JPH01157736A - リング圧延における外径計測方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、リング圧延における外径計測方法とその装置
に関する。

（従来の技術） 従来のリング圧延機（例えば、実公昭５５−５５８９０
号公報参照）においては、第８図及び第９図に示す如（
、リング圧延材３は、キングロールｌとマンドレルロー
ル２間で圧延され、円周方向に伸ばされる。また、リン
グ圧延材３の上下方向に対してもアキシャルロール２０
によって圧延され、端面形状が作られる。更に、センタ
リングロール７によってリング圧延材３が保持される。

ここで、リング圧延材３の外径は、アキシャルロール２
０と同じ位置に設けられたトレーサロール５により、キ
ングロール１からの距離Ｄｙとして検出手段６により測
定されていた。

（発明が解決しようとする問題点） 前記従来のトレーサロールによる外径測定は、精度が悪
いと云う問題があった。

即ち、第５図に示すように、圧延中、リング圧延材３は
センタリングロール７によって拘束されるため、特にリ
ングの肉厚が薄くなると、センタリングロール７からの
反力−により、リング圧延材３が弾性変形し、トレーサ
ロール５による外径寸法ｏｙと真の外径寸法りとの間に
誤差ΔＤｙが生じる。

例えば、この誤差ΔＤｙを、昭和６２年４月１５日社団
法人日本機械学会発行の［機械工学便覧ＪＡ４−４２ペ
ージの表１６の公式を用いて求めると、Ｄ＝２ρ。＝　
１７００ｍｍ θ　＝７２゜ Ｅ　　＝６７３０ｋｇｆ／ｍｎ＋” Ｗ　　＝５０００ｋｇｆ ｔ＝８２ｍｍ（リング圧延材の肉厚） ｈ　　＝４７０ｍｏ＋　（リング圧延材の高さ）のとき
、ΔＤｙ＝３．４ｍｍであり、 また、ｔ　＝４０ｍｍ、　ｈ　＝８４０ｍｍで他の条件
は前記と同じ場合は、ΔＤｙ＝１６．０ｍｍとなる。

以上のように、従来技術では、外径の測定位置がトレー
サロール１ケ所のみのため、測定値Ｄｙにリングの弾性
変形分が含まれ、誤差Δａｙを生じ、真の外径りを測定
することができなかった。

そこで、本発明は、リング圧延材の外周２ケ所で外径を
計測することにより、誤差の少ない外径値を測定するこ
とができるリング圧延における外径計測方法およびその
装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決するための本発明の方法の特徴とする
処は、センタリングロールおよびトレーサロールを有す
るリン夛圧延機において、センタリングロールの位置と
トレーサロールの位置の両者を計測し、該計測値からリ
ング圧延材の外径を求める点にある。

また、前記方法に用いる装置の発明の特徴とする処は、
リング圧延材の外周面に圧接するキングロールと、該キ
ングロールに対向してリング圧延材の内周面に圧接する
マンドレルロールと、前記キングロールとマンドレルロ
ールのセンタリングる中心線上に配置されてリング圧延
材の外周面に接触するトレーサロールと、該トレーサロ
ールの位置を検出する第１検出手段と、前記中心線を介
してその両側に対称配置されてリング圧延材の外周面に
接触するセンタリングロールとを有するリング圧延機に
おいて、 前記センタリングロールの位置を検出する第２検出手段
が設けられ、該第２検出手段と前記第１検出手段の検出
信号を入力してリング圧延材の真の外径を求める演算手
段が設けられた点にある。

（作　用） 本発明の方法によれば、センタリングロールの位置を計
測してリング圧延材の外径Ｄθを求め、またトレーサロ
ールの位置を計測してリング圧延材の外径Ｄｙを求める
。これらＤＶ、Ｄθの求め方は、圧延材の中心位置、セ
ンタリングロールの位置及びトレーサロールの位置から
幾何学的計算で簡単に求められる。

次にこれらＤＶ、Ｄθの値を単純平均するか、又は数学
的手法を用いて真に近い又は真の外径値りを求める。

従来は、トレーサロール１ケ所の計測値Ｄｙのみにより
外径を計測していたが、本発明方法によれば、ｏｙとＤ
θの２つの値を用いて計測するので誤差の少ない、又は
、真の外径値りを求めることができる。

また、本発明の装置によれば、トレーサロールの位置は
第１検出手段により検出され、センタリングロールの位
置は第２検出手段により検出される。そして、これら雨
検出信号は、演算手段に入力され、該演算手段により予
じめ設定された計算方法により処理されてリング圧延材
の外径寸法が算出される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図に示すものは、リング圧延材外径計測装置の全体
構成であり、第２図及び第３図はそのセンタリング装置
の詳細図である。

これらの図において、キングロール１とマンドレルロー
ル２とが、互いに垂直な軸心を有して可回動に対向配置
されている。両ロール１，２の内、少な（とも一方は駆
動ロールとされ、かつ、少なくとも一方のロールには圧
下装置が設けられ、他方のロールに対して接離自在とさ
れている。本実施例では、マンドレルロール２が移動す
るように構成されている。

前記キングロール１とマンドレルロール２間にリング圧
延材３が挟持され、該圧延材３は両ロール１．２の押圧
により圧延される。

前記キングロール１とマンドレルロール２の両センタを
結ぶ中心線４上に、トレーサロール５が配置され、この
トレーサロール５はリング圧延材３の外周面に接触して
いる。このトレーサロール５は、リング圧延材３が圧延
されてその径が拡大するに連れて前記中心線４上を移動
できるよう設けられている。

このトレーサロール５の位置を検出する第１検出手段６
が設けられている。この第１検出手段６は、マグネスケ
ール（ソニー株式会社の商標名）やパルスエンコーダ等
によって構成されている。

この第１検出手段６によってトレーサロール５の位置し
アが検出される。

前記中心線４の左右両側の対称位置に、リング圧延材３
の外周面に接触するセンタリングロール７が配置されて
いる。第２．３図に示す如く、前記一対のセンタリング
ロール７は、夫々アーム８の先端に可回動に支持されて
いる。このアーム８の基部側は支軸９に固定され、該支
軸９は垂直軸心を有し、前記中心線４を介して左右対称
位置に配置され、かつ、キングロール１を支持するフレ
ーム１０に可回動に取付けられている。このフレーム１
０には、互いに噛合する左右一対のセクター１１が前記
中心線４を介して左右対称位置に可回動に設けられ、各
セクター１１と前記アーム８とが連結棒１２で連結され
ている。前記支軸９にはシリンダブラケット１３が固定
され、このブラケット１３と前記フレーム１０間にシリ
ンダ１４が介在されている。

しかして、シリンダ１４の伸縮動作により、支軸９が回
動され、アーム８が回動してセンタリングロール７の位
置が変更される。左右一対のアーム８はセクター１１を
介して連動連結されているので、両アーム８は連動して
同量だけ回動するので、左右一対のセンタリングロール
７も連動して同量だけ移動する。

前記支軸９とフレーム１０間に支軸９の回動量を検出す
るための第２検出手段１５が設けられている。

この第２検出手段１５はロークリエンコーダ等から構成
されている。この第２検出手段１５は、第１図に示すよ
うに、センタリングロール７の中心と支軸９の中心を結
ぶ直線と、支軸９の中心を通って前記中心線４と平行な
直線とのなす角度θ′を検出し、もってセンタリングロ
ール７の位置とするものである。

前記第１検出手段６及び第２検出手段１５は入力器１６
に電気的に接続され、該入力器１６は演算手段１７に接
続され、該演算手段１７は判定器１８に接続され、判定
器１８は出力器１９に接続され、該出力器１９は前記圧
下装置やシリンダ１４の駆動装置に接続されている。

前記第１検出手段６で検出されたトレーサロール５の位
置信号Ｌ？は入力器１６に入り、演算手段１７により処
理されて、中心線４上のリング圧延材３の外径値ａｙが
求められる。

第２検出手段１５で検出されたセンタリングロール７の
位置信号θ′は、入力器１６に入り、演算手段１７によ
り処理されて、センタリングロール７の中心とリング圧
延材３の中心とを結ぶ直線上のリング圧延材３の外径値
Ｄθが求められる。

前記センタリングロール７の計測角度θ′から外径値Ｄ
θを求めるには、第４図に従って次の式を解くことによ
り求まる。

（Ｒ１１＋ｒ）ｓｉｎθ＝ｌｘ−ｊ２ｃｓｉｎ　θ’　
　−（１）（ＲＲ＋　ｒ　）ｃｏｓθ＝　（Ｒ１１＋Ｒ
Ｋ　　１２　ｙ）　　ｌ　ｃｃＯ３θ′・・・・・・（
２） ここで、Ｒ，＝口θ／２ ｒ；センタリングロール７の 半径 ２ｃ；アーム８の長さ ｌｘ；支軸９中心から中心線４ までの距離 Ｉｌｙ：キングロール１の中心と “　支軸９の中心間の中心線４ 方向に沿った距離 ＲＫ；キングロール１の半径 θ；センタリングロール７の中 心とリング圧延材３の中心 とを結ぶ直線が中心線４と なす角度 即ち、前記（１）（２）式の連立式を解いて、θ及びＲ
Ｒを求めることにより、Ｄａが求まる。

以上の様にして、リング圧延材３の２種類の外径値ＤＶ
、Ｄθを求め、この値を用いて演算手段１７により真の
外径値りを求める。

この外径値りは、例えば、 ｈ＋Ｄθ Ｄ＝□　　・・・・・・（３） の如く単純平均により求めることもできるが、これでは
弾性変形による誤差を完全に除去した真の外径値とはな
らない。

そこで、両者の計測値ＤＶ、Ｄθを用いて、たわみ変形
による誤差を補正する方法を説明する。

まず、第５図に従って、 ＤＹ＝Ｄ＋ΔＤｙ　　　　・・・・・・（４）Ｄθ＝Ｄ
＋ΔＤθ　　・・・・・・（５）と表わせる。ここでΔ
Ｄｙはトレーサロール５により計測した外径Ｄｙの誤差
であり、ΔＤθはセンタリングロール７により計測した
外径Ｄθの誤差である。

ここで、前記（４）（５）式の連立式を解くことができ
れば、真の外径値りを求めることができる。

ところで、ΔＤｙ／ΔＤθは、後述する如（、θの関数 と表わせる。

従って、前記（６）式を（４）式に代入し、そして（５
）式とにより、 の関係が求まる。

かくして、計測値ＤｙとＤａ、および角度θを与えるこ
とにより、真の外径りが（７）式で演算される。

この様にして演算手段１７で演算された真の外径りは、
判定器１８により目標外径Ｄａと比較され、Ｄａ−Ｄ＞
０の場合は、出力器１９を介して圧延継続を指示し、Ｄ
ａ−Ｄ≦０の場合は圧延終了の指示を行う。

次に、前述の（６）式について詳述する。

まず、前記「機械工学便覧」の表１６に基づきΔＤｙを
求める。この場合、荷重条件を第６図の如く設定する。

第６図におけるＷはセンタリングロールの荷重、龍及び
−ｙはＷのＸ方向分力及びＸ方向分力であり、Ｗｘ＝Ｗ
ｓｉｎθ　　　　・−−−−・（８）ＴＩ４ｙ　＝　Ｗ
ｃｏｓθ　　　　−−−−−−（９）である。またＰ＝
２Ｗはマンドレルロール２の反力であり、Ｒはリング圧
延材３の半径であり、Ｒ−Ｄ／２である。

まず、Ｗｘによる鉛直方向直径の増加ΔＤＳＩＨを前記
表１６の番号２の公式により求めると、＋　ｃｏｓ　θ
十′／４ｓｉｎ”θ−１・・・・・・００）となる。

次に、ｗｙによる鉛直方向直径の増加ΔＤｙｖを前記表
１６の番号１の公式により求めると、０．６３６６（θ
ｃｉｎ　θ＋ＣＯ５θ−１）　−５ｉｎ　θ・・・・・
・００ となる。

ここで、Ｗによる鉛直方向直径の増加ΔＤｙは、ΔＤｙ
＝　ΔＤｙＨ＋　ΔＤｙｖ　　　　　−−０７３である
から、（８）乃至θり式により、＋　ｃｏｓ　　θ＋′
Ａｓ１ｎ”θ−１）＋　ｃｏｓ　　θ　（ｙ２（ｓｉｎ
θｃｏｓ　　θ＋θ’）　　＋０．６３６６（θｓｉｎ
　　θ＋ｃｏｓ　　θ−１）　−５ｉｎ　　θ）　〕・
・・・・・０３）ｌ と表せる。

次に、ΔＤθを第７図に従って、曲りはりのた但し、ｕ
ｌ　、υ１はセンタリングロール７の接触点におけるリ
ング圧延材３のｘ＋Ｖ方向変位。Ｍはリング圧延材３に
作用する曲げモーメント。Ｘ３、ｙ、はセンタリングロ
ール７の接触点の座標。

により求める。

■まずＷｘによる変位を求める。前記表１６の番号２の
公式において、 ｇ（θ、　　７）　＝０．３１８　１ｓｉｎθ−θｃｏ
ｓθ＋ＣＯ３７（θ−５ｉｎθｃｏｓθ））・・・・・
・面とおくと、曲げモーメントＭは、 Ｔ＝０〜θで、Ｍ＝　−ＷｘＲｔｇ（θ＋　ｒ　）ｃｏ
ｓ　７　＋ｃｏｓ　θ）Ｔ＝θ〜πで　Ｍ＝−匈ｘＲｇ
（θ、γ）・・・・・・０８） 従って、水平方向変位ｕｌＨは、０５）　Ｑｌｉ）弐よ
り、＋　ｃｏｓθｌ（ｙ＋　　ｙ）ｄｓ’ ・・・・・・０９） 同様に垂直方向変位υＩＨは、θ６）００式より、十ｃ
ｏｓθｌ　（ｘ、　　−ｘ　）　　ｄψ・・・・・・Ｑ
（Ｄ ここで、γ＝π／２−ψ、ｘ、＝Ｒｓｉｎθ、ｙ＋＝Ｒ
（１−ｃｏｓθ）ｃｏｓ　７　＝ｓｉｎ　Ｃｐ　、　　
ｘ　＝Ｒｃｏｓψ、３Ｆ　＝Ｒ（１−ｓｉｒ＋９７）・
・・・・・（２１） であるから、Ｑ７）０９）（２１）式により、θｃｏｓ
θ＋ｓｉｎψ（θ−５ｉｎθｃｏｓθ））−ｓｉｎ　９
り　＋ｃｏｓθ）　（ｓｉｎ　Ｃｐ−ｃｏｓθ）ｄ％５
ｉｎＣＰ（θ−５ｉｎθｃｏｓθ）ｌ　（ｓｉｎψ−ｃ
ｏｓ９９）ｄ９！’）−′／２（θ−５ｉｎθｃｏｓθ
）１ ・・・・・・（２２） Ｗｘ＝Ｗｓｉｎθであるから、（２２）式は、ＷＲ’ ｕ＋ｕ＝　　　　　　　ｆｚ（θ’Ｉ　　　　　　−・
・−（２３）Ｉ と表わせる。

υ、も同様にして、 ＷＲ’ υＩ　Ｈ＝　　　　　ｆ　３　（θ）　　　・・・・・
・（２４）Ｉ ■ｗｙによる変位 前記表１６の番号ｌの公式において、 ｇ（θ、γ）　＝０．３１８３　＋θｓｉｎθ＋ｃｏｓ
θ−１＋ｃｏｓ　Ｔ　ｓｉｎ”θｌ　・・−・−（２５
）とおくと、曲げモーメントＭは γ＝Ｏ〜θで、Ｍ＝　−ＷｙＲ（ｇ（θ、Ｔ）−ｓｉｎ
θ＋ｓｉｎ　　γ（ Ｔ＝θ〜πで　Ｍ＝−ＷｙＲｇ　（θ、ｒ）・・・・・
・（２６） 水平変位ｕ、ｖは、（１５）（２６）式より、−５ｉｎ
θ＋ｓｉｎ　７　）　　（Ｖ＋　　ｙ）ｄψ・・・・・
・（２７） （２１）　（２６）　（２７）式より、１）ｃｏｓθ−
′Ａｓ１ｎ”θ） ＋　ｃｏｓθ）〕 Ｉ υＩＶも同様にして、 ＷＲ’ υ＋Ｖ＝　　　　　　ｆｓ（θ）・・・・・・（２９）
以上より、センタリングロール７の荷重が作用する点で
の水平方向、垂直方向の変位１１１　＋　　υ１はｕ、
−ｕ、Ｈ＋ｕ、ｖ ＷＲ’ ”　　　　ｔｂｃθ）　　・・・・・・（３０）υ１＝
υ、Ｈ＋υ、Ｈ＋　ｖ　ＩＶ ｌ となり、さらに荷重作用点での半径方向変位ΔＤθ／２
は、 であるから、（３０）　（３１）　（３２）式より、ｌ となる。

従って、前記（１４）　（３３）式より、となり、（６
）式が導出される。

即ち、ΔＤｙ／ΔＤθはＥ、　　Ｉ、　Ｗ、　Ｄを含ま
ないθのみの関数となる。

従って、真の外径りを、計測値ＤＶ、Ｄθ、θのみによ
り、前記（７）式により求めることができる。

尚、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。

（発明の効果） 本発明方法及び装置によれば、センタリングロールとト
レーサロールの２ケ所で計測してリング圧延材の外径を
求めるようにしているので、従来の１ケ所のものに比べ
、誤差が減少し、高精度な計測ができる。

また、２ケ所の計測値を組合せて処理することにより、
リング圧延材の弾性変形の影響が消去され、真の外径値
を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明装置の実施例を示す全体構成図、第２図
はセンタリングロール装置の平面図、第３図は第２図の
■−■線断面図、第４図は計測値θ′からθ、Ｄθを求
めるための説明図、第５図はリング圧延材の弾性変形を
示す説明図、第６図はセンタリングロールの荷重による
リング圧延材の変形量ΔＤｙを求めるための説明図、第
７図は同ΔＤθを求めるための説明図、第８図は従来の
リング圧延機を示す平面図、第９図は同断面図である。 ５・・・トレーサロール、６・・・第１検出手段、７・
・・センタリングロール、１５・・・第２検出手段、１
７・・・演算手段。 特　許　出　願　人　　株式会社神戸製鋼所第６図 ゴ 第７図 第８図 第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）センタリングロールおよびトレーサロールを有す
   るリング圧延機において、センタリングロールの位置と
   トレーサロールの位置の両者を計測し、該計測値からリ
   ング圧延材の外径を求めることを特徴とするリング圧延
   における外径計測方法。
2. （２）前記特許請求の範囲第１項に記載の方法において
   、 センタリングロールの位置から求めた外径値と、トレー
   サロールの位置から求めた外径値とから、次式によって
   リング圧延材の真の外径値を求めることを特徴とするリ
   ング圧延における外径計測方法。 Ｄ＝ｆ（θ）Ｄθ−Ｄｙ／ｆ（θ）−１ Ｄ；リング圧延材の真の外径値 Ｄθ；センタリングロールの位置から求めたリング圧延
   材の外径値 Ｄｙ；トレーサロールの位置から求めたリング圧延材の
   外径値 ｆ（θ）；センタリングロールの位置によって決まる関
   数
3. （３）リング圧延材の外周面に圧接するキングロールと
   、該キングロールに対向してリング圧延材の内周面に圧
   接するマンドレルロールと、前記キングロールとマンド
   レルロールのセンターを通る中心線上に配置されてリン
   グ圧延材の外周面に接触するトレーサロールと、該トレ
   ーサロールの位置を検出する第１検出手段と、前記中心
   線を介してその両側に対称配置されてリング圧延材の外
   周面に接触するセンタリングロールとを有するリング圧
   延機において、 前記センタリングロールの位置を検出する第２検出手段
   が設けられ、該第２検出手段と前記第１検出手段の検出
   信号を入力してリング圧延材の真の外径を求める演算手
   段が設けられたことを特徴とするリング圧延における外
   径計測装置。