JPH0435005B2 - - Google Patents

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JPH0435005B2
JPH0435005B2 JP28128784A JP28128784A JPH0435005B2 JP H0435005 B2 JPH0435005 B2 JP H0435005B2 JP 28128784 A JP28128784 A JP 28128784A JP 28128784 A JP28128784 A JP 28128784A JP H0435005 B2 JPH0435005 B2 JP H0435005B2
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JP
Japan
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distance
measurement
measured
surface profile
amount
Prior art date
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Expired
Application number
JP28128784A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS61159106A (en
Inventor
Utaro Taira
Kyohiko Kawaguchi
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP28128784A priority Critical patent/JPS61159106A/en
Publication of JPS61159106A publication Critical patent/JPS61159106A/en
Publication of JPH0435005B2 publication Critical patent/JPH0435005B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/28Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B7/287Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B38/00Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/12Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring roll camber

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は等間隔に配した4個以上の距離センサ
を圧延ロール等の被測定物の表面に沿わせるよう
にして移動させ、該距離センサがその配置間隔分
移動する都度の距離測定値に基づき被測定物の表
面プロフイールを測定する方法及びその実施に使
用する装置に関するものである。 〔従来技術〕 圧延ロールの表面(周面)の摩耗が進行する
と、その表面プロフイールが悪化し、被圧延材の
品質を劣化するので、該圧延ロールの表面プロフ
イールを定期的に測定し、摩耗が進行している場
合は、これを研削し手入れする必要がある。 従来、この種の圧延ロールの表面プロフイール
測定方法としては、第9図に示すように圧延ロー
ル11の軸長方向に3個の距離センサ131,1
32,133を等間隔にて並設した測定ユニツト
13を該圧延ロール11の軸長方向に平行移動さ
せ、測定ユニツト13が距離センサ131,13
2,133の配置間隔分移動する都度、各距離セ
ンサ131,132,133の距離測定値を逐次
検出する、所謂逐次三点法と呼ばれる方法が知ら
れている。以下この方法につき詳しく説明する。 圧延ロール11の表面からその径方向に適長離
隔した位置には、該圧延ロール11の軸長方向に
平行にして1対のレール12,12を並設してあ
る。レール12,12上には直方体状の測定ユニ
ツト13のセンサ取付台13aを跨設してある。
取付台13aはレール12,12間の中央にこれ
と平行に横架した螺杆14に螺合している。 螺杆14は電動機15の出力軸に連結してあ
り、該電動機15の駆動によりセンサ取付台13
a、つまり測定ユニツト13はレール12,12
の延設方向に図中白抜矢符で示す方向へ螺条送り
されることになる。電動機15にはロータリエン
コーダ16を連結してあり、電動機15の出力軸
と一体回転する螺杆14の回転数、換言すればこ
れにより螺条送りされる測定ユニツト13の移動
量に応じた数だけのパルスを発し、このパルスを
演算装置20に与える。 センサ取付台13a上にはレール12の延設方
向にLだけの距離を隔てて3個の距離センサ13
1,132,133を並設してある。各距離セン
サ131,132,133の圧延ロール11側に
は夫々の接触子131a,132a,133aが
位置している。各接触子131a,132a,1
33aの高さ位置は圧延ロール11の軸心の高さ
位置と同一に定められている。そして圧延ロール
11の表面に凹凸が存在する場合でも、接触子1
31a,132a,133aの先端が常時該表面
に対して所定の接触圧で摺接するようにセンサ取
付台13aに固定された、距離センサ131,1
32,133夫々のセンサ本体131b,132
b,133bに各接触子131a,132a,1
33aが弾持されている。 なお、距離センサとしてはこのような接触型の
ものに限るものではなく、光、静電要量又は渦電
流を利用した非接触型のものであつてもよい。 距離センサ131,132,133は圧延ロー
ル11の表面〜各距離センサ本体131b,13
2b,133b間の離隔距離を測定し、測定結果
を演算装置20に入力する。 演算装置20はロータリエンコーダ16からの
パルス数を計数することにより、測定ユニツト1
3が距離センサ配置間距離Lだけ移動したことを
検出すると、その移動の都度各距離センサ13
1,132,133出力ym i,jを逐次読込んで蓄積
する。 ここに添字i,jは共に自然数であつて、iは
測定位置又は距離センサ出力値の読込位置を示す
番号、即ち測定時の測定ユニツト13の占位位置
を示す番号であり、また、jは各距離センサ13
1,132,133により順次距離を測定される
点の通し番号である。このjに対応する圧延ロー
ル11表面位置を図面に,…で示す。例えば
測定ユニツト13が測定開始位置(i=1の位
置)にある場合の、該測定ユニツト13の移動方
向における最後側に位置する距離センサ131に
正対する位置がj=1の測定点となり、以下移動
方向にLだけ偏位した位置が夫々第2測定点、
第3測定点…となる。 次いで、この蓄積データに基づき、次に述べる
ような演算を実行し、測定ユニツト13の駆動機
構それ自体に起因して発生する測定ユニツト13
の移動中における振動或いは前記レール12,1
2の曲がり等に起因して測定ユニツト13が圧延
ロール11に正対しなくなる結果、圧延ロール1
1の径方向に出入する測定ユニツト13の偏位量
(具体的には中間に位置する距離センサ132の
偏位量)及び中間に位置する距離センサ132を
支点にして水平面内で回動する距離センサ13
1,133夫々の偏位量(圧延ロール11の径方
向における距離センサ132〜距離センサ131
又は133間距離であり、以下首振り量という。)
を補正することにより、圧延ロール11の前記各
測定点における凹凸(表面プロフイール値)を測
定する。 次に、この演算内容について第10図に基づき
説明する。第10図は圧延ロール11表面の測定
位置及び各距離センサ131,132,133の
距離測定値、偏位量、首振量を示す説明図であ
る。 演算装置20は測定ユニツト13が測定開始位
置(i=1)にあるときの、各距離センサ13
1,132,133出力(距離測定値)ym 1,1
ym 1,2,ym 1,3を読込み蓄積する。 ところで、この場合に前述した如くレール1
2,12の曲がり等により測定ユニツト13、又
は距離センサ132は第10図に示すように圧延
ロール11の径方向に基準線Cからd1だけ偏位
し、また、両側距離センサ131,133は±k1
だけ偏位しているとする。ここに基準線Cはレー
ル12,12の中心線であり、偏位量d1の符号は
距離センサ132が基準線Cから圧延ロール11
側に位置する場合を正とし、逆方向に位置する場
合を負とし、また、首振量k1の符号は距離センサ
131が圧延ロール11に対して接近する向きを
負とし、離反する向きを正とする。 今、各測定点における真正の表面プロフイール
値(圧延ロール11表面〜基準線C間距離)をyj
(j=1,2…)とすると、これらの値とセンサ
出力との間には、図示の場合には次の関係が成立
する。 ym 1,1=y1−d1+k1+ε1,1 ym 1,2=y2−d1+ε1,2 ym 1,3=y3−d1−k1+ε1,3 …(1) 但し、εi,jは距離センサ131,132,13
3それ自体が有する測定誤差であり、なお、(1)式
においてym 1,2の項にk1が存在しないのは、前述し
た如く距離センサ132を首振りの支点と見做し
たことによる。 次いで、ロータリエンコーダ16の出力により
測定ユニツト13がLだけ移動したことを検出す
ると、即ちi=2の測定位置に移動すると、その
ときのセンサ出力ym 2,2,ym 2,3,ym 2,4を読み込む。こ
の場合も同様に次の関係が成立する。 ym 2,2=y2−d2+k2+ε2,2 ym 2,3=y3−d2+ε2,3 ym 2,4=y4−d2−k2+ε2,4 …(2) 次いで、下記(3)式に示す演算を実行し、第3測
定点についての距離センサ132,133の距
離測定値の差bを求める。 b=ym 2,3−ym 1,3 …(3) ここにbは測定ユニツト13がその中央の距離
センサ132が仮基準線C′〔第1測定位置(i=
1)における、3個の距離センサ131,13
2,133を結ぶ直線〕上にある状態で移動する
場合は零になるはずの値である。図示の例では測
定ユニツト13の第1測定位置における距離セン
サ132の前記偏位量d1と第2測定位置における
偏位量d2との差d2−d1から第1測定位置における
距離センサ133の首振量k1を差し引いた値に相
当する。またaは、第1測定位置における首振量
k1と第2測定位置における首振量k2との差k2−k1
に相当し、下記(4)式にてaを求める。 a=ym 2,2−ym 1,2−b …(4) 次に、このaとbとに基づき下記(5)式に示す演
算を実行することにより、距離センサ133の第
4測定点における距離測定値ym 2,4の補正値yc 2,4
求める。 yc 2,4=ym 2,4+a−b =ym 2,4+(ym 2,2−ym 1,2) −2(ym 2,3−ym 1,3) =y4−d1−2k1+(−ε1,2 +2ε1,3−2ε2,3+ε2,2+ε2,4) …(5) この補正値yc 2,4は第1測定位置(i=1)にお
ける3つの距離センサ131,132,133を
結ぶ直線を仮基準線C′とし、この仮基準線C′と測
定点との距離を表す値である。 また、別の表現をすればこの補正値は、距離測
定値ym i,jから測定ユニツト13の偏位量(di)、首
振量(ki)を補正した後のj点における距離測定
値である。 次いで、測定ユニツト13が第3測定位置(i
=3)に占位したことを検出すると、そのときの
センサ出力ym 3,3,ym 3,4,ym 3,5を読み込み、次の関係
を得る。 ym 3,3=y3−d3+k3+ε3,3 ym 3,4=y4−d3+ε3,4 ym 3,5=y5−d3−k3+ε3,5 …(6) そして、同様に下記(7)式に示す演算を実行する
ことにより第5測定位置における補正値yc 3,5
求める。 yc 3,5=ym 3,5+a−b=… =y5−d1−3k1+(−2ε1,2+3ε1,3 +2ε2,2−4ε2,3+2ε2,3+ε3,3 −2ε3,4+ε3,5) …(7) 但し、 b=ym 3,4c 2,4 a=ym 3,3−ym 1,3−b …(8) さて、表面プロフイールは各測定位置における
相対的な凹凸が問題となり、各測定位置における
或る特定基準線から表面に至る距離の絶対量を求
めることは必ずしも必要ではない。 従つて本来の基準線Cからの距離y4,y5…を必
ずしも求める必要はなく、仮基準線C′からの距離
yc 2,4,yc 3,5等を求めて、これを用いてもよい。なお
基準線Cからの距離yjと仮基準線C′からの距離yc i,j
とは(5),(7)式にみられるように yc i,j=yj(±)d1(±)(j−2)k1 +(測定誤差成分) として表わされ、右辺第2,3項が仮基準値C′を
表わす1次式となつている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上述の逐次三点法による場合
は、表面プロフイール値中に含まれる測定誤差
εi,j成分が測定位置の進行につれて著しく増加し、
この結果精度の良い測定が行えないという問題点
があつた。 即ち、前述の(5),(7)式より明らかなようにyc 2,4
yc 3,5中には夫々(5),(7)式の右辺第4項に示すよう
な測定誤差成分を含んでいる。 以下同様にしてyc 4,6,yc 5,7,yc 6,8を求めると、 yc 4,6=y6−d1−4k1+(−3ε1,2 +4ε1,3+3ε2,2−6ε2,3+3ε2,4 +2ε3,3−4ε3,4+2ε3,5+ε4,4 −2ε4,5+ε4,6) …(9) yc 5,7=y7−d1−5k1+(−4ε1,2 +5ε1,3+4ε2,2−8ε2,3+4ε2,4 +3ε3,3−6ε3,4+3ε3,5+2ε4,4 −4ε4,5+2ε4,6+ε5,5−2ε5,6 +ε5,7) …(10) yc 6,8=y8−d1−6k1+(−5ε1,2 +6ε1,3+5ε2,2−10ε2,3+5ε2,4 +4ε3,3−8ε3,4+4ε3,5+3ε4,4 −6ε4,5+3ε4,6+2ε5,5−4ε5,6 +2ε5,7+ε6,6−2ε6,7+ε6,8) …(11) となり、夫々第4項中に測定誤差成分を含む。 そして、上記各測定誤差成分の測定精度に与え
る影響を厳正に評価すべき、誤差要素の係数の2
乗和平方根(以下測定誤差の累積という)を具体
的に求めると、次のようになる。 yc 2,4については √(−1)2+22+12+(−2)2+12=√11≒3.32…(
12) yc 3,5については √(−2)2+32+22+(−4)2+22+12+(−2)2
+12=√43≒6.56…(13) yc 4,6については √(−3)2+42+32+(−6)2+32+22+(−4)2
+22+12+(−2)2+12=√109≒10.44…(14) yc 5,7については √(−4)2+52+42+(−8)2+42+32+(−6)2
+32+22+(−4)2+22+12 +(−2)2+12=√221≒14.87 …(15) yc 6,8については √(−5)2+62+52+(−10)2+52+42+(−8)2
+42+32+(−6)2+32+22+(−4)2 +22+12+(−2)2+12=√391≒19.77 …(16) (12)〜(16)式から明らかなように、上述の
如き逐次3点法にあつては、測定位置の進行に従
つて測定誤差の累積が飛躍的に増大する結果、こ
の測定誤差の累積効果により後半の測定位置にあ
つては前記補正値は大きな誤差成分を含んだもの
となり、精度のよい表面プロフイール測定が行え
ない。 因みに、第1表に各測定点における累積を示
す。
[Industrial Application Field] The present invention moves four or more distance sensors arranged at equal intervals along the surface of an object to be measured such as a rolling roll, and the distance sensors move by the distance of the arrangement. The present invention relates to a method for measuring the surface profile of an object to be measured based on respective distance measurements, and to a device used for carrying out the method. [Prior art] As wear progresses on the surface (circumferential surface) of a rolling roll, its surface profile deteriorates and the quality of the rolled material deteriorates. Therefore, the surface profile of the rolling roll is periodically measured to check for wear. If it has progressed, it will need to be ground and taken care of. Conventionally, as a method for measuring the surface profile of this type of roll, three distance sensors 131, 1 are used in the axial direction of the roll 11, as shown in FIG.
32, 133 arranged in parallel at equal intervals is moved in parallel in the axial length direction of the rolling roll 11, and the measuring unit 13 is connected to the distance sensors 131, 13
A method called the so-called sequential three-point method is known in which the distance measurement values of the distance sensors 131, 132, and 133 are sequentially detected each time the distance sensors 131, 132, and 133 move by an arrangement interval of 2,133. This method will be explained in detail below. A pair of rails 12, 12 are arranged parallel to the axial direction of the roll 11 at positions spaced apart from the surface of the roll 11 by an appropriate length in the radial direction. A sensor mounting base 13a of a rectangular parallelepiped measuring unit 13 is mounted on the rails 12,12.
The mounting base 13a is screwed into a screw rod 14 horizontally installed in the center between the rails 12, 12 and parallel to the rails. The screw rod 14 is connected to the output shaft of an electric motor 15, and when the electric motor 15 is driven, the sensor mounting base 13
a, that is, the measuring unit 13 is connected to the rails 12, 12
The thread will be threaded in the direction shown by the white arrow in the figure. A rotary encoder 16 is connected to the electric motor 15, and the number of rotations of the screw rod 14 that rotates integrally with the output shaft of the electric motor 15 is determined by the number of rotations, or in other words, the number of rotations corresponds to the amount of movement of the measuring unit 13 that is threaded. A pulse is generated and this pulse is given to the arithmetic unit 20. Three distance sensors 13 are mounted on the sensor mounting base 13a at a distance of L in the extending direction of the rail 12.
1, 132, and 133 are arranged in parallel. Contacts 131a, 132a, 133a are located on the rolling roll 11 side of each distance sensor 131, 132, 133, respectively. Each contact 131a, 132a, 1
The height position of 33a is determined to be the same as the height position of the axis of the rolling roll 11. Even if there are irregularities on the surface of the rolling roll 11, the contact 1
Distance sensors 131, 1 are fixed to the sensor mounting base 13a such that the tips of 31a, 132a, 133a are always in sliding contact with the surface with a predetermined contact pressure.
32, 133 respective sensor bodies 131b, 132
b, 133b, each contactor 131a, 132a, 1
33a is held. Note that the distance sensor is not limited to such a contact type, but may be a non-contact type that uses light, electrostatic capacity, or eddy current. The distance sensors 131, 132, 133 are connected to the surface of the rolling roll 11 to the respective distance sensor bodies 131b, 13.
The separation distance between 2b and 133b is measured, and the measurement result is input to the calculation device 20. The calculation device 20 calculates the measurement unit 1 by counting the number of pulses from the rotary encoder 16.
3 has moved by the distance L between distance sensor arrangements, each distance sensor 13
1,132,133 outputs y m i,j are sequentially read and accumulated. Here, the subscripts i and j are both natural numbers, i is a number indicating the measurement position or the reading position of the distance sensor output value, that is, the number indicating the occupied position of the measurement unit 13 at the time of measurement, and j is Each distance sensor 13
1, 132, and 133 are serial numbers of points whose distances are sequentially measured. The surface position of the rolling roll 11 corresponding to this j is indicated by ... in the drawing. For example, when the measurement unit 13 is at the measurement start position (i=1 position), the position directly facing the distance sensor 131 located at the rearmost side in the moving direction of the measurement unit 13 becomes the measurement point j=1, and the following The positions deviated by L in the moving direction are the second measurement points, respectively.
The third measurement point... Next, based on this accumulated data, the following calculations are executed to detect the measurement unit 13 that occurs due to the drive mechanism of the measurement unit 13 itself.
vibration during movement of the rails 12,1
As a result of the measuring unit 13 not directly facing the rolling roll 11 due to the bending of the rolling roll 1, etc.
The amount of deviation of the measurement unit 13 moving in and out in the radial direction of the sensor 1 (specifically, the amount of deviation of the distance sensor 132 located in the middle) and the distance it rotates in a horizontal plane using the distance sensor 132 located in the middle as a fulcrum. Sensor 13
1,133 respective deviation amounts (distance sensor 132 to distance sensor 131 in the radial direction of the rolling roll 11
or 133 distance, hereinafter referred to as the swing amount. )
By correcting the above, the unevenness (surface profile value) at each measurement point of the rolling roll 11 is measured. Next, the content of this calculation will be explained based on FIG. 10. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the measurement position on the surface of the rolling roll 11, the distance measurement values of the distance sensors 131, 132, and 133, the amount of deviation, and the amount of head vibration. The arithmetic device 20 calculates each distance sensor 13 when the measurement unit 13 is at the measurement start position (i=1).
1,132,133 output (distance measurement value) y m 1,1 ,
Read and accumulate y m 1,2 and y m 1,3 . By the way, in this case, as mentioned above, rail 1
2 and 12, the measuring unit 13 or the distance sensor 132 is deviated from the reference line C in the radial direction of the rolling roll 11 by d1 as shown in FIG. ±k 1
Suppose that it is deviated by . Here, the reference line C is the center line of the rails 12, 12, and the sign of the deviation amount d1 is the distance sensor 132 from the reference line C to the rolling roll 11.
The sign of the oscillation amount k1 is negative when the distance sensor 131 approaches the rolling roll 11, and negative when the distance sensor 131 moves away from the roll 11. Correct. Now, the true surface profile value (distance between the surface of the rolling roll 11 and the reference line C) at each measurement point is y j
When (j=1, 2...), the following relationship holds true between these values and the sensor output in the illustrated case. y m 1,1 =y 1 −d 1 +k 11,1 y m 1,2 =y 2 −d 11,2 y m 1,3 =y 3 −d 1 −k 11,3 ...(1) However, ε i,j is the distance sensor 131, 132, 13
3 This is a measurement error that it itself has, and the reason why k 1 does not exist in the term y m 1,2 in equation (1) is because the distance sensor 132 is regarded as the fulcrum of the swing as described above. . Next, when it is detected by the output of the rotary encoder 16 that the measurement unit 13 has moved by L, that is, when it moves to the measurement position of i=2, the sensor outputs at that time y m 2,2 , y m 2,3 , y Load m 2,4 . In this case as well, the following relationship holds true. y m 2,2 =y 2 −d 2 +k 22,2 y m 2,3 =y 3 −d 22,3 y m 2,4 =y 4 −d 2 −k 22,4 ...(2) Next, the calculation shown in the following equation (3) is executed to obtain the difference b between the distance measurement values of the distance sensors 132 and 133 at the third measurement point. b=y m 2,3 −y m 1,3 (3) Here, b is the distance sensor 132 at the center of the measuring unit 13 located at the temporary reference line C' [first measurement position (i=
Three distance sensors 131, 13 in 1)
2,133] is a value that should be zero when moving while on the straight line connecting 2,133. In the illustrated example, the difference d 2 -d 1 between the deviation amount d 1 of the distance sensor 132 at the first measurement position of the measurement unit 13 and the deviation amount d 2 at the second measurement position is calculated from the difference d 2 -d 1 of the distance sensor 132 at the first measurement position. This corresponds to the value obtained by subtracting the head vibration amount k 1 of 133. In addition, a is the amount of head vibration at the first measurement position
Difference between k 1 and the amount of head vibration k 2 at the second measurement position k 2 - k 1
This corresponds to , and a is calculated using the following equation (4). a=y m 2,2 −y m 1,2 −b (4) Next, by executing the calculation shown in the following equation (5) based on a and b, the fourth measurement of the distance sensor 133 is performed. Find the correction value y c 2,4 for the distance measurement value y m 2,4 at the point. y c 2,4 = y m 2,4 + a-b = y m 2,4 + (y m 2,2y m 1,2 ) −2 (y m 2,3y m 1,3 ) = y 4 −d 1 −2k 1 + (−ε 1,2 +2ε 1,3 −2ε 2,32,22,4 ) …(5) This correction value y c 2,4 is the first measurement position A straight line connecting the three distance sensors 131, 132, 133 at (i=1) is defined as a temporary reference line C', and this value represents the distance between this temporary reference line C' and the measurement point. In other words, this correction value is the distance measurement value at point j after correcting the deviation amount ( di ) and head vibration amount (ki) of the measurement unit 13 from the distance measurement value y m i,j. It is. Next, the measuring unit 13 moves to the third measuring position (i
= 3), the sensor outputs y m 3,3 , y m 3,4 , y m 3,5 at that time are read to obtain the following relationship. y m 3,3 =y 3 −d 3 +k 33,3 y m 3,4 =y 4 −d 33,4 y m 3,5 =y 5 −d 3 −k 33,5 ...(6) Then, by similarly executing the calculation shown in equation (7) below, the correction value y c 3,5 at the fifth measurement position is obtained. y c 3,5 =y m 3,5 +a−b=… =y 5 −d 1 −3k 1 +(−2ε 1,2 +3ε 1,3 +2ε 2,2 −4ε 2,3 +2ε 2,33,3 −2ε 3,43,5 ) …(7) However, b=y m 3,4c 2,4 a=y m 3,3 −y m 1,3 −b …(8) Now, the problem with the surface profile is the relative unevenness at each measurement position, and it is not necessarily necessary to determine the absolute amount of distance from a certain reference line to the surface at each measurement position. Therefore, it is not necessary to find the distances y 4 , y 5 ... from the original reference line C, but rather the distance from the temporary reference line C'.
You may also find and use y c 2,4 , y c 3,5 , etc. Note that the distance y j from the reference line C and the distance y c i,j from the temporary reference line C'
As seen in equations (5) and (7), is expressed as y c i,j = y j (±) d 1 (±) (j-2) k 1 + (measurement error component), and the right-hand side The second and third terms are a linear equation representing the temporary reference value C'. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the case of the above-mentioned sequential three-point method, the measurement error ε i,j component included in the surface profile value increases significantly as the measurement position progresses,
As a result, there was a problem that accurate measurements could not be performed. That is, as is clear from equations (5) and (7) above, y c 2,4 ,
y c 3 and 5 include measurement error components as shown in the fourth term on the right side of equations (5) and (7), respectively. Similarly, y c 4,6 , y c 5,7 , y c 6,8 are calculated as follows: y c 4,6 = y 6 −d 1 −4k 1 + (−3ε 1,2 +4ε 1,3 +3ε 2,2 −6ε 2,3 +3ε 2,4 +2ε 3,3 −4ε 3,4 +2ε 3,54,4 −2ε 4,54,6 ) …(9) y c 5,7 = y 7 −d 1 −5k 1 +(−4ε 1,2 +5ε 1,3 +4ε 2,2 −8ε 2,3 +4ε 2,4 +3ε 3,3 −6ε 3,4 +3ε 3,5 +2ε 4,4 − 4ε 4,5 +2ε 4,65,5 −2ε 5,65,7 ) …(10) y c 6,8 =y 8 −d 1 −6k 1 +(−5ε 1,2 +6ε 1, 3 +5ε 2,2 −10ε 2,3 +5ε 2,4 +4ε 3,3 −8ε 3,4 +4ε 3,5 +3ε 4,4 −6ε 4,5 +3ε 4,6 +2ε 5,5 −4ε 5,6 +2ε 5,76,6 −2ε 6,76,8 ) ...(11) Each of the fourth terms includes a measurement error component. The influence of each of the above measurement error components on measurement accuracy should be strictly evaluated.
The concrete calculation of the square root of the sum of products (hereinafter referred to as the accumulation of measurement errors) is as follows. For y c 2,4 , √(-1) 2 +2 2 +1 2 +(-2) 2 +1 2 =√11≒3.32…(
12) For y c 3,5 , √(-2) 2 +3 2 +2 2 +(-4) 2 +2 2 +1 2 +(-2) 2
+1 2 =√43≒6.56…(13) y c For 4,6 , √(-3) 2 +4 2 +3 2 +(-6) 2 +3 2 +2 2 +(-4) 2
+2 2 +1 2 +(-2) 2 +1 2 =√109≒10.44...(14) √(-4) for y c 5,7 2 +5 2 +4 2 +(-8) 2 +4 2 +3 2 +( -6) 2
+3 2 +2 2 +(-4) 2 +2 2 +1 2 +(-2) 2 +1 2 =√221≒14.87...(15) For y c 6,8 , √(-5) 2 +6 2 +5 2 +( -10) 2 +5 2 +4 2 +(-8) 2
+4 2 +3 2 +(-6) 2 +3 2 +2 2 +(-4) 2 +2 2 +1 2 +(-2) 2 +1 2 =√391≒19.77...(16) From formulas (12) to (16) As is clear, in the sequential three-point method as described above, the accumulation of measurement errors increases dramatically as the measurement position progresses, and as a result of the cumulative effect of this measurement error, the In this case, the correction value includes a large error component, making it impossible to measure the surface profile with high accuracy. Incidentally, Table 1 shows the accumulation at each measurement point.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであ
り、等間隔に4個以上配した距離センサを被測定
物の表面に沿う向きに移動させ、該距離センサが
その配置間隔分移動する都度、そのときの各距離
センサの距離測定値を得、該距離測定値夫々につ
いて、これら距離測定値相互間の関係により導か
れる、各距離センサの偏位量、首振量並びに前記
被測定物の測定点における、後述するような仮基
準線を基準とする表面プロフイール値を未知数と
する連立一次方程式を得、これを最小2乗法を用
いて解くことにより、被測定物の表面プロフイー
ルを求めることとして、各距離センサそれ自体が
有する測定誤差の累積を大幅に低減し得、この結
果精度の良い測定が行える表面プロフイール測定
方法及びその実施に使用する装置を提供すること
を目的とする。 本発明に係る表面プロフイール測定方法は、移
動方向に等間隔にてr(r≧4)個配した距離セ
ンサを、被測定物の表面に沿わせるようにして移
動させ、該距離センサがその配置間隔分移動する
都度の距離測定値を得、これに基づき被測定物の
表面プロフイールを測定する方法であつて、r個
の内の任意の1個の距離センサの前記被測定物の
表面に接近、離反する方向への偏位置、前記距離
センサに対する他のr−1個の距離センサ夫々の
前記方向への首振量及びこれらの偏位量、首振量
がない場合の真の距離を未知数とし、これらと前
記距離測定値との関係を表す多数の連立一次方程
式を得、次いで、この連立一次方程式において、
表面プロフイール特定のための基準線とすべき、
戦記被測定物の表面に対して或る傾きを有する直
線が一義的に定まるように、前記未知数の任意の
2つの値を0として、最小2乗法を用いて連立一
次方程式を解くことにより、前記被測定物の表面
プロフイールを求めることを特徴とする。 〔実施例〕 以下本発明を、r=5とする場合の実施例を示
す図面に基づいて詳述する。第1図は本発明に係
る表面プロフイール測定方法の実施状態を示す模
式的平面図、第2図は第1図の左側断面図であ
る。 圧延機から取外され、図示しない支持部材によ
り支持された圧延ロール1の表面からその径方向
に適長離隔した位置には、該圧延ロール1の軸長
方向に平行にして1対のレール2,2を並設して
ある。レール2,2間には測定ユニツト3の直方
体状のセンサ取付台3aを跨設してある。センサ
取付台3aの下面中央には該センサ取付台3aよ
りも狭幅であつて、略同長の長手寸法を有する角
柱状の螺合体3bを固着してある。螺合体3bの
中央には長手方向にネジ穴3cを穿設してあり、
該ネジ穴3cにはレール2,2間にこれに平行に
横架した螺杆4を螺合させてある。螺杆4の一側
端部は電動機5の出力軸に連結してあり、該電動
機5の駆動により回転される。螺杆4が回転する
と、これに螺合した螺合体3b、つまり測定ユニ
ツト3は図中白抜矢符で示す測定方向に螺条送り
されることになる。電動機5にはロータリエンコ
ーダ6を連結してあり、電動機5の出力軸と一体
回転する螺杆4の回転数、換言すればこれにより
螺条送りされる測定ユニツト3の移動量に応じた
数だけのパルスを発し、このパルスを演算装置1
0に与える。 センサ取付台3a上にはレール2,2の延設方
向にLだけの距離を隔てて5個の距離センサ3
1,32,33,34,35を並設してある。な
お、距離センサの数は5個に限るものではなく、
4個以上であればよい。各距離センサ31,3
2,33,34,35の圧延ロール1側には夫々
の接触子31a,32a,33a,34a,35
aが位置している。各接触子31a,32a,3
3a,34a,35aの高さ位置は圧延ロール1
の軸心の高さ位置と同一に定められている。そし
て、圧延ロール1の表面に凹凸が存在する場合で
も、接触子31a,32a,33a,34a,3
5a夫々の先端が常時ロール表面に対して所定の
接触圧で摺接するように、センサ取付台3a上に
固定された距離センサ31,32,33,34,
35夫々のセンサ本体31b,32b,33b,
34b,35bに弾持されている。距離センサ3
1,32,33,34,35は圧延ロール1の表
面〜センサ本体31b,32b,33b,34
b,35b夫々の間の離隔距離を測定し、測定結
果を演算装置10に入力する。 演算装置10はロータリエンコーダ6からのパ
ルスを計数することにより、測定ユニツト3が距
離センサ配置間距離Lだけ移動したことを検出す
るとその都度前述の従来方法で説明したのと同様
の各距離センサ31,32,33,34,35出
力ym i,jを逐次読込んで蓄積する。そして、この蓄
積データに基づき次に述べるような演算を実行す
ることにより、各距離センサ31,32,33,
34,35の移動中の偏位量、首振量及び表面プ
ロフイール値を求める。 次に演算装置10の演算内容について説明す
る。今、測定ユニツト3が第1測定位置(i=
1)から第n測定位置(i=n)迄移動し、その
都度各距離センサ31,32,33,34,35
出力を読込んだとすると、演算装置10は各距離
センサ31,32,33,34,35夫々につい
てn個、合計5n個の距離測定値ym i,j(i=1,2…
n、j=1,2…n+4)を得る。演算装置10
はこの5n個の距離測定値ym i,j夫々について、前述
の従来法で説明した如き関係を作成する。そうす
ると、下記(17)式に示す5n個の連立一次方程
式を得る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes moving four or more distance sensors arranged at equal intervals in a direction along the surface of the object to be measured, and each time the distance sensors move by the distance of the arrangement, Obtain the distance measurement value of each distance sensor at that time, and for each distance measurement value, measure the deviation amount, head vibration amount, and the object to be measured of each distance sensor, which are derived from the relationship between these distance measurement values. The surface profile of the object to be measured is obtained by obtaining a simultaneous linear equation in which the unknown is the surface profile value at a point based on a temporary reference line as described later, and solving this using the method of least squares. It is an object of the present invention to provide a surface profile measuring method that can significantly reduce the accumulation of measurement errors that each distance sensor itself has and, as a result, can perform highly accurate measurements, and an apparatus used for carrying out the method. In the surface profile measuring method according to the present invention, r (r≧4) distance sensors arranged at equal intervals in the moving direction are moved along the surface of the object to be measured. A method of obtaining a distance measurement value each time the object is moved by an interval and measuring the surface profile of the object based on the distance measurement value, the method comprising: approaching the surface of the object to be measured by any one of r distance sensors; , the offset position in the direction of separation, the amount of swing of each of the other r-1 distance sensors in the direction with respect to the distance sensor, the amount of these deviations, and the true distance when there is no amount of swing, as unknowns. Then, a number of simultaneous linear equations expressing the relationship between these and the distance measurement value are obtained, and then, in this simultaneous linear equation,
Should be used as a reference line for surface profile identification.
By solving the simultaneous linear equations using the method of least squares, setting any two values of the unknowns to 0, so that a straight line having a certain slope with respect to the surface of the object to be measured is uniquely determined, It is characterized by determining the surface profile of the object to be measured. [Example] The present invention will be described in detail below based on drawings showing an example in which r=5. FIG. 1 is a schematic plan view showing an implementation state of the surface profile measuring method according to the present invention, and FIG. 2 is a left sectional view of FIG. 1. A pair of rails 2 are installed parallel to the axial direction of the roll 1 at a position radially apart from the surface of the roll 1 which has been removed from the rolling mill and supported by a support member (not shown). , 2 are installed in parallel. A rectangular parallelepiped sensor mounting base 3a of a measurement unit 3 is provided between the rails 2, 2. A prismatic threaded body 3b having a longitudinal dimension narrower than the sensor mount 3a and approximately the same length is fixed to the center of the lower surface of the sensor mount 3a. A screw hole 3c is drilled in the center of the screw body 3b in the longitudinal direction,
A screw rod 4, which is horizontally suspended between the rails 2 and 2, is screwed into the screw hole 3c. One end of the screw rod 4 is connected to the output shaft of an electric motor 5, and is rotated by the drive of the electric motor 5. When the screw rod 4 rotates, the screw assembly 3b screwed thereon, that is, the measurement unit 3, is threaded in the measurement direction shown by the white arrow in the figure. A rotary encoder 6 is connected to the electric motor 5, and the number of rotations of the screw rod 4 that rotates integrally with the output shaft of the electric motor 5 is determined by the number of rotations, or in other words, the number of rotations corresponds to the amount of movement of the measuring unit 3 that is threaded. A pulse is emitted and this pulse is sent to the calculation device 1.
Give to 0. Five distance sensors 3 are mounted on the sensor mounting base 3a at a distance of L in the extending direction of the rails 2, 2.
1, 32, 33, 34, and 35 are arranged in parallel. Note that the number of distance sensors is not limited to five,
It is sufficient if the number is 4 or more. Each distance sensor 31, 3
Contactors 31a, 32a, 33a, 34a, 35 are provided on the rolling roll 1 side of 2, 33, 34, 35, respectively.
a is located. Each contact 31a, 32a, 3
The height positions of 3a, 34a, and 35a are those of rolling roll 1.
The height position of the axis is the same as that of the Even if there are irregularities on the surface of the rolling roll 1, the contacts 31a, 32a, 33a, 34a, 3
Distance sensors 31, 32, 33, 34, fixed on the sensor mounting base 3a such that the tips of each of the sensors 5a are always in sliding contact with the roll surface with a predetermined contact pressure.
35 respective sensor bodies 31b, 32b, 33b,
34b and 35b. Distance sensor 3
1, 32, 33, 34, 35 are the surface of the rolling roll 1~sensor body 31b, 32b, 33b, 34
b, 35b, and input the measurement results to the arithmetic unit 10. By counting pulses from the rotary encoder 6, the arithmetic unit 10 detects that the measuring unit 3 has moved by the distance L between the distance sensor arrangements, and each time it detects that the measuring unit 3 has moved by the distance L between the distance sensor arrangements, it activates each distance sensor 31 in the same manner as described in the conventional method described above. , 32, 33, 34, 35 outputs y m i,j are sequentially read and accumulated. Based on this accumulated data, each distance sensor 31, 32, 33,
34 and 35 during movement, the amount of deflection, the amount of head vibration, and the surface profile value are determined. Next, the content of calculations performed by the calculation device 10 will be explained. Now, the measuring unit 3 is at the first measuring position (i=
1) to the n-th measurement position (i=n), each distance sensor 31, 32, 33, 34, 35
Assuming that the output is read, the arithmetic unit 10 calculates n distance measurements for each distance sensor 31, 32, 33, 34, 35, a total of 5n distance measurements y m i,j (i=1, 2...
n, j=1, 2...n+4). Arithmetic device 10
For each of these 5n distance measurement values y m i,j , the relationship as explained in the conventional method described above is created. Then, we obtain 5n simultaneous linear equations shown in equation (17) below.

【表】 但し、yj,di,kiについては前述の従来法で説
明したものと同様であり、本発明では5個の距離
センサを使用するため、第3図に示すように距離
センサ32,34の首振量はki、また、距離セン
サ31,35の首振量は2kiとなる。また、測定
誤差εi,jについては後述するので、ここでは無視
する。 さて、(17)式は行列の積を用いて下記(18)
式で示される。 Ax→=b→ …(18) 但し、Aは(17)式において未知数yi,di,ki
の係数で作られる(5n,3n+4)行列、x→は未
知数yi,di,kiの(3n+4,1)行列、b→は距離
測定値ym i,jの(5n,1)行列である。 (18)式の詳細は下記(19)式で示される。
[Table] However, y j , d i , k i are the same as those explained in the conventional method above, and since five distance sensors are used in the present invention, the distance sensors are The amount of vibration of the distance sensors 32 and 34 is k i , and the amount of vibration of the distance sensors 31 and 35 is 2k i . Furthermore, since the measurement error ε i,j will be described later, it will be ignored here. Now, equation (17) can be converted to the following equation (18) using matrix product.
It is shown by the formula. Ax→=b→ …(18) However, A is the unknown numbers y i , d i , k i in equation (17)
x→ is a (3n+4,1) matrix of unknowns y i , d i , k i , b→ is a (5n, 1) matrix of distance measurements y m i,j It is. The details of equation (18) are shown in equation (19) below.

【表】【table】

【表】 但し、行列Aの空白部分は全て0である。 さて、先に述べたように表面プロフイールは各
測定点における相対的な凹凸を求めればよく、各
測定点における或る特定基準線から表面に至る距
離の絶対量を求める必要はない。 そこで、今第4図に示すようにn+4個の測定
点〔,…, n+1 , n+2 , n+3
, n+4 〕の中の、任意の二測定点,
(1≦l<m≦n+4)における真の表面プロフ
イール値yl=0,ynを結ぶ直線を前述の基準線C
に代え、仮基準線C″として選定し、この仮基準
線C″〜各測定点間距離を真の表面プロフイール
値〔表面プロフイールとしては圧延ロール1表面
の,を結ぶ線からの凹凸〕とする。 そうすると、上記(17)式で示す連立一次方程
式では、yl=0,yn=0となり、仮基準線C″を基
準にした連立一次方程式、つまりyj,di,kiの値
がC″を基準にした値となる連立一次方程式に改
められる。これにより行列Aは第l,m列が消去
された(5n,3n+2)行列A1となり、また、ベ
クトルx→はyl,ynを消去された(3n+2,1)行
列x→1となる。従つて(18)式は(20)式に、ま
た、(19)式は(21)式に改められる。 A1x→1=b→ …(20)
[Table] However, all blank parts of matrix A are 0. Now, as mentioned above, the surface profile can be obtained by simply determining the relative unevenness at each measurement point, and there is no need to determine the absolute amount of distance from a certain reference line to the surface at each measurement point. Therefore, as shown in Fig. 4, n+4 measurement points [,..., n+1, n+2, n+3
, n+4 ], any two measurement points,
The straight line connecting the true surface profile values y l = 0, y n at (1≦l<m≦n+4) is the aforementioned reference line C.
Instead, the temporary reference line C'' is selected, and the distance between this temporary reference line C'' and each measurement point is the true surface profile value [the surface profile is the unevenness from the line connecting , on the surface of the rolling roll 1]. . Then, in the simultaneous linear equations shown in equation (17) above, y l =0, y n =0, and the simultaneous linear equations based on the temporary reference line C″, that is, the values of y j , d i , k i It is changed to a system of linear equations whose values are based on C″. As a result, the matrix A becomes a (5n, 3n + 2) matrix A 1 with the l and mth columns deleted, and the vector x → becomes a (3n + 2, 1) matrix x → 1 with y l and y n deleted. . Therefore, equation (18) is changed to equation (20), and equation (19) is changed to equation (21). A 1 x→ 1 = b→ …(20)

【表】【table】

【表】 但し、行列A1の空白部分は全て0である。 なお、仮基準線C″の定め方としては、上述の
如く異なる2測定点における表面プロフイール値
yl,ynを結ぶ、つまりyl,ynを同時に0とする組
合せに係るものに限るものではなく、未知数yj
di,kiの以下の如き組合せであつてもよい。 即ち、yjとdいとの組合せであつて、第5図a
に示すように任意の1つの測定点、例えばにお
ける表面プロフイール値y3と、他の測定点 m+
2 における偏位量dnを0とする、つまり両点を
結ぶ直線C″であつてもよい。この場合に2点を
通る直線は一義的に定まることは明白であり、上
記(17)式においてy3=0,dn=0としてこれを
解くと、直線C″を基準とする表面プロフイール
が得られることになる。 また、yjとkiとの組合せであつて、第5図bに
示すようにy3=0,kn=0とする、つまり傾き
が測定点 m+2 における測定ユニツト3の傾き
と同一であつて、y3を0とする、つまり測定点
を通る直線C″であつてもよい。この場合にも直
線C″は一義的に定まることは明白であり、上記
(17)式において、y3=0,kn=0としてこれを
解くと、直線C″を基準とする表面プロフイール
が得られることになる。 また、dj2つの組合せであつて、第5図cに示
すように、例えば測定点, m+2 における
d2,dnを0とする、つまり両点を結ぶ直線″であ
つてもよい。この場合も直線直線C″は一義的に
定まり、上記(17)式においてd2=0,dn=0と
して、これを解くと、直線C″を基準とする表面
プロフイールが得られることになる。 また、diとkiとの組合せであつて、第5図dに
示すように、例えば測定点における偏位両d2
0とする点を通り、測定点 m+2 におけるkn
を0とする、つまり傾きが測定点 m+2 におけ
る測定ユニツト3の傾きと同一であつて、d2=0
とする直線C″であつてもよい。この場合も直線
C″は一義的に定まり、上記(17)式においてd2
=0,kn=0として、これを解くと、直線C″を
基準とする表面プロフイールが得られることにな
る。 なお、未知数yj,di,kiの2個の組合せとして
は6通りあるが、ki2個の組合せに係る場合は、
2つの傾きを与えても直線は特定できないので、
この場合には仮基準線C″は存在しない。また、
第5図aに示す組合せであつても、例えば第5図
eに示すように、y3=0,d1=0の組合せである
場合は、直線が圧延ロール1の表面に直交するの
で仮基準線とはなり得ず、斯かる組合せは除外さ
れる。 従つて、上記(17)式において未知数yj,di
kiの任意の2つの値を同時に0にする組合せの
内、ki同士を除く組合せであつて、また、これら
の2つの値を同時に0にする点を結ぶ直線が前記
圧延ロール1の表面に対して或る傾きを有するよ
うな直線が得られる組合せであれば、仮基準線
C″が存在する。 さて、再び上記(20)式に戻つて、行列Aは正
方行列でなく、その逆行列A-1が存在しないので
このままでは解くことができない。然るに(20)
式は未知数の個数(3n+2)よりも方程式の数
が多い。そこで、最小2乗法を用いれば(20)式
を解くことができる。以下この解法の手順を説明
する。 先ず、(20)式の両辺に行列A1の転置行列At 1
左から夫々掛け合せる。 At 1×A1×x→1=At 1×b→ …(22) 但し、At 1の詳細は下記(23)式で示される。
[Table] However, all blank parts of matrix A1 are 0. The temporary reference line C'' is determined by determining the surface profile value at two different measurement points as described above.
It is not limited to combinations that connect y l and y n , that is, make y l and y n 0 at the same time, but also unknown numbers y j ,
The following combinations of d i and k i may be used. That is, it is a combination of y j and d, and it is a combination of y j and d, and
The surface profile value at any one measurement point, e.g. y 3 , as shown in , and the other measurement point m+
It is also possible to set the deviation amount d n at 2 to 0, that is, the straight line C'' connecting both points. In this case, it is obvious that the straight line passing through the two points is uniquely determined, and the above equation (17) If we solve this by setting y 3 =0 and d n =0, we will obtain a surface profile based on the straight line C''. Also, for the combination of y j and k i , y 3 =0, k n =0 as shown in Figure 5b, that is, the slope is the same as the slope of the measuring unit 3 at the measuring point m+2. Then, y 3 may be set to 0, that is, it may be a straight line C'' passing through the measurement point.It is obvious that the straight line C'' is uniquely defined in this case as well, and in the above equation (17), y 3 = 0, k n = 0 and solve this problem, a surface profile based on the straight line C'' will be obtained. Also, for the combination of two d j , as shown in Figure 5c, for example, At the measurement point, m+2
It is also possible to set d 2 and d n to 0, that is, a straight line `` that connects both points. In this case as well, the straight line C '' is uniquely defined, and in the above equation (17), d 2 = 0, d n = 0, and solving this will yield a surface profile based on the straight line C''. Also, as shown in Figure 5d, for example, the combination of d i and k i , the measurement point k n at measurement point m+2 passing through the point where both d 2 are 0
is 0, that is, the slope is the same as the slope of the measuring unit 3 at the measuring point m+2, and d 2 =0.
It may also be a straight line C″. In this case, the straight line
C″ is uniquely defined, and in the above equation (17), d 2
= 0, k n = 0, and by solving this, a surface profile based on the straight line C'' will be obtained. There are six combinations of the two unknowns y j , d i , k i However, in the case of a combination of two k i ,
Even if two slopes are given, a straight line cannot be identified, so
In this case, the temporary reference line C'' does not exist.
Even in the combination shown in FIG. 5a, if the combination is y 3 =0, d 1 =0, as shown in FIG. It cannot serve as a reference line, and such combinations are excluded. Therefore, in the above equation (17), the unknowns y j , d i ,
Among the combinations that make any two values of k i 0 at the same time, combinations excluding k If the combination yields a straight line with a certain inclination to
C'' exists. Now, returning to equation (20) above, matrix A is not a square matrix and its inverse matrix A -1 does not exist, so it cannot be solved as is. However, (20)
There are more equations than the number of unknowns (3n+2). Therefore, equation (20) can be solved by using the least squares method. The steps for this solution will be explained below. First, both sides of equation (20) are multiplied by the transposed matrix A t 1 of the matrix A 1 from the left. A t 1 ×A 1 ×x→ 1 =A t 1 ×b→ (22) However, the details of A t 1 are shown in the following equation (23).

【表】 そうすると、At 1×A1は(3n+2,3n+2)の
正方行列となり、その逆行列(At 1×A1-1が存在
するので、上記(22)式は解くことができる。 即ち、 (At 1×A1-1×At 1×A1×x→1 =(At 1×A1-1×At 1×b→ …(24) となり、 b→1=(At 1×A1-1×At 1×b→ …(25) となる。 従つて、(25)式で示される演算を実行すること
により、仮基準線C″を基準とする表面プロフイ
ール値y1,y2…yl-1,yl+1…yn-1,yn+1…yo
yo+1,yo+2,yo+3,yo+4偏位量d1,d2…do及び首
振り量k1,k2…ko夫々を一括して求めることがで
きる。 このような本発明方法による場合は測定ユニツ
ト3に偏位、首振りがある場合でも後に述べるよ
うに、測定誤差の累積を小さく抑えて、表面プロ
フイール値を求めることができる。 なお、仮基準線C″を前述の他の組合せにより
選定する場合も同様に未知数の個数は3n+2と
なるので、同様にしてyj,di,kiを求めることが
できる。 次に、本発明方法による場合の測定誤差につい
て説明する。今、上記(25)式における(At 1×A1
-1×At 1の各要素をap,q(p=1,2…3n+1,3n
+2、q=1,2…5n−1,5n)とすると、x→1
の各要素の内yjは下記(26)式で示される。
[Table] Then, A t 1 ×A 1 becomes a square matrix of (3n+2, 3n+2), and its inverse matrix (A t 1 ×A 1 ) -1 exists, so equation (22) above can be solved. . That is, (A t 1 ×A 1 ) -1 ×A t 1 ×A 1 ×x→ 1 = (A t 1 ×A 1 ) -1 ×A t 1 ×b→ …(24), and b→ 1 =(A t 1 ×A 1 ) -1 ×A t 1 ×b→ …(25). Therefore, by performing the calculation shown in equation (25), the surface profile values y 1 , y 2 ...y l-1 , y l+1 ...y n-1 , y n+1 …y o ,
y o+1 , y o+2 , y o+3 , y o+4 deviation amounts d 1 , d 2 ...d o and head swing amounts k 1 , k 2 ...k o can be calculated at once. can. According to the method of the present invention, even if the measurement unit 3 is deflected or oscillated, the surface profile value can be determined while minimizing the accumulation of measurement errors, as will be described later. Note that when the temporary reference line C'' is selected using the other combinations mentioned above, the number of unknowns is 3n+2, so y j , d i , and k i can be found in the same way. We will explain the measurement error when using the invented method.Now, (A t 1 ×A 1 ) in the above equation (25)
-1 ×A t Each element of 1 is a p,q (p=1,2...3n+1,3n
+2, q=1,2...5n-1,5n), then x→ 1
y j of each element is shown by the following equation (26).

【表】 そうすると、各距離測定値ym i,jに含まれる測定
誤差εi,jも全く同様にして
[Table] Then, the measurement error ε i ,j included in each distance measurement value y m i ,j is also

〔効果〕〔effect〕

次に本発明の効果につき、第6図に示す模擬表
面プロフイールを用いて表面プロフイール値を測
定した実施例に基づき説明する。この実施例は測
定点として7点を選定したものであり、従つて測
定回数nはn=3となり、また、仮基準線として
両端の測定点,を通る直線を選定したもので
あり、r=5であるので、合計15個のデータが得
られる。 なお、模擬表面プロフイールの形状は、第1、
第3、第6、第7測定点,,,の凹凸が
同一であり、これに対して第2測定点が1mm、
また、第4,5測定点,が2mm突出した形状
とする。 先ず、このような実施例による場合の測定誤差
の累積について説明する。 この実施例による場合の行列A15,13は以
下の様に表わされる。
Next, the effects of the present invention will be explained based on an example in which surface profile values were measured using the simulated surface profile shown in FIG. In this example, seven points were selected as measurement points, so the number of measurements n was n=3, and a straight line passing through the measurement points at both ends was selected as the temporary reference line, and r= 5, so a total of 15 pieces of data can be obtained. Note that the shape of the simulated surface profile is the first,
The 3rd, 6th, 7th measurement points, etc. have the same unevenness, whereas the 2nd measurement point has 1 mm,
In addition, the fourth and fifth measurement points are shaped to protrude by 2 mm. First, the accumulation of measurement errors in such an embodiment will be explained. The matrices A15 and A13 according to this embodiment are expressed as follows.

【表】 但し、行列Aの空白部分は全て0である。 そして、行列A115,11は行列A15,1
3の第1,7列を消去したものであり、以下の様
に表わされる。
[Table] However, all blank parts of matrix A are 0. And matrix A 1 15,11 is matrix A15,1
3 with the first and seventh columns deleted, and is expressed as follows.

【表】 そうすると、行列A1の転置行列At 1、正方行列
At 1×A111,11の逆行列(At 1×A1-1は夫々
以下のようになる。 また、(At 1×A1-1×At 1は下記(33)式で示され
る。
[Table] Then, the transposed matrix A t 1 of matrix A 1 , square matrix
The inverse matrices of A t 1 ×A 1 11 and 11 (A t 1 ×A 1 ) −1 are as follows, respectively. Further, (A t 1 ×A 1 ) −1 ×A t 1 is expressed by the following equation (33).

【表】【table】

【表】【table】

【表】 そして、本発明方法による場合の測定誤差εi,j
の累積は、上記(33)式における各行の要素の2乗
和の平方根となる。 なお、(33)式において測定点及びは基準点
であるので、第1行、第7行は除去されており、
つまり累積は0となり、第2行の各要素の2乗和
の平方根は測定点の累積に対応しており、以下
第3行〜第6行は夫々測定点〜に対応してい
る。この算出結果を下記第2表に示す。
[Table] And the measurement error ε i,j when using the method of the present invention
The accumulation is the square root of the sum of squares of the elements in each row in equation (33) above. In addition, in equation (33), the measurement point and the reference point are removed, so the first and seventh rows are removed.
In other words, the accumulation is 0, and the square root of the sum of squares of each element in the second row corresponds to the accumulation of the measurement points, and the third to sixth rows correspond to the measurement points, respectively. The calculation results are shown in Table 2 below.

【表】 そして、この場合の測定誤差の累積と前述の第
1表に示した従来の逐次三点方による場合の測定
誤差の累積及び下記第3表に示す改良型逐次三点
法(同様に,を基準点とする)による場合の
測定誤差の累積とを第7図に対比して示す。第7
図は横軸に測定点を、また、縦軸に測定誤差の累
積倍率を示すグラフである。
[Table] The accumulation of measurement errors in this case, the accumulation of measurement errors in the case of the conventional sequential three-point method shown in Table 1 above, and the improved sequential three-point method (similarly shown in Table 3 below) Figure 7 shows the cumulative measurement error in the case where , is used as the reference point). 7th
The figure is a graph showing measurement points on the horizontal axis and cumulative magnification of measurement error on the vertical axis.

【表】 グラフから明らかな様に、従来の逐次三点法に
あつては、測定点が進行するに従つて累積は飛躍
的に増大しているが、本発明方法による場合は測
定点の進行に拘わらず略一定であり、しかもその
値自体も著しく小さくなつており、また、改良型
逐次三点法による場合に比しても充分小さくなつ
ている。従つて、本発明方法による場合は測定誤
差のプロフイール測定値への影響は極めて少な
く、この結果精度の良い表面プロフイールの測定
が行なえる。 なお、上述の説明では基準点の両端の測定点
,を選定したが、中央部分に高い測定精度が
要求される場合には、基準点に例えば測定点,
を選定すれば中央部の測定誤差を小さくするこ
とができる。 また、以上の説明では5個の距離センサ31,
32,33,34,35のうち中央の距離センサ
33を測定ユニツト3の首振りの支点として説明
したが、他の距離センサを首振りの支点と仮定し
ても表面プロフイール値は全く同一の精度で求ま
るため、5個の距離センサの内、測定ユニツト3
の首振りの支点としては任意の1個を仮定するこ
とができる。例えば、移動方向最後側に位置する
距離センサ31を支点と考えると、上記(17)式
は下記(34)式に改められ、また、距離センサ32
を支点と考えると下記(35)式に改められる。
[Table] As is clear from the graph, in the conventional sequential three-point method, the accumulation increases dramatically as the measurement points progress, but in the case of the method of the present invention, the accumulation increases dramatically as the measurement points progress. The value is substantially constant regardless of the value, and the value itself is significantly smaller, and is also sufficiently smaller than when using the improved sequential three-point method. Therefore, when using the method of the present invention, the influence of measurement errors on the profile measurement value is extremely small, and as a result, the surface profile can be measured with high accuracy. Note that in the above explanation, measurement points at both ends of the reference point were selected, but if high measurement accuracy is required at the center, for example, measurement points,
By selecting , it is possible to reduce the measurement error in the central part. In addition, in the above explanation, five distance sensors 31,
Although the central distance sensor 33 among the sensors 32, 33, 34, and 35 has been described as the fulcrum for the swing of the measuring unit 3, even if other distance sensors are assumed to be the fulcrum for the swing, the surface profile values will have exactly the same accuracy. Therefore, among the five distance sensors, measurement unit 3
Any one point can be assumed as the fulcrum of the swing. For example, if the distance sensor 31 located at the rearmost side in the moving direction is considered as the fulcrum, the above equation (17) is revised to the following equation (34), and the distance sensor 32
If we consider this as a fulcrum, we can change it to the following equation (35).

【表】【table】

【表】 この場合にも同様の演算を実効すると、最終的
に求まる表面プロフイール値は上述の場合と同一
になる。 次に第6図に示す模擬表面プロフイールを用い
て本発明方法を行つた場合の距離センサの実測値
を第4表に、また、本発明方法による測定、従来
の逐次三点法による測定、及び逐次二点法による
測定結果を第5表に具体的数値にて示し、また、
夫々の誤差を第8図に対比して示す。 なお第5表中の逐次二点法及び逐次三点法の表
中の空欄は、逐次二点法におけるym 4,5に相当する
データ及び逐次三点法におけるym 4,6以降に相当す
るデータを本実施例の逐次五点法では、3ステツ
プ又は2ステツプ手前の段階までのため、これを
採取するに至つていないことによる。 但し、ここでいう真の値(yj)は前述の仮基準
線C″を基準線とする値であり、従来の逐次三点
法及び逐次二点法ともに、真の値(yj)、側定値
(ym j)は勾配を持つた値となつているが、これ
は、測定ユニツトが最初に首を振つていた事によ
るものであり、プロフイール形状における凹凸の
認識にとつて、本質的な障害ではない。 また、第8図は横軸に測定点を、縦軸に測定誤
差(mm)を示す。
[Table] If similar calculations are performed in this case, the surface profile value finally determined will be the same as in the above case. Next, Table 4 shows the actual measured values of the distance sensor when the method of the present invention is performed using the simulated surface profile shown in FIG. The measurement results by the sequential two-point method are shown in Table 5 with specific numerical values, and
The respective errors are shown in comparison in FIG. Note that the blank spaces in the sequential two-point method and sequential three-point method tables in Table 5 correspond to data corresponding to y m 4,5 in the sequential two-point method and y m 4,6 and later in the sequential three-point method. This is because, in the sequential five-point method of this embodiment, the data to be collected has not been collected until three or two steps earlier. However, the true value (y j ) here is the value using the aforementioned temporary reference line C'' as the reference line, and in both the conventional sequential three-point method and sequential two-point method, the true value (y j ), The fixed value (y m j ) has a slope, but this is due to the measurement unit shaking its head at first, which is essential for recognizing irregularities in the profile shape. This is not a failure. In addition, in Figure 8, the horizontal axis shows the measurement points and the vertical axis shows the measurement error (mm).

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 第8図に示すグラフから明らかな様に本発明方
法による場合は、従来の逐次三点法、逐次二点法
による場合に比して測定精度が大幅に向上してい
る。 なお、グラフ中逐次二点法による測定誤差が一
部省略されているのはその値が著しく大きくなつ
ていることによる。この原因は上述した如く首振
りが存在しないという無理な仮定を行つたためで
ある。 以上の如き本発明方法による表面プロフイール
測定を行つた場合は、従来の逐次三点法において
問題となつていた測定誤差の累積を大幅に低減で
き、この結果精度の良い表面プロフイールの測定
が行える。
[Table] As is clear from the graph shown in FIG. 8, the measurement accuracy of the method of the present invention is significantly improved compared to the conventional three-point sequential method and two-point sequential method. Note that the reason why some of the measurement errors due to the sequential two-point method are omitted in the graph is that the values have become significantly large. The reason for this is that, as mentioned above, an unreasonable assumption was made that there was no head swing. When the surface profile is measured by the method of the present invention as described above, the accumulation of measurement errors, which was a problem in the conventional three-point sequential method, can be significantly reduced, and as a result, the surface profile can be measured with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明方法の実施状態を示す模式的平
面図、第2図は第1図の左側断面図、第3図は偏
位量、首振量を示す模式図、第4図は仮基準線
C″を説明するための模式図、第5図は仮基準線
C″選定のための未知数の組合せを示す模式図、
第6図は模擬表面プロフイールを示す模式図、第
7図は測定誤差の累積の倍率を示すグラフ、第8
図は本発明方法、従来の逐次三点法及び逐次二点
法による測定誤差を対比して示すグラフ、第9図
は従来方法の実施状態を示す模式的平面図、第1
0図は測定点、偏位量、首振り量を説明するため
の模式図である。 1……圧延ロール、3……測定ユニツト、10
……演算装置、31,32,33,34,35…
…距離センサ。
Fig. 1 is a schematic plan view showing the implementation state of the method of the present invention, Fig. 2 is a left sectional view of Fig. 1, Fig. 3 is a schematic diagram showing the amount of deviation and swing amount, and Fig. 4 is a tentative diagram. reference line
A schematic diagram to explain C'', Figure 5 is a temporary reference line
Schematic diagram showing combinations of unknowns for C″ selection,
Fig. 6 is a schematic diagram showing the simulated surface profile, Fig. 7 is a graph showing the magnification of the cumulative measurement error, and Fig. 8 is a graph showing the magnification of the cumulative measurement error.
The figure is a graph comparing the measurement errors of the method of the present invention, the conventional sequential three-point method, and the sequential two-point method.
Figure 0 is a schematic diagram for explaining measurement points, deviation amounts, and oscillation amounts. 1... Rolling roll, 3... Measuring unit, 10
... Arithmetic device, 31, 32, 33, 34, 35...
...Distance sensor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 移動方向に等間隔にてr(r≧4)個配した
距離センサを、被測定物の表面に沿わせるように
して移動させ、該距離センサがその配置間隔分移
動する都度の距離測定値を得、これに基づき被測
定物の表面プロフイールを測定する方法であつ
て、 r個の内の任意の1個の距離センサの前記被測
定物の表面に接近、離反する方向への偏位量、前
記距離センサに対する他のr−1個の距離センサ
夫々の前記方向への首振量及びこれらの偏位量、
首振量がない場合の真の距離を未知数とし、これ
らと前記距離測定値との関係を表す多数の連立一
次方程式を得、次いで、この連立一次方程式にお
いて、表面プロフイール特定のための基準線とす
べき、前記被測定物の表面に対して或る傾きを有
する直線が一義的に定まるように、前記未知数の
任意の2つの値を0として、最小2乗法を用いて
連立一次方程式を解くことにより、前記被測定物
の表面プロフイールを求めることを特徴とする表
面プロフイール測定方法。 2 被測定物の表面に沿う方向に移動可能になし
てあつて、その移動方向にr(r≧4)個の距離
センサを等間隔にて配設してある測定ユニツト
と、 前記距離センサ夫々がその配置間隔分移動する
都度の距離測定値を読込み蓄積する手段と、 これらの蓄積データ相互の関係により導かれる
任意の1個の距離センサの前記被測定物の表面に
接近、離反する方向への偏位量及び前記任意の1
個の距離センサに対する他のr−1個の距離セン
サの前記方向への首振量を算出する手段と、 前記距離測定値夫々について前記偏位量、首振
量及びこれらがない場合の真の距離を未知数とす
る多数の連立一次方程式を得る手段と、 この連立一次方程式において、表面プロフイー
ル特定のための基準線とすべき、前記被測定物の
表面に対して或る傾きを有する直線が一義的に定
まるように、前記未知数の任意の2つの値を0と
して、最小2乗法を用いて連立一次方程式を解く
手段と を具備することを特徴とする表面プロフイール測
定装置。
[Claims] 1. R (r≧4) distance sensors arranged at equal intervals in the movement direction are moved along the surface of the object to be measured, and the distance sensors are moved by the distance of the arrangement. A method for measuring the surface profile of an object to be measured by obtaining a distance measurement value each time the distance sensor is used, and measuring the surface profile of the object to be measured based on the measured distance value, the method comprising the amount of deviation in the direction, the amount of swing of each of the other r-1 distance sensors in the direction with respect to the distance sensor, and the amount of these deviations,
The true distance when there is no amount of head vibration is taken as an unknown quantity, and a number of simultaneous linear equations expressing the relationship between these and the measured distance values are obtained. Next, in these simultaneous linear equations, a reference line and a reference line for specifying the surface profile are calculated. Solving simultaneous linear equations using the method of least squares, setting any two values of the unknown quantities to 0, so that a straight line having a certain slope with respect to the surface of the object to be measured is uniquely determined. A surface profile measuring method characterized in that the surface profile of the object to be measured is determined by: 2. A measuring unit which is movable in the direction along the surface of the object to be measured and has r (r≧4) distance sensors arranged at equal intervals in the direction of movement; and each of the distance sensors. a means for reading and accumulating distance measurement values each time the sensor moves by the distance of the distance sensor; deviation amount and any one of the above
means for calculating the amount of oscillation in the direction of the other r-1 distance sensors relative to the distance sensor; means for obtaining a large number of simultaneous linear equations with distance as an unknown; and means for solving simultaneous linear equations using the method of least squares, setting any two values of the unknown quantities to 0, as determined by .
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