JPH0224636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロールの粗面化方法およびその装置
に関し、さらに詳しくは金属材料の冷間圧延ロー
ルまたは調質圧延ロールの表面を所望のパターン
と凹凸深さに粗面化する方法およびその装置に関
する。

〔従来の技術〕

自動車等の外板として使用される鋼板は、加
工、塗装等のプロセスを径て最終的には自動車の
外観を支配する重要な構成要素となる。

近年、自動車の高級化に伴ない、一般の消費者
が外観の良好さ、美観など鮮映性を要求する傾向
が強くなりつつある。この鮮映性に対して、塗装
前の鋼板表面の粗度や凹凸のパターンなどが重大
な影響を及ぼすと云われている。従つて、鮮映性
向上のために、より適切な表面凹凸パターンを有
する鋼板を製造する必要性が生じてきた。

一般に自動車用鋼板は、調質圧延ライン（スキ
ンパスライン）において、適切な表面粗さを付加
されて製造される。

このような鋼板の表面粗さは、製造プロセスの
条件等にも左右されるが、鋼板を圧延する圧延ロ
ールそのものの表面粗さによる影響が大きい。従
つて、従来から鋼板の目標表面粗さに応じて適切
な圧延ロールが用いられてきた。

従来、調質圧延ロールの表面を粗面に加工する
方法としてシヨツトブラスト法などが用いられて
いた。しかし、シヨツトブラスト法では表面粗度
が不規則で一様性に欠け、上記要求にマツチしな
いので、近年、これに代り、連続波炭酸ガスレー
ザを用いてロール表面をレーザダル加工する方法
が開発され、普及されつつある。

この方法は、回転しているロール表面に回転チ
ヨツパを用いてレーザビームを断続的に照射し、
ロールの回転数、チヨツピング周波数、レーザ出
力等を制御することにより、ロール表面に適切な
凹凸パターンを形成するものであり、ロール表面
の粗度値Raが１〜3μm程度のものを得ることが
可能である。ここでRaは中心線平均粗さを表し、
粗さ曲線ｙ＝ｆ（ｘ）からカツトオフ値の３倍以
上の測定長さｌをとつたとき、次式を単位μmで
表した値である。

Ra＝（１／ｌ）∫^l _p｜ｆ（ｘ）｜dx しかし、上記従来のレーザダル加工方法では、
実際の形成された表面粗度や凹凸のパターンが測
定されていないため、目標粗度をもつロールを製
造すること、これらのロールを分類し適時適切に
使用すること、などのいわゆる適切なロール管理
ができないという問題がある。

現状では、ロールの粗度を測定する方法とし
て、 ロール端部で試しうちした加工部材の粗度パ
ラメータをハンデイな触針式粗さ計を用いて測
定する方法、 ロールを静止させて、その表面の微細形状の
型取りを行ない、その型を３次元触針粗さ計に
より測定する方法、 顕微鏡を直接ロールに押しあてて、目視にて
凹凸パターンを確認する方法。

などがとられていた。

しかし、これらの方法は、目視による方法では
適切な定量評価がきないという欠点があり、また
３次元粗さ計を使用する方法ではロールが回転し
ている加工中には測定できないという問題点があ
つた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、レーザビームによりロールのダル加
工を行う場合、回転しているロールの表面の凹凸
パターンをロールのダル加工中に非接触で測定
し、目標通りの表面粗度加工を行うことができる
方法を提案することを目的とする。

本発明の他の目的はロール表面のダル加工の作
業性を高めコストのロール粗度加工方法を提供す
ることである。

さらに本発明の他の目的は上記の方法を好適に
実施することのできる装置を提供することであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明方法は、回転するロール表面にレーザビ
ームを集光照射することにより、ロール表面に凹
凸パターンを形成するロールの粗面化加工におい
て、 加工中のロールの加工された表面にストロボ
光源により極短時間の光を照射し、撮像装置に
よりロール表面に生じた明暗模様の拡大像を静
止画像として撮影する工程、 得られたロール表面パターンの明暗画像を画
像蓄積処理装置により解析してロール表面に加
工された凹凸パターンの各構成要素の性状、構
成要素間の２次元的な位置関係を演算する工
程、 演算結果を予め定めた目標値に一致させるよ
うにロールの粗面化加工条件を調整する工程 を含むことを特徴とするロールの粗面化方法であ
る。

上記方法を好適に実施することのできるロール
の粗面化加工装置は、次の構成要素から成ること
を特徴とする。

(1) ロール表面を加工するレーザビームを集光す
るレンズ、 (2) 該集光されたレーザビームをパルスに変換す
る回転数可能の回転チヨツパ、 (3) レンズと回転チヨツパとからなり、レーザビ
ームをロール表面に近傍または遠離させてビー
ムの強度を調整する加工機ヘツド、 (4) 加工機ヘツドをロールの表面に沿いロールの
軸方向に移動させる移動装置、 (5) ロールの回転数調節装置、 (6) ロール表面を照射するストロボ光源、 (7) ストロボ光源から発せられるストロボ光をロ
ール表面近傍まで導く少なくとも１本のライト
ガイド、 (8) ストロボ光により照射されてロール表面に生
じた凹凸パターンの明暗模様を拡大静止画像と
して撮像する焦点位置合わせ機構を備えた撮像
装置、 (9) 撮像装置により得られた画像を解析演算する
画像蓄積処理装置、 (10) ライトガイドの先端部と撮影装置とからなる
検出ヘツド部をロール長手方向およびロールの
表面に対し近接または遠離する方向に移動させ
るスライド機構、 (11) ストロボ光源、検出ヘツド簿およびスライド
機構の作動を制御する検出制御装置および、 (12) 画像蓄積処理装置による解析演算結果を目標
値と比較し、加工機ヘツドの作動、移動装置お
よびロールの回転数調節装置を制御するレーザ
ビーム制御装置。

〔作用〕

本発明によれば、ロール表面のダル加工中に加
工された直後のロール表面の凹凸の２次元的なパ
ターンを自動測定することができる。従つて、従
来のように作業員がロールの回転を停止させて手
動で粗度を測定する手法に比べ、自動的に迅速に
検査を行い、目標粗度に合致したダル加工を行う
ことができる。また本発明の装置によれば上記方
法を容易に実現することができる。

〔発明の効果〕

従つて、本発明は、次のような優れた効果を奏
する。

設備のダウンタイムが減少して生産性が向上
する。

作業員の労力を減らし危検作業から解放する
と共に省力にも結びつく。

安定したロール加工ができるので製品の歩留
り向上を図ることができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例の装置を第１図および第２図
に示す。第１図は本発明方法を示すブロツク図、
第２図はロールのダル加工装置の正面図である。
第２図に示すように、被加工ロール１０は図示し
ないロール回転機構およびロール回転数調整装置
１４を備えたロール回転用架台１２上に回転自在
に設置さる。レーザ発振器２０から照射されたレ
ーザビーム２２はミラー２４によつて方向を変え
られた後、レーザ加工機ヘツド２６に送られる。
加工機ヘツド２６はレール３４上に設置されてお
り、ロールの長手方向およびロールの表面に対し
近傍または遠離する方向に移動する移動装置２８
を備えている。

次に、第１図によりロールの加工方法およびロ
ール表面の検査方法を説明する。レーザ発振器２
０から加工機ヘツド２６に導入されたレーザビー
ム２２は、集光レンズ３０により集光され、高速
回転する回転チヨツパ３２によつてパルスに変換
されてロール１０の表面に照射される。このレー
ザパルスは集光されてエネルギー密度が高められ
ているので、ロール表面は瞬時に溶融、蒸発し、
その結果ロール表面に凹凸が形成される。

加工機ヘツド２６の移動はレーザビーム制御装
置８２により精密に制御されている。凹凸が形成
されたロール加工面の検査は次のようにして行わ
れる。

ストロボ光電源４０から発せられたストロボ光
は、光フアイバからなるライトガイド４２によつ
てロール１０の表面の近傍まで導かれる。ライト
ガイド４２は途中から２つの経路に分岐してお
り、ストロボ光は２つに分岐される。この２つの
ストロボ光は、ロール表面の同一位置を照射す
る。ライトガイド４２のそれぞれの出力端の直後
にはシヤツタ５４が装着され、このシヤツタ５４
は遠隔操作により、同時あるいは、それぞれ単独
に開閉可能となつている。従つて、ストロボ光を
ロール表面へ照射するには、２方向同時、あるい
は１方向のみでも可能である。

また、ライトガイド４２の分岐数を３以上設け
て測定部位を複数にすることも出来る。

ロール表面に２方向から光を照射するように構
成したのは次の理由による。ロール表面の凹凸形
状に方向性がある。つまりクレータの盛り上り部
は異方性がある。この異方性を調べるためにロー
ルの回転を止め静止状態でそれぞれ片側から光を
照射して２つの画像を採取し、それらを比較すれ
ばクレータ部の盛り上りの異方性を定性的に調べ
ることができる。

その照射方向は照射される位置のロール表面に
立てた法線を含む平面内でこの法線に対して左右
対称の位置から60度以上の入射角をなすように構
成されている。

ストロボ光の入射角を、ロール表面の照射位置
に立てた法線に対して60度以上としたのは次のよ
うな実験の結果によるものである。

実験にはレーザダル加工されたロールのサンプ
ルを用いた。ストロボ光の入射角度を変化させ、
それぞれ得られたロール表面の凹凸パターンの拡
大画像の輝度データを比較することにより第５図
に示す結果を得た。第５図には、入射角度として
は30度、45度、60度の３点について実験した結果
を示しているが、加工部分と非加工部分とでの輝
度を比較すると60度での結果が最も感度の良いこ
とが分る。さらに詳しくデータを採取し、以後の
画像処理などを行い比較するストロボ光の入射角
は60度以上が条件として妥当であることが判明し
た。但し、さらに入射角を大きくすると感度はよ
くなるが、装置構成上難しくなるので60度程度で
入射するのが好ましい。

レーザパルスにより加工されたロールは、加工
中に加工直後の表面位置をライトガイドに導かれ
たストロボ光により照射され、撮像装置４４はそ
の反射光を拡大静止画像として撮像する。

撮像装置４４には焦点位置合せ機構４６が付属
しており画面のぼけを自動または手動により修正
可能となつている。

撮像された拡大静止画像信号はモニタ装置４８
に表示されると同時に画像蓄積処理装置５０へ伝
送され、所定の演算処理を行つて得られた情報が
出力装置５２に出力される。

画像蓄積処理装置５０はフレームメモリと高速
画像処理用演算基板を組込んだマイクロコンピユ
ータを組合せて構成される。また出力装置５２は
プリンタまたはビデオのハードコピー装置であ
る。

ライトガイド先端部、シヤツタ５４、ロール照
射面を規定するためのレンズ系５６、撮像装置４
４および焦点位置合せ機構４６などは一体化され
て検出ヘツド部５８の中に収納されている。そし
て検出ヘツド部５８それ自体は、ロール長手方向
と、ロールの表面に対し近接または遠離する方向
に移動可能なスライド機構６０，６２を備えてい
る。検出ヘツド部５８の移動は、自動制御、ある
いは手動調整による作動が可能なように構成され
ている。これにより、検出ヘツド部５８はダル加
工面に追従することができ、ロール交換時の退避
やロール径変更に対応することができる。

上述の検出ヘツド部５８内の各装置の駆動やシ
ヤツタの開閉、焦点の自動位置合せ、ストロボ光
源の点灯と画像の取り込みタイミングの同期など
の制御を行うため検出制御装置８０が付加されて
いる。

本発明方法のフローチヤートを第３図に、画像
処理手順のフローチヤートを第４図に示す。

第３図のフローチヤートについて説明する。

先ず初期条件として、レーザビームの強度（加
工機ヘツドとロール表面との距離）、ロールの回
転数、チヨツパの回転数、ロール長手方向へのレ
ーザビーム位置送り速度などのロール加工条件を
設定する。ロールの表面を初期加工条件に設定さ
れたレーザビームで加工する。一方ストロボ光に
より加工表面を撮像し、画像処理した後凹凸パタ
ーンの各構成要素の性状（例えばクレータの形
状、大きさ）や、構成要素間（例えばクレータ
間）の２次元的な位置関係を演算する。その演算
結果を予め定めた目標値と比較し、ロール表面に
規定の凹凸パターンを形成するようにロール加工
条件を調整する。調整される加工条件は加工機ヘ
ツドとロール表面との距離、ロールの回転数、チ
ヨツパの回転数およびロール長手方向へのレーザ
ビーム位置送り速度である。

また第４図により画像処理手順をさらに詳しく
説明する。先ず撮像されたロールのある場所の表
面凹凸パターンを予め定められたスレツシユホー
ルドをもとに２値化する。第６図はこのようにし
て得られた２値化像の例を示すものである。この
２値化像は加工されたクレータ部内に明部を含ん
だり、あるいはロール素地の方に暗部を持つ場合
もあるので、このような特異点を除去する。特異
点を除去する方法としては画像を太らけたりやせ
させる手法や、一定の面積以下の暗部は除去する
などの手法を用いればよい。

次に検出境界線上にあるクレータを除去して測
定対象となるクレータを決定する。すなわち第６
図の場合、Ｃ１０，Ｃ１１は除かれＣ１〜Ｃ７が
測定対象となる。次いでそれぞれのクレータＣ１
〜Ｃ７の直径や、各クレータ間の距離すなわち加
工方向Ｄ方向の加工ピツチｐやこれと直交する送
り量Ｆなどを演算する。この演算値ｐ，Ｆを規定
のパターンの所定値p₀，F₀と比較することにより
目標のロールダル加工面の粗度を得る制御を行う
ことができる。

以上のような方法および装置により、ロール加
工中またはロール静止時にロール表面を検査して
その結果に基づいて加工条件を制御することによ
り目標通りのパターンを安定して加工することが
できる。

本発明のロールの粗面化方法及びその装置によ
り得られた粗面のクレータの寸法は、従来からの
写真撮影と定規により測定の組合せ方法と比較し
すると、誤差は５％以内に収まり、実用上充分で
あることが実証された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施例のブロツク図、第
２図はロール正面から見た本発明の一実施例の装
置構成を示す模式図、第３図は本発明のフローチ
ヤート、第４図は画像処理手順のフローチヤー
ト、第５図はロールへの照射角度を変えた場合の
検出輝度を示すグラフ、第６図はロール表面の拡
大画像の説明図である。 １０……ロール、１２……ロール回転用架台、
１４……ロール回転数調整装置、２０……レーザ
発振器、２２……レーザビーム、２４……ミラ
ー、２６……加工機ヘツド、２８……移動装置、
３０……集光レンズ、３２……回転チヨツパ、３
４……レール、４０……ストロボ光源、４２……
ライトガイド、４４……撮像装置、４６……焦点
位置合せ機構、４８……モニタ装置、５０……画
像蓄積処理装置、５２……出力装置、５４……シ
ヤツタ、５６……レンズ系、５８……検出ヘツド
部、６０，６２……スライド機構、８０……検出
制御装置、８２……レーザビーム制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転するロールにレーザビームを集光照射す
   ることによりロール表面に凹凸パターンを形成す
   るロールの粗面化加工において、 (イ) 加工中のロールの加工された表面にストロボ
   を光源により極短時間の光を照射し、撮像装置
   によりロール表面に生じた凹凸パターンの明暗
   模様の拡大像を静止画像として撮影する工程、 (ロ) 得られたロール表面パターンの明暗画像を画
   像蓄積処理装置により解析してロール表面に加
   工された凹凸パターンの各構成要素の性状、構
   成要素間の２次元的な位置関係を演算する工
   程、 (ハ) 該演算結果を予め定めた目標値に一致させる
   ようにロールの粗面化加工条件を調整する工
   程、 を含むことを特徴とするロールの粗面化方法。 ２ 回転するロールにレーザビームを集光照射す
   ることによりロール表面に凹凸パターンを形成す
   るロールの粗面化加工装置において、 (イ) ロール表面を加工するレーザビームを集光す
   るレンズ、 (ロ) 該集光されたレーザビームをパルスに変換す
   る回転数可変の回転チヨツパ、 (ハ) 前記レンズと該回転チヨツパとからなり、レ
   ーザビームをロール表面に近接または遠離させ
   てレーザビームの強度を調節する加工機ヘツ
   ド、 (ニ) 該加工機ヘツドをロールの表面に沿いロール
   の軸方向に移動させる移動装置、 (ホ) ロールの回転数調節装置、 (ヘ) ロール表面を照射するストロボ光源、 (ト) 該ストロボ光源から発せられるストロボ光を
   ロール表面近傍まで導く少なくとも１本のライ
   トガイド、 (チ) 該ストロボ光により照射されてロール表面に
   生じた凹凸パターンの明暗模様を拡大静止画像
   として撮像する焦点位置合わせ機構を備えた撮
   像装置、 (リ) 該撮像装置により得られた画像を解析演算す
   る画像蓄積処理装置、 (ヌ) 前記ライトガイドの先端部と撮像装置とから
   なる検出ヘツド部をロール長手方向およびロー
   ルの表面に対し近接または遠離する方向に移動
   させるスライド機構、 (ル) 前記ストロボ光源、前記検出ヘツド部およ
   び前記スライド機構の作動を制御する検出制御
   装置、 (オ) 前記画像蓄積処理装置による解析演算結果を
   目標値と比較し、前記加工機ヘツドの作動、移
   動装置およびロールの回転数調節装置を制御す
   るレーザビーム制御装置、 から成ることを特徴とするロールの粗面化装置。