位置の張力とにずれが生じる。このため、形状測定ロール１０を張力を付与した金属帯板１に押し込むと、各位置の張力に比例した反力（押し込み力）が形状測定ロール１０に作用する。

形状測定ロール１０は内部のランド部２２に設置したセンサー３０でこの反力（押し込み力）を測定し、各位置の張力は各反力の測定値から演算して求める。そして、金属帯板１の形状は各位置における張力と板幅方向全体の平均張力との差に比例するため、まず板幅方向全体の測定値を平均して平均張力を求め、次に平均張力と各位置の張力との差を演算し、この演算結果から金属帯板１の形状に変換することで、金属帯板１の形状を測定することができる。

上述したように、張力を付与した金属帯板１に形状測定ロール１０を押し込むと、形状測定ロール１０の表面にはその部分の張力に比例する押し込み荷重が作用する。そして、内側ロール２０に形成された溝２１の部分に位置する円筒４０に作用する押し込み荷重と、ランド部２２の部分に位置する円筒４０に作用する押し込み荷重は、共にランド部２２で受け持つことになる。

ここで、ランド部２２とその両側の各溝２１の幅の半分の和を受け持ち幅ΔＷとし、この受け持ち幅ΔＷの部分の張力をσとする。測定荷重をＰ、巻き付け角をθ、金属帯板１の厚さをＨとすると、張力σは下記式（１）により表すことができる。
σ＝Ｐ／｛２Ｈ・ΔＷ・ｓｉｎ（θ／２）｝ ・・・ （１）
そして、ランド部２２の穴２３に設置したセンサー３０は、従来の内側ロール２０に溝２１が形成されない場合に比べ、大きな荷重を受けることとなるため、センサー３０における測定精度を高めることができる。

このように、第１の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置においては、ランド部２２の両側には溝２１があるので、センサー３０を設置する穴２３のつぶれ量は従来の無垢ロールに形成される軸方向の穴（上記特許文献１参照）のように近傍の状態に拘束されることがない。このため、穴２３のつぶれ量は金属帯板１の幅方向における位置に関わらず、ランド部２２上の金属帯板１の幅方向における各位置に作用する荷重に比例するので、金属帯板１の幅方向の端部まで精度よく形状を測定することできる。

また、第１の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置においては、金属帯板１は、金属帯板１の幅方向の全体で円筒４０と接触するため、金属帯板１の表面に傷等が生じることを防止することができる。なお、円筒４０の肉厚が厚すぎる場合、円筒４０の剛性によってセンサー３０を設置した穴２３のつぶれ量が減少してしまう。このため、金属帯板１の表面に傷等が生じることを防止することがでさえすれば円筒４０の肉厚は薄い方がよく、例えば、円筒４０の肉厚は２０ｍｍ以下とすることが望ましい。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置の構造を示した透視側面図である。なお、図３において、図１と同じの部位を指し示す符号については、図１と同一の符号を付するものとする。なお、図３においては、ハッチングが施されている部分は後述する形状測定ロール（ロール）１００の軸方向における断面を示しており、破線で示した部分は後述する内側ロール２００を側面から見たときに内側ロール２００の内部に位置する部分であることを示している。

図３に示すように、第２の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置においては、形状測定ロール１００における内側ロール２００には、複数の円周方向の溝２０１が表面に複数形成されており、各溝２０１の間にはランド部２０２が形成されている。なお、その他の構成等については第１の実施形態と同様あるためここでの説明は省略する。

このように、第２の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置においては、内側ロール２００の円周方向に溝２０１及びランド部２０２を形成しているため、センサー３０による軸方向における測定間隔は、各ランド部２０２の間隔と同じにすることができる。

次に、本発明に係る金属帯板の形状測定装置における形状測定ロール１０，１００の配置例について説明する。
図４は、本発明に係る金属帯板の形状測定装置における形状測定ロール１０，１００を金属帯板１が走行するライン内に設置するための配置例を示した図である。
図４に示すように、形状測定ロール１０，１００の前後にデフレクターロール７０，７１を配置することにより、金属帯板１に形状測定ロール１０，１００を押し込むようにする。

図５は、各圧延機８０，８１間に形状測定ロール１０，１００を設置した配置例を示した図である。
図５に示すように、金属帯板１は圧延機８０，８１により押えられているため、形状測定ロール１０，１００を圧延機８０，８１のパスラインよりも高くするだけで形状測定ロール１０，１００を金属帯板１に押し込むこととなる。なお、大きな巻き付け角を得たい場合には、形状測定ロール１０，１００の前方にデフレクターロール（図示省略）を設置するようにしても良い。

図６は、圧延機８２の出側へ形状測定ロール１０，１００を設置した配置例を示した図である。
図６に示すように、金属帯板１を巻き取っている巻き取り装置９０は走行ラインよりも下側に位置しているため、デフレクターロール７０，７１（図４参照）を設置することなく形状測定ロール１０，１００を金属帯板１に押し込むことができる。

以上のように本発明に係る金属帯板の形状測定装置によれば次の効果が得られる。
（１）金属帯板１への押し込み力を測定するセンサー３０を設置する内側ロール２０，２００に円筒４０を装着しているため、円筒４０を研磨して廃棄する状態になっても、円筒４０のみを交換すればよく、経済的でありながら常に安定した測定状態を保持することができる。

（２）ランド部２２，２０２は両側を溝２１，２０１に挟まれているため、ランド部２２，２０２を流れる金属帯板１への押し込み荷重による各ランド部２２，２０２の変形は隣接するランド部２２，２０２の影響を受けない。このため、金属帯板１の幅方向の端部の形状まで正確に測定することができる。

（３）ランド部２２，２０２が受ける金属帯板１への押し込み荷重は、ランド部２２，２０２とその両側にある溝２１，２０１の部分の合計となるため、荷重が増幅されてセンサー３０による測定を容易にすることができる。

（４）金属帯板１への押し込み荷重を測定するセンサー３０は、内側ロール２０，２００に円筒４０を装着する前に設置する。また、ランド部２２，２０２に形成した穴２３は両側の溝２１，２０１に開口しているため、両側から細かい調整を容易に行うことができる。このため、センサー３０の設置状態に伴う測定精度の低下を防ぐことができる。

これらの効果により、金属帯板１の形状測定装置の測定精度が大きく向上するとともに、耐用年数も大幅に伸びるため、高品質な金属帯板１を安定して容易に製造できることとなり、このことによる利益は計り知れないものである。

本発明は、金属帯板が走行するライン内に設置される金属帯板の形状測定装置に利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置の構造を示した透視側面図である。 図１においてＡ−Ａで示す断面における断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る金属帯板の形状測定装置の構造を示した透視側面図である。 本発明に係る金属帯板の形状測定装置における形状測定ロールを金属帯板が走行するライン内に設置するための配置例を示した図である。 各圧延機間に形状測定ロールを設置した配置例を示した図である。 圧延機８２の出側へ形状測定ロールを設置した配置例を示した図である。

符号の説明

１ 金属帯板
１０，１００ 形状測定ロール（ロール）
２０ 円周方向から溝とランド部をもつ形状測定ロールの内側ロール
２１ 内側ロールに設けた円周方向から傾斜した溝
２２ 内側ロールのランド部
２３ ランド部に設けた穴
３０ 荷重測定センサー
４０ 内側ロールに嵌合した円筒
５０，５１ 軸受を内蔵した軸受箱
６０，６１ 軸受箱を保持する架台
７０，７１ 走行する金属帯板を形状測定ロールに巻き付かせるためのデフレクターロール
８０，８１，８２ 圧延機
９０ 圧延された金属帯板の巻き取り装置
２００ 円周方向の溝とランド部をもつ形状測定ロールの内側ロール
２０１ 内側ロールに設けた円周方向の溝
２０２ 内側ロールのランド部

Claims (1)

1. 金属帯板が走行するラインに両端を回転自在に支持され該金属帯板に押し込むように設置されるロールにおいて、
   該ロールは、
   少なくとも１本以上の円周方向から傾斜した方向の溝と該溝以外の部分であるランド部が表面に形成された内側ロール、又は、少なくとも２本以上の円周方向の溝と該溝以外の部分であるランド部が表面に形成された内側ロールに円筒を嵌合し、
   前記ランド部には前記ロールの軸方向に穴を形成し、該穴に前記ランド部に作用する前記金属帯板への押し込み荷重を測定するセンサーを設置する
   ことを特徴とする金属帯板の形状測定装置。

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