JP2001153618A - 山形鋼の辺寸法測定方法および山形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 山形鋼の辺寸法をオンラインで精度よく測定
することができる辺寸法測定方法及び山形鋼の製造方法
を提供すること。 【解決手段】 ２つの辺部１１，１２が略９０度をなす
等辺又は不等辺の山形鋼１の辺寸法を測定する方法にお
いて，２つの辺部１１，１２のうち測定対象となる測定
辺部１１の表面に平行光線よりなる測定光８を照射して
測定辺部１１の両端により遮断される遮断位置の間隔に
より辺寸法を測定するに当たり，測定光８の照射方向
は，測定辺部１１と異なる他方の辺部１２の延長線１２
０上より０．５〜４．０度の範囲の角度だけ他方の辺部
１２から離れる方向に傾ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，ロール圧延，押出加工，引抜加
工等によって製造される長尺の山形鋼の辺寸法を精度よ
く測定することができる測定方法及びその測定方法によ
り寸法精度の良い山形鋼を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】山形鋼の辺寸法は，従来，ノギス等の測定
治具を使用してオフラインで測定するのが一般的であ
る。近年では，測定精度が小数点以下２桁まで測定可能
なデジタルノギスも開発されており，山形鋼の辺寸法測
定に関しては，これらの測定治具を用いた人的作業によ
りオフラインで行うことが主流であった。

【０００３】一方，オンラインで山形鋼の辺寸法を測定
する方法としては，機械接触式のものがあり，２つのロ
ールを辺部の先端と頂角とに当接させて，これらのロー
ル間隔を変位センサーで測定する方法がある。しかしな
がら，この機械接触式の場合には，振動等の影響により
測定精度が悪い。

【０００４】また，レーザー変位センサを用いて辺部先
端と頂角部の変位を検知して辺寸法を測定する方法もあ
るが，山形鋼の頂角部及び辺部先端がＲ形状であるの
で，誤差が大きく，ノギス並の精度で測定することが困
難である。そのため，精度の高い辺寸法測定を行うに
は，上記のごとくオフラインでのノギスによる測定が必
要であった。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来のノ
ギスによる辺寸法測定法には，次の問題がある。即ち，
ノギスによる測定は，人的作業によりなし得るものであ
るので，製造ラインを止めてオフラインで行う必要があ
る。そのため，生産性を大きく阻害してしまう。また，
人的作業による測定は，治具精度がよくても，測定間違
いや測定者の技量によるばらつきが生じる。例えば，熟
練作業者によりノギスを使った山形鋼の辺寸法測定誤差
は約±０．１ｍｍである。

【０００６】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，山形鋼の辺寸法をオンラインで精度よく
測定することができる辺寸法測定方法及びその測定方法
により寸法精度の良い山形鋼を製造する方法を提供しよ
うとするものである。

【０００７】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，２つの辺部が略
９０度をなす等辺又は不等辺の山形鋼の辺寸法を測定す
る方法において，上記２つの辺部のうち測定対象となる
測定辺部の表面に，平行光線よりなる測定光を照射して
上記測定辺部の両端により遮断される遮断位置の間隔に
より辺寸法を測定するに当たり，上記測定光の照射方向
は，上記測定辺部と異なる他方の辺部の延長線上より
０．５〜４．０度の範囲の角度だけ該他方の辺部から離
れる方向に傾けることを特徴とする山形鋼の辺寸法測定
方法にある。

【０００８】本発明において最も注目すべきことは，上
記平行光線よりなる測定光を使用し，これを上記測定辺
部の表面に照射する際に，その照射方向を，上記他方の
辺部の延長線上より０．５〜４．０度だけ他方の辺部か
ら離れる方向に傾けることである。

【０００９】次に本発明の作用効果につき説明する。本
発明においては，上記所定角度だけ傾けた測定光を用い
て測定を行うので，山形鋼の頂角部の角度ばらつき等の
影響を大幅に抑制することができ，高い測定精度で辺寸
法を測定することができる。

【００１０】即ち，測定光を上記角度だけ上記他方の辺
部から離れる方向に傾けることにより，測定光が上記他
方の辺部に照射されて誤測定されることを防止し，確実
に上記測定辺部のみに照射させることができる。更に，
上記測定光の傾斜角度が０．５〜４．０度の範囲内であ
るので，上記測定光の傾きによる測定誤差をほとんど生
じさせることなく，高精度の測定を実現することができ
る。

【００１１】特に，上記山形鋼の頂角部及び各辺部の頂
点部に曲率を設けている場合には，測定辺部と測定光と
のなす角度が９０度から多少ずれても，測定光と９０度
をなす方向の幅寸法を実際の辺寸法とほぼ同等に維持す
ることができる。即ち，図１に示すごとく，測定光８を
傾斜させても，辺部の両端位置を同一円上における変化
に近似させることができ，誤差をほとんど無くすことが
できる。

【００１２】ここで，上記測定光の傾斜角度が０．５度
未満の場合には山形鋼の捩り等によって上記他方の辺部
に測定光が接するおそれがある。一方，上記傾斜角度が
４．０度を超える場合には，測定辺部と測定光のなす角
度が９０度からずれる量が大きくなり，これによる測定
誤差が生じるおそれがある。従って，上記測定光の傾斜
角度を上記の０．５〜４．０度に限定することにより，
上記のごとく優れた高精度の測定を実現できる。

【００１３】また，上記測定光を用いた計測は，山形鋼
の製造ラインにおいてオンラインで実施することができ
る。即ち，製造ライン上を通過する製造中の山形鋼を所
定の基準線に沿って移行させる限り，山形鋼の多少の反
りや捩りがあったとしても，上記傾斜角度をもった測定
光を照射することにより，上記のごとく精度よく測定を
行うことができる。

【００１４】従って，本発明によれば，山形鋼の辺寸法
をオンラインで精度よく測定することができる辺寸法測
定方法を提供することができる。

【００１５】次に，請求項２の発明のように，上記測定
光は，上記測定辺部の辺寸法よりも大きい幅を有する平
行光線であることが好ましい。この場合には，上記測定
辺部の辺寸法よりも大きい幅で測定光を照射できるの
で，該測定光が上記測定辺部により遮断される遮断幅を
検知して該遮断幅から辺寸法を容易に算出することがで
きる。そして，この場合には，光源及び受光装置を１組
で構成することができ，装置のシンプル化，精度の向上
等を図ることができる。

【００１６】また，請求項３の発明のように，上記測定
光は，複数の光源から上記測定辺部の両端側にそれぞれ
照射される平行光線とすることもできる。この場合に
は，上記測定辺部の寸法よりも狭い幅の測定光を組み合
わせて使用することができ，装置のコンパクト化等を図
ることができる。また，この場合にも，複数の測定光が
遮断される位置あるいは幅から容易に上記測定辺部の辺
寸法を容易に算出することができる。

【００１７】また，上記測定光はレーザー光であること
が好ましい。この場合には，直線性に優れた連続的な測
定光を容易に得ることができ，装置の簡易化及び測定精
度の向上を図ることができる。レーザー光としては，半
導体レーザー，ガスレーザー，等種々のレーザー光を用
いることができる。

【００１８】また，請求項５の発明のように，上記山形
鋼の測定辺部の端部は，曲率半径が０．５〜１０．０ｍ
ｍの曲面を有していることが好ましい。この場合には，
測定光の傾きにより上記測定辺部と測定光とがなす角度
が９０度からずれた場合においても上記半径の曲率によ
って誤差を抑制することができる。なお，前記山形鋼の
測定辺部の先端および２つの辺部の間の頂角部における
曲率半径は，塑性加工に伴う前記山形鋼の厚みにほぼ比
例するがそれに制限されるものではない。

【００１９】また，請求項６の発明は，等辺又は不等辺
の山形鋼の製造方法において，前記山形鋼を塑性加工工
程により２つの辺部が略９０度をなすように加工した
後，上記２つの辺部のうち測定対象となる測定辺部の辺
寸法を，請求項１〜５のいずれか１項に記載の山形鋼の
辺寸法測定方法により測定し，得られた辺寸法と次工程
における目標寸法とから塑性加工量を算出し，得られた
塑性加工量を付与するように上記次工程の塑性加工を行
うことを特徴とする山形鋼の製造方法にある。

【００２０】本発明においては，上記の優れた辺寸法測
定方法を利用して，塑性加工工程で加工された山形鋼の
辺寸法を測定し，この測定結果を用いて次工程を制御す
る，いわゆるフィードフォワード制御を行う。この場合
には，上記辺寸法の測定精度が上記のごとく優れている
ので，次工程の最適な塑性加工量を正確に求めることが
でき，次工程の加工精度を向上させることができる。

【００２１】また，請求項７の発明は，等辺又は不等辺
の山形鋼の製造方法において，前記山形鋼を塑性加工工
程により２つの辺部が略９０度をなすように加工した直
後に，上記２つの辺部のうち測定対象となる測定辺部の
辺寸法を，請求項１〜５のいずれか１項に記載の山形鋼
の辺寸法測定方法により測定し，得られた辺寸法と現工
程である上記塑性加工工程の目標寸法とから塑性加工量
の修正量を算出し，得られた修正量により修正した塑性
加工量を付与するように上記現工程の塑性加工を行うこ
とを特徴とする山形鋼の製造方法にある。

【００２２】本発明においては，上記の優れた辺寸法測
定方法を利用して，現工程である塑性加工工程で加工さ
れた山形鋼の辺寸法を加工直後に測定し，この測定結果
を用いて現工程を制御する，いわゆるフィードバック制
御を行う。この場合には，上記辺寸法の測定精度が上記
のごとく優れているので，現工程の最適な塑性加工量を
正確に修正（補正）することができ，現工程の加工精度
を向上させることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかる山形鋼の辺寸法測定方法に
つき，図１〜図７を用いて説明する。本例は，山形鋼の
製造ラインに本発明の辺寸法測定方法を利用した辺寸法
測定装置を組み込んだ例である。

【００２４】本例の辺寸法測定装置３は，図２に示すご
とく，その前後のガイドローラ２の間に配設されてお
り，パスラインＰに沿って流れる山形鋼の辺寸法をオン
ラインで測定するものである。前後のガイドローラ２
は，図３に示すごとく，いずれも同様の構造を有してお
り，中央部を窪ませた上ロール２１と中央部を突出させ
た下ロール２２とにより山形鋼を挟持してガイドするよ
う構成されている。

【００２５】また，辺寸法測定装置３は，図４に示すご
とく，２組のレーザー光送受光装置を備えている。即
ち，同図に示すごとく，左斜め上方から右斜め下方に向
けて測定光８としての半導体レーザー光を照射する第１
送光器３１１と，このレーザー光を受光する第１受光器
３１２とよりなる第１の送受光装置と，右斜め上方から
左斜め下方に向けて測定光８としての半導体レーザー光
を照射する第２送光器３２１とこのレーザー光を受光す
る第２受光器３２２とよりなる第２の送受光装置とが設
けられている。

【００２６】これらの２組の送受光装置は，山形鋼１の
辺部１１と辺部１２とをそれぞれ測定辺部としてその辺
寸法を測定する。そして，各送受光装置は，測定対象と
なる測定辺部１１あるいは１２の表面に測定光８を照射
して遮断された測定光８の遮断位置の間隔により辺寸法
を測定する。本例では，上記測定光８の照射は上記測定
辺部１１あるいは１２の辺寸法よりも大きい幅で照射
し，該測定光８が上記測定辺部１１あるいは１２により
遮断される遮断幅を検知して該遮断幅から辺寸法を算出
するように構成してある。

【００２７】また，上記測定光８の照射方向は，測定辺
部１１あるいは１２と異なる他方の辺部１２あるいは１
１の延長線上よりα度だけ該他方の辺部から離れる方向
に傾ける。第２の送受光装置の場合を図１に示す。同図
に示すごとく，測定光８の照射方向は，他方の辺部１２
の延長線１２０と傾斜角αをなすように向けてある。本
例では，このαを両送受光装置とも２度にセットした。

【００２８】また，上記各送受光装置は図示しない制御
部に接続されており，測定した辺寸法データを製造ライ
ンの次工程程に送って加工精度を向上させている。具体
的には，図５に示すごとく，上記辺寸法測定装置３を通
過した山形鋼１の辺部１１，１２の辺寸法をそれぞれ測
定し，次いで，図６に示す下工程のコバ圧下装置４によ
り辺寸法を修正する。即ち，コバ圧下装置４では，上記
の測定された辺寸法と本装置での目標寸法とから塑性加
工量を算出し，得られた塑性加工量を付与するように塑
性加工を行う。

【００２９】コバ圧下装置４は，同図に示すごとく，中
央部が山形状に窪んだ上ロール４１と，辺部先端（コバ
部）に対応して設けられた凹部４２０を有する左右一対
の下ロール４２とよりなり，下ロール４２を上記辺寸法
データに応じて斜め上方に圧下することにより辺寸法を
修正するよう構成されている。

【００３０】次に，図７に示すごとく，辺寸法を修正し
た山形鋼１を，圧延機５により圧延することにより，辺
部の面形状を仕上げる。この圧延機５は，同図に示すご
とく，山形状に中央部を窪ませた上ロール５１と，山形
状に中央部を突出させた下ロール５２とよりなり，両者
により山形鋼１を圧延できるよう構成されている。

【００３１】このように，本例では，上記辺寸法測定装
置３により測定した辺寸法データに基づいて，山形鋼の
寸法精度を向上させている。従って，辺寸法データの正
確性が山形鋼１の寸法精度を大きく左右することとな
る。本例では，上記辺寸法測定装置３を用いて上記のご
とく測定するので，辺寸法データを精度の高いものとす
ることができる。

【００３２】即ち，本例においては，上記所定角度αだ
け傾けた測定光８を用いて測定を行うので，山形鋼１の
頂角部１０の角度ばらつき等の影響を大幅に抑制するこ
とができ，高い測定精度で辺寸法を測定することができ
る。

【００３３】即ち，図１に示すごとく，測定光８を上記
角度αだけ測定辺部１１でない他方の辺部１２から離れ
る方向に傾けることにより，測定光８が他方の辺部１２
に照射されることを防止し，確実に測定辺部１１のみに
照射させることができる。更に，測定光８の傾斜角度α
が２度であるので，測定光８の傾きによる測定誤差をほ
とんど生じさせることなく，高精度の測定を実現するこ
とができる。

【００３４】また，本例の山形鋼１は，図１，図５に示
すごとく，頂角部１０及び各辺部１１，１２の頂点部に
曲率を設けている。そのため，図１に示すごとく，測定
光８を傾斜させても，辺部１１の両端位置を同一円上に
おける変化に近似させることができ，誤差をほとんど無
くすことができる。従って，本例では，辺寸法の測定を
非常に精度よく行うことができる。そして，この優れた
辺寸法測定結果を，上記のごとく次工程のフィードフォ
ワード制御に用いることにより，得られる山形鋼１の寸
法精度を従来よりも向上させることができる。なお，上
記寸法測定結果を現工程，即ち上記辺寸法測定装置３の
前方にある塑性加工装置にフィードバックして加工精度
を向上させることも勿論可能である。

【００３５】実施形態例２ 本例では，実施形態例１の辺寸法測定装置３における１
組の送受光装置を用い，測定光８と他方辺部１２の延長
線１２０との傾斜角度α，頂角の曲率，辺部先端の曲率
および辺部先端の形状と，測定精度との関係を実験によ
り検証した。

【００３６】実験は３種類行った（実験１〜３）。 （実験１）本実験では，辺部１１の実際の辺寸法が５０
ｍｍ，頂角部１０の頂角βが９０度，辺部１１の厚みが
６ｍｍである山形鋼１を基準として，その頂角部１０の
曲率半径（頂角ｒ）が１．２ｍｍのものを用い，辺部先
端の曲率半径（コバＲ）を３．６〜６．０ｍｍまで変化
させた山形鋼を用いた。また，辺部先端形状としては，
図８に示すごとく，曲面の頂点，即ち最も突出した点１
１５の表面からの距離Ｓが０．２ｍｍとなる形状とし
た。そして，測定光８の傾斜角度αを０〜８度まで変化
させて辺寸法を測定した。

【００３７】測定結果を図９に示す。同図は，横軸に辺
部先端の曲率半径（コバＲ）を，縦軸に辺寸法の測定値
（レーザ測定値）をとったものである。同図より知られ
るごとく，測定光の傾斜角度αが大きくなれば測定誤差
が大きくなる傾向にあるが，少なくともαが４度以内で
あれば，誤差量を±０．０５ｍｍ以内に収めることがで
きることがわかる。

【００３８】（実験２）本実験では，辺部１１の実際の
辺寸法が５０ｍｍ，頂角部１０の頂角βが９０度，辺部
１１の厚みが６ｍｍである山形鋼１を基準として，その
辺部先端の曲率半径が４．０ｍｍのものを用い，頂角部
１０の曲率を１．０〜２．０ｍｍまで変化させた山形鋼
を用いた。また，辺部先端形状としては，上記距離Ｓ
（図８）が０．２ｍｍとなる形状とした。そして，測定
光８の傾斜角度αを０〜８度まで変化させて辺寸法を測
定した。

【００３９】測定結果を図１０に示す。同図は，横軸に
頂角部の曲率半径（頂角ｒ）を，縦軸に辺寸法の測定値
（レーザ測定値）をとったものである。同図より知られ
るごとく，この場合にも，測定光の傾斜角度αが大きく
なれば測定誤差が大きくなる傾向にあるが，少なくとも
αが４度以内であれば，誤差量を±０．０５ｍｍ以内に
収めることができることがわかる。

【００４０】（実験３）本実験では，辺部１１の実際の
辺寸法が５０ｍｍ，頂角部１０の頂角βが９０度，辺部
１１の厚みが６ｍｍである山形鋼１を基準として，その
辺部先端の曲率半径が４．０ｍｍ，頂角部１０の曲率が
１．２ｍｍに固定し，辺部先端形状として上記距離Ｓ
（図８）を０．０〜０．５ｍｍまでの範囲で変化させた
形状とした。そして，測定光８の傾斜角度αを０〜８度
まで変化させて辺寸法を測定した。

【００４１】測定結果を図１１に示す。同図は，横軸に
辺部先端の形状を示す上記距離Ｓ（コバ先端位置Ｓ）
を，縦軸に辺寸法の測定値（レーザ測定値）をとったも
のである。同図より知られるごとく，この場合にも，測
定光の傾斜角度αが大きくなれば測定誤差が大きくなる
傾向にあるが，少なくともαが４度以内であれば，誤差
量を±０．０５ｍｍ以内に収めることができることがわ
かる。

【００４２】上記の実験の結果から，山形鋼１の形状等
が多少変化しても，少なくとも測定光８の傾斜角度を４
度以内にすれば，辺寸法測定を非常に精度よく行うこと
ができるということがわかった。

【００４３】

【発明の効果】上述のごとく，本発明によれば，山形鋼
の辺寸法をオンラインで精度よく測定することができる
辺寸法測定方法及び山形鋼の製造方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，測定光の傾斜角度を説
明する説明図。

【図２】実施形態例１における，辺寸法測定装置を示す
側面図。

【図３】実施形態例１における，辺寸法測定装置前後の
ガイドローラの正面図。

【図４】実施形態例１における辺寸法測定装置を示す正
面図。

【図５】実施形態例１における，辺寸法を測定する山形
鋼を示す説明図。

【図６】実施形態例１における，コバ圧下装置を示す説
明図。

【図７】実施形態例１における，圧延機を示す説明図。

【図８】実施形態例２における，辺部先端形状における
距離Ｓを示す説明図。

【図９】実施形態例２における，実験１の結果を示す説
明図。

【図１０】実施形態例２における，実験２の結果を示す
説明図。

【図１１】実施形態例２における，実験３２の結果を示
す説明図。

【符号の説明】

１．．．山形鋼， １０．．．頂角部， １１，１２．．．辺部， ２．．．ガイドローラ， ３．．．辺寸法測定装置， ４．．．コバ圧下装置， ５．．．圧延機， ８．．．測定光，

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA23 BB05 BB11 BB15 CC00 EE00 FF02 GG04 HH03 HH05 HH12 HH14 HH15 JJ05 JJ07 PP16 QQ25 QQ28

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの辺部が略９０度をなす等辺又は不
   等辺の山形鋼の辺寸法を測定する方法において，上記２
   つの辺部のうち測定対象となる測定辺部の表面に，平行
   光線よりなる測定光を照射して上記測定辺部の両端によ
   り遮断される遮断位置の間隔により辺寸法を測定するに
   当たり，上記測定光の照射方向は，上記測定辺部と異な
   る他方の辺部の延長線上より０．５〜４．０度の範囲の
   角度だけ該他方の辺部から離れる方向に傾けることを特
   徴とする山形鋼の辺寸法測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記測定光は，上記
   測定辺部の辺寸法よりも大きい幅を有する平行光線であ
   ることを特徴とする山形鋼の辺寸法測定方法。
3. 【請求項３】 請求項１において，上記測定光は，複数
   の光源から上記測定辺部の両端側にそれぞれ照射される
   平行光線であることを特徴とする山形鋼の辺寸法測定方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項において，
   上記測定光はレーザー光であることを特徴とする山形鋼
   の辺寸法測定方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項において，
   上記山形鋼の測定辺部の端部は，曲率半径が０．５〜１
   ０．０ｍｍの曲面を有していることを特徴とする山形鋼
   の辺寸法測定方法。
6. 【請求項６】 等辺又は不等辺の山形鋼の製造方法にお
   いて，前記山形鋼を塑性加工工程により２つの辺部が略
   ９０度をなすように加工した後，上記２つの辺部のうち
   測定対象となる測定辺部の辺寸法を，請求項１〜５のい
   ずれか１項に記載の山形鋼の辺寸法測定方法により測定
   し，得られた辺寸法と次工程における目標寸法とから塑
   性加工量を算出し，得られた塑性加工量を付与するよう
   に上記次工程の塑性加工を行うことを特徴とする山形鋼
   の製造方法。
7. 【請求項７】 等辺又は不等辺の山形鋼の製造方法にお
   いて，前記山形鋼を塑性加工工程により２つの辺部が略
   ９０度をなすように加工した直後に，上記２つの辺部の
   うち測定対象となる測定辺部の辺寸法を，請求項１〜５
   のいずれか１項に記載の山形鋼の辺寸法測定方法により
   測定し，得られた辺寸法と現工程である上記塑性加工工
   程の目標寸法とから塑性加工量の修正量を算出し，得ら
   れた修正量により修正した塑性加工量を付与するように
   上記現工程の塑性加工を行うことを特徴とする山形鋼の
   製造方法。