JP2000266510A - 帯状鋼板の重ね合わせ溶接部検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】大きな設備改造を必要とせず低廉な投資で、か
つ確実な帯状鋼板の重ね合わせ溶接部検出方法を実現す
る。 【解決手段】帯状鋼板１をロール５に巻回して密着させ
ながら搬送し、レーザ光３を投光し、反射光を受光する
ことで反射面の検出を行うレーザ反射型光電スイッチ２
のレーザ投光の方向を、前記ロール面上に密着して搬送
される帯状鋼板の表面の法線から、帯状鋼帯の搬送方向
に75゜〜 105゜の範囲内とし、前記レーザ反射型光電ス
イッチの反射光受光が重ね合わせ溶接部検出であるとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば帯状鋼板
等の金属ストリップやシート状プラスチックあるいは紙
などが連続的に処理されるプロセスラインにおいて溶接
などで接続される帯状材の重ね合わせ部の検出方法に関
する。なお以下では、鉄鋼の圧延プロセスラインを例に
とり、帯状鋼板に適用した場合について説明するが、こ
れに限定されるものではない。

【０００２】

【従来の技術】帯状鋼板を連続的に処理するプロセスラ
インでは、先行する帯状鋼板の後端部と後行する帯状鋼
板の先端部を重ね合わせて、たとえばナローラップシー
ムウェルダやスポットウェルダ等によって溶接接続がな
され、連続処理がなされている。そして、処理設備ごと
にその溶接点が検出されて、その溶接部の位置でたとえ
ばピンチロールの速度を落とすとか、あるいはロールギ
ャップを加減するなどの処置がとられるのである。

【０００３】このような溶接点を検出する方法として
は、溶接部の付近にパンチャを用いてたとえば10mmφ程
度の穴をあけ、その穴部を光電的に検出する方法、ある
いは、溶接部の磁性の変化を検出する方法、電磁誘導特
性の違いを利用する方法、Ｘ線厚み計あるいはγ線厚み
計などの板厚計を利用して厚み変化位置を溶接点と認識
する方法などが知られている。

【０００４】また、重ね合わせ溶接部を光学的な手段を
用いて検出する方法としては、帯状鋼板を挟んで対向す
る位置にレーザ反射型変位計を設置し、その測定値を所
定の判別式に基づいて判別し重ね合わせ溶接部を検出す
る方法（特開平6-109431号公報参照）、帯状鋼板の上方
に２個のレーザ反射型変位計を帯状鋼板の進行方向に対
し所定の間隔で設置し、双方の測定値の差を検出して重
ね合わせ溶接部を検出する方法（特開平6-123606号公報
参照）などが開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パンチ
穴をあけるには、高価な穴あけ装置を設置することが不
可欠である。特に、既設ラインに設置する場合には、ラ
インレイアウトとの関係から設置することが困難なこと
も多い。また、磁性もしくは電磁誘導を利用する手段、
Ｘ線等の放射線を利用する手段のいずれも大きな投資を
伴う大がかりな設備導入が必要となる。

【０００６】一方、レーザ反射型変位計の導入設置は簡
便であり、装置そのものは安価であるが、変位はアナロ
グ情報であるため、アナログ信号を扱うデータ処理装置
が必要であり、データ処理装置のハード、ソフトの両者
の開発に多大の費用を要することになる。本発明は、大
きな設備改造を必要とせず、低廉な投資で、かつ、確実
な帯状鋼板の重ね合わせ溶接部検出を実現することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ある一定距離
だけ離れた位置でのレーザ反射光の有無を検出すること
でその位置での物体の存在を検知するレーザ反射型光電
スイッチを用い、帯状鋼板の重ね合わせ溶接部検出を可
能としたものである。すなわち、本発明は、先行材と後
行材を、重ね合わせて溶接接合した帯状鋼板の重ね合わ
せ部の検出を搬送ライン上で行う帯状鋼板の重ね合わせ
溶接部検出方法であって、前記帯状鋼板をロールに巻回
して密着させながら搬送し、レーザ光を投光し、反射光
を受光することで反射面の検出を行うレーザ反射型光電
スイッチのレーザ投光の方向を、前記ロール面上に密着
して搬送される帯状鋼板の表面の法線から、帯状鋼帯の
搬送方向に75゜〜 105゜の範囲内とし、前記レーザ反射
型光電スイッチの反射光受光が重ね合わせ溶接部検出で
あるとすることを特徴とする帯状鋼板の重ね合わせ溶接
部検出方法によって上記課題を解決したのである。

【０００８】また、上記帯状鋼板の重ね合わせ溶接部検
出方法において、前記帯状鋼板の搬送方向と直交する方
向に少なくとも３台以上のレーザ反射型光電スイッチを
並置し、並置されたレーザ反射型光電スイッチでそれぞ
れ重ね合わせ溶接部を検出し、検出したそれぞれの重ね
合わせ溶接部検出信号をオフディレイ回路で一定時間継
続してＯＮ状態となるようにし、一定時間継続してＯＮ
状態とした重ね合わせ溶接部検出信号を少なくとも２信
号づつ組み合わせてＡＮＤ回路に入力してＡＮＤ処理を
行い、ＡＮＤ処理を行った信号をＯＲ回路に入力してＯ
Ｒ処理を行い、ＯＲ処理を行った信号を重ね合わせ溶接
部の検出信号とすることで誤検出を防止できることを見
出したのである。

【０００９】更に、本発明の装置を、先行材と後行材
を、重ね合わせて溶接接合した帯状鋼板の重ね合わせ溶
接部の検出を搬送ライン上で行う帯状鋼板の重ね合わせ
溶接部検出装置であって、帯状鋼板を巻回して密着しな
がら搬送するロールと、該ロール上を密着して搬送され
る帯状鋼板表面の法線方向に対し、75゜〜 105゜の方向
にレーザ光を投光し、投光したレーザ光の反射光を受光
することで反射面の検出を行うレーザ反射型光電スイッ
チと、から構成され、前記レーザ反射型光電スイッチの
反射光受光が重ね合わせ溶接部検出であるとすることを
特徴とする帯状鋼板の重ね合わせ溶接部検出装置とする
ことで上記課題を解決したのである。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、図３を用いて、本発明に適
用するレーザ反射型光電スイッチ２の重ね合わせ溶接部
検出原理を説明する。レーザ反射型光電スイッチ２から
射出される投光レーザ光3aは、帯状鋼板１表面の法線方
向から角度θの入射角となるように設定されている。

【００１１】投光レーザ光3aは、図３（ａ）に示すよう
に帯状鋼板１で正反射し、正反射レーザ光3cとして反射
され、レーザ反射型光電スイッチ２には反射光が戻って
こない。ここで、帯状鋼板１がステンレス等であり、そ
の表面が鏡面であると、レーザ光は完全に正反射し、反
射光はレーザ反射型光電スイッチ２に全く戻ってくるこ
とはない。

【００１２】一方、図３（ｂ）に示すように、重ね合わ
せ溶接部においては、重ねられた鋼板の先行材の端面で
投光レーザ光3aが反射され、端部反射レーザ光3bとして
レーザ反射型光電スイッチ２に受光される。しかし、帯
状鋼板１が鏡面ではなく粗面である場合、レーザ反射型
光電スイッチ２に戻る反射光は皆無ではない。ただし、
角度θをある程度大きな値となるように設定すること
で、その反射光のレベルは無視できる程度となり、レー
ザ反射型光電スイッチ２の反射光受光レベルを調整する
ことで帯状鋼板１の表面粗度に起因する誤検出を防ぐこ
とも可能である。

【００１３】本発明は、レーザ反射型光電スイッチ２を
用いて帯状鋼板の重ね合わせ溶接部を検出するものであ
る。本発明では、帯状鋼板の重ね合わせ溶接部の端部を
検出することが必要であることから、搬送される帯状鋼
板のパスラインは一定であることを必要とする。そのた
め、搬送ライン上で、重ね合わせ溶接部を検出するため
のライン位置は、帯状鋼板を巻回して密着させるロール
上とする必要がある。

【００１４】ただし、帯状鋼板が常時ロールに密着して
いればよく、パスライン変動が生じなければ搬送テーブ
ルロールの近傍を測定位置としてもよい。また、本発明
では、帯状鋼板はロールに密着するように巻回されてい
ればよく、その巻回の程度については特に規定するもの
ではない。図１に、本発明の帯状鋼板の重ね合わせ溶接
部検出装置につき好適な構成を示す。

【００１５】図１において、帯状鋼板１は、ロール５に
巻き付けられて搬送されており、レーザ反射型光電スイ
ッチ２は、投光したレーザ光３が帯状鋼板１の表面の法
線方向に対し角度θとなるように設置されている。レー
ザ反射型光電スイッチ２の出力は、データ処理装置４に
入力され、重ね合わせ溶接部の検出がおこなわれるので
ある。

【００１６】しかしながら、帯状鋼板の重ね合わせ溶接
部において、先行材の端面の状態は必ずしも一定ではな
く、疵があったり、めくれあがっている場合もある。ま
た、帯状鋼板の表面状態も一定ではない。そのため、レ
ーザ反射型光電スイッチを単体で設置すると誤検出とな
る場合が多くなる。そこで、図２に示すようにレーザ反
射型光電スイッチを複数台並置することが好適である。
図２では、３台のレーザ反射型光電スイッチ２を並置し
ているがこれに限定するものではなく、複数台であれば
何台でもよい。

【００１７】そして、その複数台のレーザ反射型光電ス
イッチからの出力信号を組み合わせて誤検出を防止す
る。図４に、３台のレーザ反射型光電スイッチ２からの
出力信号を処理し、誤検出防止を行う回路を例示し、以
下、その動作を説明する。レーザ反射型光電スイッチ２
の検出信号は、それぞれオフディレイ回路11に取り込ま
れる。

【００１８】レーザ反射型光電スイッチでの検出信号
は、重ね合わせ溶接部の通過時に、その端面を検出した
一瞬にＯＮとなる信号であり、通過後はすぐにＯＦＦと
なる。そのため、検出信号をオフディレイ回路11におい
て一定時間ホールドさせるのである。このようにするこ
とで、レーザ反射型光電スイッチの位置ずれ等による検
出タイミングのずれを補正することが可能となる。

【００１９】オフディレイ回路11でホールドされたそれ
ぞれの信号は、２つづつ組み合わされてＡＮＤ回路12に
取り込まれる。そして、ＡＮＤ処理がされ、２つのレー
ザ反射型光電スイッチ２がいずれもＯＮとなったときに
重ね合わせ溶接部検出とする。そして、ＯＲ回路12によ
って、ＡＮＤ回路12の出力信号のいずれかが出力されれ
ば出力信号を発し、重ね合わせ溶接部検出とする。

【００２０】このようにすることで、複数台設置したレ
ーザ反射型光電スイッチのいずれかの２台が同時に検出
信号を発した場合に重ね合わせ溶接部検出の出力信号が
発せられることとなり、過検出、未検出の両方を防止し
て、信頼性の高い重ね合わせ溶接部検出を実現すること
ができる。図４では、レーザ反射型光電スイッチが３台
の場合を例示しているが、本回路はこれに限定されるも
のではなく、複数台のレーザ反射型光電スイッチに対し
て有効であることはいうまでもないことである。また、
図４ではＡＮＤ回路12を２信号入力のＡＮＤとして示し
ているが、多信号入力のＡＮＤとしてもよいことはいう
までもない。

【００２１】

【実施例】ここで、レーザ反射型光電スイッチを実際に
帯状鋼板の処理ラインに設置し、レーザ反射型光電スイ
ッチの帯状鋼板表面との法線角度θの最適範囲について
調査を行った。表１にその結果を示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１では、実際の重ね合わせ溶接部を各種
用意し、その用意した試料（試料No. １〜12）に対して
レーザ反射型光電スイッチの法線角度θを変化させ、最
適範囲を求めた。また、参考のため帯状鋼板の裏面に設
置した場合についても調査した（試料No. 裏面１）。こ
の場合、レーザ反射型光電スイッチの配置は表面側とは
逆になる。

【００２４】表中で、○印は重ね合わせ溶接部を検出で
きたことを示しており、×印は検出できなかったことを
示している。表１から明らかなように、ほとんどの場合
は法線角度θを大きく変化させても重ね合わせ溶接部を
検出しているが、θ＜75゜、105 ゜＜θの場合、条件に
よって検出できなくなっている。

【００２５】これは、75゜未満では鋼板端面と鋼板表面
で２度にわたり反射・散乱されるため、反射光が弱まる
ためと考えられる。しかし、75゜〜105 ゜の範囲内で
は、全ての場合で重ね合わせ溶接部を確実に検出できて
いる。以上のことから、レーザ反射型光電スイッチのレ
ーザ投光の方向を帯状鋼板の表面の法線方向に対し75゜
〜105 ゜の範囲内とすることが好適であることが確認で
きた。

【００２６】ここで、図３（ｂ）から75゜〜90゜（板面
接線方向）では当然好適であり、図１のように板面に曲
率をもたせた場合は、同様に90゜〜105 ゜の範囲で好適
である。

【００２７】

【発明の効果】本発明によって、安価なレーザ反射型光
電スイッチを組み合わせることで、簡便、かつ、精度の
高い帯状鋼板の重ね合わせ溶接部の検出を可能とするこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の重ね合わせ溶接部検出装置の配置を説
明する側面図である。

【図２】レーザ反射型光電スイッチで重ね合わせ溶接部
を検出する様子を示す斜視図である。

【図３】レーザ反射型光電スイッチでの重ね合わせ溶接
部検出を説明するための模式図である。

【図４】３台のレーザ反射型光電スイッチからの検出信
号を処理する回路図である。

【符号の説明】

１ 金属帯（帯状鋼板） 1a 先行材 1b 後行材 ２ レーザ反射型光電スイッチ 2a レーザ投光部 2b レーザ受光部 ３ レーザ光 3a 投光レーザ光 3b 端部反射レーザ光 3c 正反射レーザ光 ４ データ処理装置 ５ ロール 11 オフディレイ回路 12 ＡＮＤ回路 13 ＯＲ回路 θ レーザ光の法線角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 穴吹 善範 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 高橋 弘之 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 Ｆターム(参考） 2F065 AA15 BB13 BB15 CC06 CC15 FF44 GG04 HH12 JJ05 JJ08 MM03 PP16 PP22 QQ11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先行材と後行材を、重ね合わせて溶接接合
   した帯状鋼板の重ね合わせ部の検出を搬送ライン上で行
   う帯状鋼板の重ね合わせ溶接部検出方法であって、前記
   帯状鋼板をロールに巻回して密着させながら搬送し、レ
   ーザ光を投光し、反射光を受光することで反射面の検出
   を行うレーザ反射型光電スイッチのレーザ投光の方向
   を、前記ロール面上に密着して搬送される帯状鋼板の表
   面の法線から、帯状鋼帯の搬送方向に75゜〜 105゜の範
   囲内とし、前記レーザ反射型光電スイッチの反射光受光
   が重ね合わせ溶接部検出であるとすることを特徴とする
   帯状鋼板の重ね合わせ溶接部検出方法。
2. 【請求項２】 前記帯状鋼板の搬送方向と直交する方向
   に少なくとも３台以上のレーザ反射型光電スイッチを並
   置し、並置されたレーザ反射型光電スイッチでそれぞれ
   重ね合わせ溶接部を検出し、検出したそれぞれの重ね合
   わせ溶接部検出信号をオフディレイ回路で一定時間継続
   してＯＮ状態となるようにし、一定時間継続してＯＮ状
   態とした重ね合わせ溶接部検出信号を少なくとも２信号
   づつ組み合わせてＡＮＤ回路に入力してＡＮＤ処理を行
   い、ＡＮＤ処理を行った信号をＯＲ回路に入力してＯＲ
   処理を行い、ＯＲ処理を行った信号を重ね合わせ溶接部
   の検出信号とすることで誤検出を防止するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の帯状鋼板の重ね合わせ
   溶接部検出方法。
3. 【請求項３】 先行材と後行材を、重ね合わせて溶接接
   合した帯状鋼板の重ね合わせ溶接部の検出を搬送ライン
   上で行う帯状鋼板の重ね合わせ溶接部検出装置であっ
   て、帯状鋼板を巻回して密着しながら搬送するロール
   と、該ロール上を密着して搬送される帯状鋼板表面の法
   線方向に対し、75゜〜 105゜の方向にレーザ光を投光
   し、投光したレーザ光の反射光を受光することで反射面
   の検出を行うレーザ反射型光電スイッチと、から構成さ
   れ、前記レーザ反射型光電スイッチの反射光受光が重ね
   合わせ溶接部検出であるとすることを特徴とする帯状鋼
   板の重ね合わせ溶接部検出装置。