JP2000317530A - 線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法 - Google Patents
線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法Info
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- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 加熱中又は加熱直後であっても、金属板の曲
げ加工形状の確認を行うことができるようにする。 【解決手段】 加熱中又は加熱後の金属板の温度分布を
計測する（ステップＩ）。温度分布を加熱線配置と対比
させ、計測時点の温度を同定する（ステップII）。各温
度水準における加熱線の固有変形のデータを基に、同定
した温度と対応する固有変形の推定値を求める（ステッ
プIII ，IV）。推定固有変形を基に計測時点の目標形状
を推定する（ステップＶ）。目標形状を計測形状と比較
する（ステップVI）。
げ加工形状の確認を行うことができるようにする。 【解決手段】 加熱中又は加熱後の金属板の温度分布を
計測する（ステップＩ）。温度分布を加熱線配置と対比
させ、計測時点の温度を同定する（ステップII）。各温
度水準における加熱線の固有変形のデータを基に、同定
した温度と対応する固有変形の推定値を求める（ステッ
プIII ，IV）。推定固有変形を基に計測時点の目標形状
を推定する（ステップＶ）。目標形状を計測形状と比較
する（ステップVI）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は線状加熱による金属
板の曲げ加工形状を評価するための方法に関するもので
ある。
板の曲げ加工形状を評価するための方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年の造船部門での先進的な金属板の曲
げ加工方法としては、線状加熱曲げ加工法が採用されて
いる（特開平６−２２６３６０号、特開平７−２４５３
４号、特開平７−６０３６８号、特開平７−７５８３５
号、特願平８−３０９０４７号等）。これは、有限要素
法（ＦＥＭ）を応用して、目的の曲面を与える加熱線の
配置と入熱量を算出し、これを平面に与えることで曲面
を得るようにしたものである。
げ加工方法としては、線状加熱曲げ加工法が採用されて
いる（特開平６−２２６３６０号、特開平７−２４５３
４号、特開平７−６０３６８号、特開平７−７５８３５
号、特願平８−３０９０４７号等）。これは、有限要素
法（ＦＥＭ）を応用して、目的の曲面を与える加熱線の
配置と入熱量を算出し、これを平面に与えることで曲面
を得るようにしたものである。
【０００３】上記線状加熱曲げ加工法により平板状の金
属板を加工して船殻曲り外板を製作した場合、その曲げ
加工形状が目的形状となっているか否かの確認及び評価
を行う必要がある。
属板を加工して船殻曲り外板を製作した場合、その曲げ
加工形状が目的形状となっているか否かの確認及び評価
を行う必要がある。
【０００４】従来の形状評価方法としては、手作業によ
る線状加熱曲げ加工の場合、曲面のいくつかの断面を表
す型板を一定間隔に配置し、その型板同士を平行に且つ
型板上の基準点を一直線上に見通せる位置に置くことに
より、目的とする曲面形状を対象の金属板の上に表現
し、この曲面と金属板の形状との間の隙間を確認するこ
とにより曲げ形状を評価するようにしたものがあり、
又、自動線状加熱装置による線状加熱曲げ加工の場合
は、レーザ距離計をＮＣ台車に搭載し、これを平面内の
計画計測位置に導いて、その点における高さを計測し、
これを金属板上を格子状にたどりながら繰り返すことに
より曲げ加工後の曲面形状を求め、この計測データを計
画の形状データと比較することにより評価を行うように
したものがある。
る線状加熱曲げ加工の場合、曲面のいくつかの断面を表
す型板を一定間隔に配置し、その型板同士を平行に且つ
型板上の基準点を一直線上に見通せる位置に置くことに
より、目的とする曲面形状を対象の金属板の上に表現
し、この曲面と金属板の形状との間の隙間を確認するこ
とにより曲げ形状を評価するようにしたものがあり、
又、自動線状加熱装置による線状加熱曲げ加工の場合
は、レーザ距離計をＮＣ台車に搭載し、これを平面内の
計画計測位置に導いて、その点における高さを計測し、
これを金属板上を格子状にたどりながら繰り返すことに
より曲げ加工後の曲面形状を求め、この計測データを計
画の形状データと比較することにより評価を行うように
したものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の場合
には、型板による計測の誤差が大きく、又、確認も目視
で行われるため記録されず、第三者による一般的な評価
や後の利用もできない、という問題がある。
には、型板による計測の誤差が大きく、又、確認も目視
で行われるため記録されず、第三者による一般的な評価
や後の利用もできない、という問題がある。
【０００６】一方、後者の場合には、１点毎に計測を繰
り返すため、曲面を評価できるだけの点数の計測に時間
がかかる。因に、３ｍ×２０ｍ程度の大きさの金属板で
は、１点当り約１秒、全体で４０分程度かかってしま
う。又、加熱直後に計測したのでは、金属板の温度が高
く、且つ先に加熱を行った部分と後から加熱を行った部
分とでは温度差が大きくなるので、冷却後の曲面形状と
は異なってしまい、したがって、これをそのまま計測し
ても評価ができないという問題があり、更に、金属板が
室温になるまで冷却するために、散水による強制冷却を
施したとしても、１時間以上待たなければならない。
り返すため、曲面を評価できるだけの点数の計測に時間
がかかる。因に、３ｍ×２０ｍ程度の大きさの金属板で
は、１点当り約１秒、全体で４０分程度かかってしま
う。又、加熱直後に計測したのでは、金属板の温度が高
く、且つ先に加熱を行った部分と後から加熱を行った部
分とでは温度差が大きくなるので、冷却後の曲面形状と
は異なってしまい、したがって、これをそのまま計測し
ても評価ができないという問題があり、更に、金属板が
室温になるまで冷却するために、散水による強制冷却を
施したとしても、１時間以上待たなければならない。
【０００７】そこで、本発明は、確認したいときに直ち
に計測を行うことができるようにすることにより、計測
のために要する時間を大幅に削減することができるよう
な線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法を提供
しようとするものである。
に計測を行うことができるようにすることにより、計測
のために要する時間を大幅に削減することができるよう
な線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法を提供
しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、加熱中又は加熱後の金属板の温度分布を
非接触式温度計により計測し、該計測温度分布を上記加
熱の実施に用いた加熱線配置と対比させることにより、
各加熱線の計測時点の温度を同定し、次に、各温度水準
における加熱線の固有変形のデータを基に、上記同定し
た温度と対応する固有変形の推定値を求め、更に、該推
定固有変形を基にＦＥＭ弾性シミュレーションを行うこ
とにより、計測時点の目標形状を推定し、該目標形状を
計測形状と比較するようにし、又、金属板の温度分布を
非接触式温度計によって計測することに代えて、加熱条
件に基づき熱伝達、熱伝導解析を行って温度分布を推定
するようにしたり、あるいは、接触式温度計により金属
板のいくつかの点の部分的な温度を計測し、且つ熱伝導
解析又は数値解析により非計測点の温度を補完推定する
ようにする線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方
法とする。
決するために、加熱中又は加熱後の金属板の温度分布を
非接触式温度計により計測し、該計測温度分布を上記加
熱の実施に用いた加熱線配置と対比させることにより、
各加熱線の計測時点の温度を同定し、次に、各温度水準
における加熱線の固有変形のデータを基に、上記同定し
た温度と対応する固有変形の推定値を求め、更に、該推
定固有変形を基にＦＥＭ弾性シミュレーションを行うこ
とにより、計測時点の目標形状を推定し、該目標形状を
計測形状と比較するようにし、又、金属板の温度分布を
非接触式温度計によって計測することに代えて、加熱条
件に基づき熱伝達、熱伝導解析を行って温度分布を推定
するようにしたり、あるいは、接触式温度計により金属
板のいくつかの点の部分的な温度を計測し、且つ熱伝導
解析又は数値解析により非計測点の温度を補完推定する
ようにする線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方
法とする。
【０００９】金属板の表面の温度分布の計測データを自
動線状加熱装置が内蔵する対象部材のＦＥＭモデルの上
に重ねて、加熱線の位置と計測した温度を対応させる
と、各加熱線の計測時点の温度を知ることができ、この
温度に対応した固有変形を知ることで、これを計画の加
熱線に与えたＦＥＭによる弾性シミュレーションから、
計測時点にあるべき目標形状が求まるので、これを計測
形状と比較すれば、加熱直後又は加熱の進行中でも計
測、評価が可能となる。
動線状加熱装置が内蔵する対象部材のＦＥＭモデルの上
に重ねて、加熱線の位置と計測した温度を対応させる
と、各加熱線の計測時点の温度を知ることができ、この
温度に対応した固有変形を知ることで、これを計画の加
熱線に与えたＦＥＭによる弾性シミュレーションから、
計測時点にあるべき目標形状が求まるので、これを計測
形状と比較すれば、加熱直後又は加熱の進行中でも計
測、評価が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１１】図１乃至図５は本発明の線状加熱による金
属板の曲げ加工形状評価方法の実施の一形態を示すもの
である。
属板の曲げ加工形状評価方法の実施の一形態を示すもの
である。
【００１２】先ず、図１のステップＩ及び図２に示す如
く、加熱中（又は加熱直後）の金属板１の形状を、ＮＣ
架台に搭載されたレーザ距離計による形状計測装置３に
よって計測すると共に、金属板１の表面温度分布を、非
接触式温度計としての赤外線温度計２によって、一度に
広範囲に亘って計測する。なお、図２において、４は既
に施された加熱線、５は自動線状加熱装置の高周波誘導
加熱コイル６によって現在加熱中の加熱線を示す。
く、加熱中（又は加熱直後）の金属板１の形状を、ＮＣ
架台に搭載されたレーザ距離計による形状計測装置３に
よって計測すると共に、金属板１の表面温度分布を、非
接触式温度計としての赤外線温度計２によって、一度に
広範囲に亘って計測する。なお、図２において、４は既
に施された加熱線、５は自動線状加熱装置の高周波誘導
加熱コイル６によって現在加熱中の加熱線を示す。
【００１３】上記金属板１の表面温度分布は、加熱中の
ところでは金属板１を高周波誘導加熱コイル６で加熱し
たときに該金属板１の表面温度が該高周波誘導加熱コイ
ル６が通過すると下がり始めて金属板１の裏面温度と一
致するところの温度をとらえるようにする。この金属板
１の表面と裏面の温度が一致する点は、高周波誘導加熱
コイル６の移動速度により異なるが、移動速度が１００
mm／min 〜３０００mm／min で加熱後１〜３０秒であ
る。
ところでは金属板１を高周波誘導加熱コイル６で加熱し
たときに該金属板１の表面温度が該高周波誘導加熱コイ
ル６が通過すると下がり始めて金属板１の裏面温度と一
致するところの温度をとらえるようにする。この金属板
１の表面と裏面の温度が一致する点は、高周波誘導加熱
コイル６の移動速度により異なるが、移動速度が１００
mm／min 〜３０００mm／min で加熱後１〜３０秒であ
る。
【００１４】次に、図１のステップII及び図３に示す如
く、上記計測温度分布を、上記加熱の実施に用いた加熱
線配置と対比させることにより、加熱線４，５の計測時
点の温度を同定する。すなわち、温度分布のデータを、
自動線状加熱装置が内蔵している対象部材のＦＥＭモデ
ル１′の上に重ねて、その上に配置されている加熱線
４，５の位置と計測した温度を対応させることにより各
加熱線４，５の計測時点の温度を同定する。なお、図３
において、ＦＥＭモデル１′の各メッシュ内の数値は計
測温度を示しており、先に加熱された部分の温度が低
く、加熱中の部分とその付近の温度が高くなっている。
く、上記計測温度分布を、上記加熱の実施に用いた加熱
線配置と対比させることにより、加熱線４，５の計測時
点の温度を同定する。すなわち、温度分布のデータを、
自動線状加熱装置が内蔵している対象部材のＦＥＭモデ
ル１′の上に重ねて、その上に配置されている加熱線
４，５の位置と計測した温度を対応させることにより各
加熱線４，５の計測時点の温度を同定する。なお、図３
において、ＦＥＭモデル１′の各メッシュ内の数値は計
測温度を示しており、先に加熱された部分の温度が低
く、加熱中の部分とその付近の温度が高くなっている。
【００１５】次いで、図１のステップIII 、IVの如く、
各温度水準における加熱線の固有変形について、データ
ベースを基に、上記同定した温度に対応する固有変形の
推定値を求めるようにする。上記データベースとして
は、図３に一例を示す如く、加熱線が与える固有変形
（金属板が均一に室温まで冷えた状態）δ0 を、冷却の
過程での温度（たとえば、１８０℃）に対応した固有変
形δ1 として求めることができるように、系統的な数値
シミュレーション（熱弾性計算）又は実験を行ってデー
タを予め蓄えておくものとする。なお、実験的に求める
ためには非接触の計測が望ましく、ＣＣＤカメラ等を用
いた画像処理手法の応用も可能である。
各温度水準における加熱線の固有変形について、データ
ベースを基に、上記同定した温度に対応する固有変形の
推定値を求めるようにする。上記データベースとして
は、図３に一例を示す如く、加熱線が与える固有変形
（金属板が均一に室温まで冷えた状態）δ0 を、冷却の
過程での温度（たとえば、１８０℃）に対応した固有変
形δ1 として求めることができるように、系統的な数値
シミュレーション（熱弾性計算）又は実験を行ってデー
タを予め蓄えておくものとする。なお、実験的に求める
ためには非接触の計測が望ましく、ＣＣＤカメラ等を用
いた画像処理手法の応用も可能である。
【００１６】更に、図１のステップＶの如く、上記推定
固有変形を基に、ＦＥＭ弾性シミュレーションを行うこ
とにより、計測時点の目標形状を推定する。すなわち、
推定固有変形を弾性ＦＥＭ計算の加熱方案に入力して自
由変形シミュレーションを行うようにすると、その結果
得られる形状がこの計測時点にあるべき目標の形状とな
る。
固有変形を基に、ＦＥＭ弾性シミュレーションを行うこ
とにより、計測時点の目標形状を推定する。すなわち、
推定固有変形を弾性ＦＥＭ計算の加熱方案に入力して自
由変形シミュレーションを行うようにすると、その結果
得られる形状がこの計測時点にあるべき目標の形状とな
る。
【００１７】しかる後、図１のステップＶ及び図５に示
す如く、上記推定目標形状１ａと計測形状１ｂとを比較
して、その差について許容できるかどうかの判断を行う
ことにより、室温まで冷却した後に計測して目的の形状
１ｃと比較するのと同等の評価が実現する。
す如く、上記推定目標形状１ａと計測形状１ｂとを比較
して、その差について許容できるかどうかの判断を行う
ことにより、室温まで冷却した後に計測して目的の形状
１ｃと比較するのと同等の評価が実現する。
【００１８】このように、本発明においては、加熱中、
又は加熱後、確認したいときに直ちに計測を行うことが
できる。これにより、計測のために割かれる時間を大幅
に削減することができる。このことは、複数の金属板を
連続的に加熱して行く自動化システムにおいてその稼動
効率を著しく高める効果がある。又、線状加熱と並行し
たリアルタイム形状計測が可能になることから、本発明
では、加熱の進捗度の異なる時点で各回少数の点を計測
し、そのときの計画形状との差をプールして全部のデー
タを評価することができ、加熱を中断することなく形状
の評価を行うことができる。
又は加熱後、確認したいときに直ちに計測を行うことが
できる。これにより、計測のために割かれる時間を大幅
に削減することができる。このことは、複数の金属板を
連続的に加熱して行く自動化システムにおいてその稼動
効率を著しく高める効果がある。又、線状加熱と並行し
たリアルタイム形状計測が可能になることから、本発明
では、加熱の進捗度の異なる時点で各回少数の点を計測
し、そのときの計画形状との差をプールして全部のデー
タを評価することができ、加熱を中断することなく形状
の評価を行うことができる。
【００１９】なお、上記実施の形態では、金属板１の温
度分布を赤外線式温度計２によって計測する場合を示し
たが、これに代えて、算出されている加熱条件（加熱位
置、加熱の入力＝熱源の出力と移動速度、加熱順序）に
基づき、熱伝達、熱伝導解析を行うことによって形状計
測時点の温度分布を推定するようにしたり、あるいは、
接触式温度計等により金属板１のいくつかの点の部分的
な温度を計測し、且つ熱伝導解析又は数値解析により非
計測点の温度を補完推定するようにしてもよく、その他
本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加
え得ることは勿論である。
度分布を赤外線式温度計２によって計測する場合を示し
たが、これに代えて、算出されている加熱条件（加熱位
置、加熱の入力＝熱源の出力と移動速度、加熱順序）に
基づき、熱伝達、熱伝導解析を行うことによって形状計
測時点の温度分布を推定するようにしたり、あるいは、
接触式温度計等により金属板１のいくつかの点の部分的
な温度を計測し、且つ熱伝導解析又は数値解析により非
計測点の温度を補完推定するようにしてもよく、その他
本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加
え得ることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の線状加熱によ
る金属板の曲げ加工形状評価方法によれば、加熱中又は
加熱後の金属板の温度分布を非接触式温度計により計測
し、該計測温度分布を上記加熱の実施に用いた加熱線配
置と対比させることにより、各加熱線の計測時点の温度
を同定し、次に、各温度水準における加熱線の固有変形
のデータを基に、上記同定した温度と対応する固有変形
の推定値を求め、更に、該推定固有変形を基にＦＥＭ弾
性シミュレーションを行うことにより、計測時点の目標
形状を推定し、該目標形状を計測形状と比較するように
するので、加熱中、又は加熱後、いつでも直ちに計測を
行うことができ、これにより、計測のために要する時間
を大幅に削減することができ、又、このことから、複数
の金属板を連続的に加熱して行く自動化システムにおい
てその稼動率を著しく高めることができるという優れた
効果を発揮し、更に、金属板の温度分布を非接触式温度
計によって計測することに代えて、加熱条件に基づき熱
伝達、熱伝導解析を行って温度分布を推定するようにし
ても、あるいは、接触式温度計により金属板のいくつか
の点の部分的な温度を計測し、且つ熱伝導解析又は数値
解析により非計測点の温度を補完推定するようにするこ
とによっても、同様な効果を発揮する。
る金属板の曲げ加工形状評価方法によれば、加熱中又は
加熱後の金属板の温度分布を非接触式温度計により計測
し、該計測温度分布を上記加熱の実施に用いた加熱線配
置と対比させることにより、各加熱線の計測時点の温度
を同定し、次に、各温度水準における加熱線の固有変形
のデータを基に、上記同定した温度と対応する固有変形
の推定値を求め、更に、該推定固有変形を基にＦＥＭ弾
性シミュレーションを行うことにより、計測時点の目標
形状を推定し、該目標形状を計測形状と比較するように
するので、加熱中、又は加熱後、いつでも直ちに計測を
行うことができ、これにより、計測のために要する時間
を大幅に削減することができ、又、このことから、複数
の金属板を連続的に加熱して行く自動化システムにおい
てその稼動率を著しく高めることができるという優れた
効果を発揮し、更に、金属板の温度分布を非接触式温度
計によって計測することに代えて、加熱条件に基づき熱
伝達、熱伝導解析を行って温度分布を推定するようにし
ても、あるいは、接触式温度計により金属板のいくつか
の点の部分的な温度を計測し、且つ熱伝導解析又は数値
解析により非計測点の温度を補完推定するようにするこ
とによっても、同様な効果を発揮する。
【図１】本発明の線状加熱による金属板の曲げ加工形状
評価方法の実施の一形態を示すフローチャートである。
評価方法の実施の一形態を示すフローチャートである。
【図２】赤外線温度計により金属板の表面温度分布を計
測している状態を示す概略図である。
測している状態を示す概略図である。
【図３】計測した温度分布と加熱線を重ねて見た状態の
模式図である。
模式図である。
【図４】温度に伴う加熱が与える固有ひずみ変化の概念
図である。
図である。
【図５】推定目標形状と計測形状と目的形状との関連の
一例を示す概略図である。
一例を示す概略図である。
１ 金属板 １ａ 推定目的形状 １ｂ 計測形状 ２ 赤外線温度計 ４，５ 加熱線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神近 亮一 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 2G040 AA01 AB08 BA08 BA27 CA02 CA12 CA17 CA23 DA06 DA12 EA02 EA04 EA13 EB02 EC03 HA02 HA16 2G066 AC11 BA13 BC07 CA02
Claims (3)
- 【請求項１】 加熱中又は加熱後の金属板の温度分布を
非接触式温度計により計測し、該計測温度分布を上記加
熱の実施に用いた加熱線配置と対比させることにより、
各加熱線の計測時点の温度を同定し、次に、各温度水準
における加熱線の固有変形のデータを基に、上記同定し
た温度と対応する固有変形の推定値を求め、更に、該推
定固有変形を基にＦＥＭ弾性シミュレーションを行うこ
とにより、計測時点の目標形状を推定し、該目標形状を
計測形状と比較するようにすることを特徴とする線状加
熱による金属板の曲げ加工形状評価方法。 - 【請求項２】 金属板の温度分布を非接触式温度計によ
って計測することに代えて、加熱条件に基づき熱伝達、
熱伝導解析を行って温度分布を推定するようにする請求
項１記載の線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方
法。 - 【請求項３】 金属板の温度分布を非接触式温度計によ
って計測することに代えて、接触式温度計により金属板
のいくつかの点の部分的な温度を計測し、且つ熱伝導解
析又は数値解析により非計測点の温度を補完推定するよ
うにする請求項１記載の線状加熱による金属板の曲げ加
工形状評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13123799A JP4471415B2 (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13123799A JP4471415B2 (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000317530A true JP2000317530A (ja) | 2000-11-21 |
| JP4471415B2 JP4471415B2 (ja) | 2010-06-02 |
Family
ID=15053223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13123799A Expired - Fee Related JP4471415B2 (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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