JP2003139502A - 金属帯板のひずみ分布の測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動中の金属帯板材に接触式の測長計を直接
当て、板幅方向の各位置での長さの差を測定してひずみ
分布を測定する。 【構成】 長手方向に移動する金属帯板材Ｓの幅方向の
複数位置における長手方向移動距離を、幅方向に複数配
置した接触式距離検出器１０により同時に測定し、その
データを演算処理器２０に入力して、１箇所の長手方向
移動距離を基準として幅方向各位置の移動距離との差を
求めることにより金属帯板のひずみ分布を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属帯板材の長手方向
に予ひずみを与える際の、金属帯板のひずみ分布の測定
方法およびその測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、倉庫，体育館等の大型建築物で
は、屋根材として金属折板が使用されるようになった。
金属折板は、瓦棒等の屋根材に比較して断面剛性が高い
ため梁ピッチを長くでき、野地板等の下地材の省略もで
きると言うメリットがある。しかし、金属折板は、高い
断面剛性のため曲げ難く、しかも小さな曲げ半径で作業
現場で曲げ施工するために特殊な技能を要することか
ら、アーチ屋根用には不向きとされてきた。この点、ア
ーチ状屋根に適用可能な金属折板が提供されると、アー
チ状屋根の施工に必要な資材の節減，工期短縮が可能と
なり、さらには施工コストを抑えて意匠性のあるアーチ
状屋根を構築できる。

【０００３】そこで、本発明者等は、アーチ状屋根に使
用可能な長手方向に曲率を有する長尺折板の成形方法と
して、幅方向中央部よりも幅方向端部の長手方向長さを
長くした、すなわち長手方向予ひずみを付与した鋼帯等
の帯板材を折板素材に用いる方法を特開平１０−２４４
３２０号公報で紹介した。また、目標とする幅方向分布
で長手方向ひずみを付与する手段として、所定プロフィ
ールをもつ複数の曲げロールによって金属帯板を曲げ変
形する方法を提案した（特願２０００−２９００２１
号）。

【０００４】一般的に一山折板は図１に例示するよう
に、中央部に平坦部、その両側に滑らかに高さが高くな
る斜辺部を持つ断面形状である。したがって、アーチ状
屋根に対応するために折板素材に付与する予ひずみ分布
は、素材の幅方向の両端部に大きな長手方向のひずみが
分布する形態となる。ところで、アーチ屋根用の折板素
材として、帯板材幅方向の特定の位置を他の位置よりも
長くして所望の幅方向長さ分布を与えるに当っては、適
正なひずみ付与条件を設定する必要がある。調整可能な
条件としては、例えば千鳥配置したコンケーブロールの
押込み量、あるいは帯板材に付加する張力等がある。し
かし、付与するひずみは最大でも１％以内と、塑性加工
としては極めて小さいことから、材料特性のバラツキ等
の影響を受け易く、個々の材料毎にひずみ付与条件と結
果を突き合わせることによって試行錯誤で条件を探索す
る必要がある。このため、場合によっては全長にわたっ
てひずみ量を測定する必要もある。

【０００５】予ひずみ分布の形態そのものは折板形状に
合わせた予ひずみを付与するロールの形状でほぼ決ま
る。したがって、実際の予ひずみの付与作業においては
ひずみが最大となる位置でのひずみ量を測定し、目安と
すればよい。ところで、施工条件等にもよるが、アーチ
状屋根用折板素材には通常幅方向中央よりも幅方向両縁
付近が０．１〜０．５％程度長くなるような予ひずみを
与えている。この予ひずみは、例えば鋼帯等の形状不良
の原因となる伸び率差に比べて１桁以上大きいひずみで
ある。伸び率差の測定方法としては、帯板材の製造工程
等で用いられる幅方向の張力分布を測定し、伸び率差に
換算する方法等がある。また、長さを測定する方法とし
てはドップラー効果を利用した非接触方式のものがあ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】張力分布を測定する方
法は、形状不良を防止する目的で開発されたものであ
り、測定するひずみの大きさに制限があるため、積極的
に付与した大きなひずみの測定に適用することは困難で
ある。さらに、測定設備が非常に高価であるため、圧
延，形状矯正等の金属帯大量生産手段以外の屋根材成形
等の板金加工用途には経済的な理由により適用できな
い。また、レーザーセンサーによる非接触方式では長さ
を速度から換算するため、ひずみ量が大きく通板中に波
打ちにより測定対象が上下に動く場合、測定精度が問題
になる。ひずみ付与後の材料を切り出してひずみを測定
する方法は、測定自体は可能であるが、帯板材の全長の
内、切り出した部分しか測定できないうえ、能率、歩留
まりが悪く営業生産には適用し難い。

【０００７】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、移動中の金属帯板材に接触式の測
長計を直接当て、板幅方向の各位置での長さの差を測定
してひずみ分布を測定することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の金属帯板のひず
み分布の測定方法は、その目的を達成するため、長手方
向に移動する金属帯板材の幅方向の複数位置における長
手方向移動距離を距離計により同時に測定し、１箇所の
長手方向移動距離を基準として幅方向各位置の移動距離
との差を求めることを特徴とする。長手方向移動距離の
測定は、金属帯表面に接触して回転する測長ローラーの
回転量を計測するロータリーエンコーダーを使用して行
うことが好ましい。

【０００９】金属帯板のひずみ分布の測定装置は、長手
方向に移動する金属帯板の幅方向の複数箇所に設置さ
れ、測長ローラーの軸が測定対象である帯板材の幅方向
とほぼ平行かつ帯板材表面と測長ローラーが接触するよ
うに配置されたロータリーエンコーダーと、該ロータリ
ーエンコーダーと通信ケーブルで繋がれた演算処理器と
を備えていることを特徴とする。ロータリーエンコーダ
ーが、帯板材表面に対して概略垂直方向に移動可能に、
かつ帯板材の長さ方向に平行な軸を中心に回転自在に取
付けられているものが好ましい。

【００１０】

【実施の形態】まず、本発明にしたがったひずみ分布の
測定装置から説明する。図２に示すように、予ひずみが
付与された金属帯板材の幅方向の複数箇所にロータリー
エンコーダーが配置される（図２では、幅方向の中央と
両縁部に配置）。ロータリーエンコーダーからは、通信
用ケーブルが伸び、演算処理器に繋がれている。演算処
理器では、各ロータリーエンコーダーの測定結果を表示
し、各測定位置でのひずみ量を演算表記するようにして
いる。必要に応じ、記録計やパソコンにも連結して表示
・記憶できるようになっている。

【００１１】ロータリーエンコーダーは、金属帯板材幅
方向の基準位置とひずみ量を測定したい位置に、その回
転軸が帯板材の幅方向とほぼ平行に、かつローラーが帯
板材の表面と接触するように配置する。ローラーによる
移動長さの測定を精度良く行うためには、ローラーと帯
板材表面のすべりを極力少なくする必要がある。例えば
帯板材表面と接触するローラー表面を粗くしたり、材質
そのものを高摩擦係数をもつものにすることが好まし
い。また、ローラーが帯板材の上下方向への変動に追従
可能とすることにより双方の接触圧力を適正に保つとと
もに、さらには、接触力によりローラーが扁平変形を起
こさないような材質のものを選定することが好ましく、
条件に応じて、例えばウレタンゴムライニングを施した
焼入れ鋼等を用いることが好ましい。

【００１２】ローラーが帯板材の幅方向に動いて測定位
置から外れたり、帯板材の移動に伴って長手方向に移動
すると、測定精度が低下するので、ローラーが帯板材の
長手方向および幅方向に移動しないように、かつ帯板材
の長手方向移動に伴う蛇行を起こさないように取付ける
ことが好ましい。このため、例えば図３に示すように、
接触式距離検出器１０のロータリーエンコーダー１１
を、ロータリーエンコーダー取付けベースブラケット１
８を介して帯板材の長さ方向に平行な軸であるロータリ
ーエンコーダー傾斜軸１４を中心に回転自在に取付け、
また、ロータリーエンコーダースライドレール１６に沿
って、ロータリーエンコーダー取付けベース１７が取付
けられたロータリーエンコーダースライド１５を上下方
向移動自在に取付けることによって、ロータリーエンコ
ーダー１１を垂直方向に移動可能とすることが好まし
い。

【００１３】上記のように、ローラー１２，１３と一体
となったロータリーエンコーダー１１を帯板材表面に対
して概略垂直方向に移動可能に、かつ帯板材の長さ方向
に平行な軸を中心に回転自在に設けたことにより、図４
に示すように、予ひずみが与えられ変形した帯板材であ
っても、その上下方向の変動と変形に伴う蛇行に追従し
て、接触式距離検出器１０のローラー１２，１３は常に
帯板材表面に当接し、その移動に伴った移動距離を精度
良く測定することができる。

【００１４】次に、接触式距離検出器による帯板材の移
動距離の測定値からひずみの演算について説明する。帯
板材が長手方向に移動すると、その表面に接触した各ロ
ーラーは幅方向各位置での帯板材の移動量に応じて回転
し、ロータリーエンコーダーよりローラーの回転数に応
じたパルス信号が出力される。ロータリーエンコーダー
から発せられたパルス信号は通信ケーブルを経て演算処
理器に入力される。シーケンサーが組込まれた演算処理
器では、パルス信号を受信してロータリーエンコーダー
毎のパルス数をカウントする。パルス数と移動長さの関
係は、測長ローラーの外径とロータリーエンコーダーの
１回転あたりの出力パルス数より予め設定しておく。

【００１５】１パルスあたりの長さと測定したい精度か
ら、求められる移動距離に達するまでパルスのカウント
を行い、所定距離移動した後に積算されたパルス数より
長さを演算し、基準位置に対する目的位置の長手方向ひ
ずみ量を、次式で算出する。

【００１６】 εｉ＝（Ｌｓ−Ｌｉ）／Ｌｓ・・・・・（１） ただしεｉ：基準位置に対するｉ位置でのひずみ量 Ｌｓ：基準位置での測定長さ Ｌｉ：ｉ位置での測定長さ

【００１７】なお、使用するロータリーエンコーダーと
測長ローラーが全て同じ仕様である場合には、パルスカ
ウント数より移動長さを算出することなく、各位置での
パルスカウント数を（１）式の相当項に代入すればひず
み量を測定でき、処理速度を速くすることができる。

【００１８】本発明の金属帯板のひずみ分布の測定方法
は、例えばアーチ状屋根に使用可能な長手方向に曲率を
有する長尺折板を製造する際に適用することが好ましい
技術である。アーチ状屋根の形状に応じた曲率の違いに
より、また折板形状の違いによって必要とするひずみ分
布は異なってくる。そして、ひずみ分布は予ひずみを与
える際のロールの形状やロールの押込み量、あるいは金
属帯板に負荷する張力等によって変化する。したがっ
て、本発明を予ひずみ形成装置と連動させることによ
り、ひずみ分布値でロールの押込み量や金属帯板に負荷
する張力等を制御すれば、所望の予ひずみ分布をもつ折
板をオンライン制御で、容易に製造することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の測定方
法および測定装置によれば、折板用の予ひずみ付与帯板
材のひずみ量を、オフラインでの測定ではなく、移動中
の帯板材に接触式の測長計を直接当て、板幅方向の各位
置での長さの差を測定して算出するので、ひずみ分布を
精度良く測定することができる。また、折板の用途に応
じて所望のひずみ分布をオンライン制御で付与すること
も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 アーチ状屋根用折板における折板形状と折板
素材に付与されるひずみ分布の例を示す図

【図２】 本発明のひずみ測定装置の概要を示す図

【図３】 本発明に使用する接触式距離検出器の概略図

【図４】 被測定帯板材の形状変化と接触式距離検出器
の位置関係を説明する図

【図５】 被測定帯板材と測定位置および測定対象を示
す図

【符号の説明】

Ｓ：帯板素材 Ｒ：予ひずみ付与装
置 １０：接触式距離検出器 １１：ロータリーエンコ
ーダー １２：測長用ローラー １３：遊転式ローラー １４：ロータリーエンコーダー傾斜軸 １５：ロータリーエンコーダースライド １６：ロータリーエンコーダースライドレール １７：ロータリーエンコーダー取付けベース １８：ロータリーエンコーダー取付けベースブラケット ２０：演算処理器 ２１：測定長表示部 ２２：ひずみ量表示部 ２３：アナログ出力 ２４：記録計 ２５：デジタル出力
２６：パソコン Ａ−Ａ：接触式距離検出器取付け位置 Ｘｓ，Ｘｉ：測長位置 Ｌｓ，Ｌｉ：測定する長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中原 敬之 広島県呉市昭和町11番１号 日新製鋼株式 会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 2F062 AA24 AA99 BB05 BC12 CC07 EE01 EE26 EE42 EE66 FF13 FF25 GG21 GG38 HH05 HH15 HH21 JJ04 JJ05 KK02 NN03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手方向に移動する金属帯板材の幅方向
   の複数位置における長手方向移動距離を距離計により同
   時に測定し、１箇所の長手方向移動距離を基準として幅
   方向各位置の移動距離との差を求めることを特徴とする
   金属帯板のひずみ分布の測定方法。
2. 【請求項２】 長手方向移動距離の測定を、金属帯表面
   に接触して回転する測長ローラーの回転量を計測するロ
   ータリーエンコーダーで行う請求項１に記載の金属帯板
   のひずみ分布の測定方法。
3. 【請求項３】 長手方向に移動する金属帯板の幅方向の
   複数箇所に設置され、測長ローラーの軸が測定対象であ
   る帯板材の幅方向とほぼ平行かつ帯板材表面と測長ロー
   ラーが接触するように配置されたロータリーエンコーダ
   ーと、該ロータリーエンコーダーと通信ケーブルで繋が
   れた演算処理器とを備えていることを特徴とする金属帯
   板のひずみ分布の測定装置。
4. 【請求項４】 ロータリーエンコーダーが、帯板材表面
   に対して概略垂直方向に移動可能に、かつ帯板材の長さ
   方向に平行な軸を中心に回転自在に設けられている請求
   項３に記載の金属帯板のひずみ分布の測定装置。