JP2004108961A

JP2004108961A - 厚さ測定装置

Info

Publication number: JP2004108961A
Application number: JP2002272552A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Furuta; 古田　哲夫; Tetsuo Unno; 海野　哲生; Teruo Ishizuka; 石塚　照雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP3880909B2

Abstract

【課題】本発明は、２台のレーザ距離検出器による厚さ測定装置において、短時間での厚さ校正が可能な厚さ測定装置を提供する。
【解決手段】被測定対象物７を挟むＣ形フレーム１０の上下の腕部１０Ａ，１０Ｂに配置されたレーザ光線を用いた距離検出器１Ａ、１Ｂと、Ｃ形フレーム１０の上部腕部１０Ａに取り付けられた校正設定部１００で構成され、前記校正設定部１００は、スイングアーム１６を校正位置及び退避位置にエアーシリンダ１３のシリンダを進退させて回動静止させ、且つ、校正時には、スイングアーム１６の一方の先端部に取り付けられた基準板２０を回転モータ１９で回転させ、前記距離検出器１Ａ、１Ｂまたは厚さ測定装置の出力の少なくとも一回転以上の出力の平均値で厚さ校正することを特徴とする厚さ測定装置。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搬送されている鋼板などの厚さを、レーザ光線を用いた距離検出器を使用して測定する技術に係わり、特に厚さ校正を高精度、且つ高速に行うための厚さ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板などの各種素材の形状や製品などの厚さ測定装置として、レーザ光線による距離検出器を使用したものが普及している。この装置は搬送されている被測定対象材の厚さを自動的に、且つ、連続して測定できる。
【０００３】
しかもγ線等を使用した厚さ計の様な特別の安全管理が不要で、更に、放射線のビーム径に比べて小さいビーム径とすることが容易で、被測定対象材の厚さ変化を高分解能で測定することが出来ることから、被測定対象物の端部近傍の急激な形状変化を精度良く計測したいとする分野で、実用化が進んでいる。
【０００４】
この原理を図４に示す。図４において、１Ａ、１Ｂは、被測定対象物７を挟んで、Ｃ形フレーム１０の互いに対向する上部、下部の夫々に置かれたレーザ発信器２Ａ、２Ｂを用いた距離検出器で、距離検出器１Ａと被測定対象物７の間の距離Ｌａ、及び距離検出器１Ｂと被測定対象物７との距離Ｌｂを測定し、厚さ演算器８に、夫々の距離検出器１Ａ、１Ｂとの間の設定距離Ｌｏを予め入力して置き、この設定距離Ｌｏ、及び測定距離Ｌａ、Ｌｂから被測定対象物７の厚さを、ｔ＝Ｌｏ−Ｌａ−Ｌｂとして演算により求めるものである。
【０００５】
尚、前記レーザを用いた距離検出器１Ａ、１Ｂは、レーザ発振器２Ａ、２Ｂ、受光レンズ４Ａ、４Ｂ，イメージセンサ５Ａ、５Ｂ，及び距離演算器６Ａ、６Ｂで構成されている。
【０００６】
一方の距離検出器１Ａでは、レーザ発振器２Ａから発したレーザ光線３Ａが、矢印の様に被測定対象物７の表面で反射し、集光レンズ４Ａでイメージセンサ５Ａ上に結像される。
【０００７】
イメージセンサ４Ａ上に結像された結像位置を三角測量の原理によって、距離演算器６Ａで演算して距離Ｌａを求める。同様にして、距離検出器１Ｂによって距離Ｌｂが求められる。
【０００８】
この様な厚さ測定装置の改良技術としては、次の様なものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術は、被測定対象物７の振動や測定位置のずれによる厚さ測定誤差を低減するために、上下の距離検出１Ａ、１Ｂのレーザ光線３Ａ、３Ｂを同時刻にパルス放射させ、且つ、同一場所を測定する手段を備えた装置である。
【０００９】
また、その他の改良技術として次の様なものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。図４において被測定対象物７の厚さｔがｔ_Ｌに大きく変化した時、受光レンズ４Ａの測定視野が不足する問題を解決するために、前記設定距離Ｌｏを調整可能と出きる様に、距離検出器を上下方向に移動する様にしたものが有る。
【００１０】
また、厚さ校正は、測定位置と退避位置を水平回動可能なアーム上に厚さの基準板を置いて行う方法が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述した三角測量計測を測定原理とする距離検出器を用いた厚さ測定装置（以後レーザ距離計と呼ぶ）は、微小なレーザビーム径を使用できるので空間分解能が良く、γ線等を用いた厚さ形に比べ特別の安全管理は不要であることから用途が拡大していることは既に述べた。
【００１２】
その様なレーザ距離計の用途の中に、例えば、厚板等の大きな形状の鋼板の厚さ測定が有る。
【００１３】
この厚板は、厚さが５ｍｍ乃至１２５ｍｍ、幅が１ｍ乃至５ｍ、長さが５ｍ乃至２０ｍの大きな形状で、生産ラインにおいては、従来、±０．１％の厚さ精度を要求されていたものが、近年、±０．０５％以下の２倍近い厚さの精度で、且つ、鋼板の端部から不感帯なく測定することが可能であるとの要求が増えている。
【００１４】
更に、これらの厚さ測定場所での校正は、鋼板の生産ピッチを低減しない様に、通過される鋼板が存在しない５秒以下の時間で行えることが要求されている。
【００１５】
この様な厚さ計測精度向上の要求に対しても、通常のレーザ距離計は、空間分解能は１ｍｍφ以下で、測定分解能も±０．０１％以上確保できる好適な機種であるが、下記のような問題があり、前述した従来装置では対応が出来なかった。
【００１６】
即ち、その１つは、設定間距離Ｌｏの温度ドリフトによる測定誤差が大きく、、温度ドリフトによる測定誤差を軽減するため、基準板による厚さ校正の頻度を増安必要があることから、校正に時間を要すため、鋼板の生産中での厚さ校正作業が困難であった。
【００１７】
他の１つは、校正時の測定精度にばらつきが発生する問題があったことである。
【００１８】
前者の場合は、距離検出器を取り付けている大型のＣ形フレームが、周囲温度の変化で熱伸縮し、上下の距離検出器の間の設定距離Ｌｏが変動してしまうことにその原因があった。Ｃ形フレームの形状は、前述した厚板の測定の場合、被測定対象物７を挟み込んで測定する為、通常高さは２ｍ、腕の長さは３ｍ程度必要である。
【００１９】
一方、通常の生産ラインでの周温度変化は±１０℃／８ｈ程度あり、このＣ形フレームの素材を鉄で構成すると設定間距離Ｌｏが±１％程度変動することは避けられなかった。
【００２０】
この為、Ｃ型フレームの腕間の距離を短くして、距離検出器の間の設定距離を小さくすると、距離計の測定視野が狭くなり、校正時には距離検出器を移動する時間も必要となる。更に、基準片を退避位置から校正位置に移動するための時間も必要となるため、校正の頻度を早くして温度ドリフトを軽減しようとすることも困難であった。
【００２１】
また、後者においては、レーザ反射光線が、サンプル表面の加工精度（テクスチュア）によって、反射光の拡散分布状態が変化し、受光面でのレーザ反射光線の位置検出精度がばらつくことに原因があった。
【００２２】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、大きな測定空間を必要とする被測定対象物の厚さ測定時の校正を短時間で、且つ高精度で行えるレーザ距離検出器を用いた厚さ測定装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【特許文献１】
特許第２５１９３７５号公報
【００２４】
【特許文献２】
特開２０００―６５５３５号公報
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の厚さ測定装置は、被測定対象物を挟むＣ形フレームの上下の互いに対向する腕部に配置されたレーザ光線を用いた距離検出器と、前記距離検出器の出力から厚さを演算する厚さ演算手段と、
前記Ｃ形フレームの上部腕部に取り付けられた校正設定手段とを備え、
前記校正設定手段は、前記被測定対象物の上部空間に回動支持支点を持ち垂直方向に回動するスイングアーム、このスイングアームの一側に設けら且つこのスイングアームを回動する手段、及び前記スイングアームの他側の先端部に取り付けられた基準板の位置を制御する基準板設定手段を有し、前記スイングアームは、第１の静止位置を前記距離検出器からの投射レーザ光線が前記基準板に垂直となる位置を厚さ校正時の位置とし、第２の静止位置をＣ形フレーム上下で腕部が対抗する空間内で前記距離検出器の投射レーザ光線及び反射レーザ光線と干渉しない位置とし、前記基準板設定手段は、基準板を回転させ、前記距離検出器の出力の少なくとも一回転以上の出力の平均値で厚さ校正させるようにしたことを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、短時間で校正することが可能で、測定環境に強く、且つ、基準板の表面の影響を受けにくい校正手段を備えたので、被測定対象物の生産に影響を与えず、且つ高精度な厚さ測定装置を提供できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図１乃至図４を参照して説明する。
【００２８】
厚さ測定装置は、図１において、被測定対象物７（図１では、図４に示す被測定対象物７の位置に基準板２０が置かれている。）を挟む様に設けられたＣ形フレーム１０と、このＣ形フレーム１０の上部、及び下互いに対向する腕部１０Ａ、１０Ｂに夫々に固定され、所定の設定間距離Ｌｏで設定配置された距離検出器１Ａ、１Ｂと、厚さ測定装置の厚さ校正を行う為の校正設定部１００と、及び厚さ演算器８とで構成される。
【００２９】
Ｃ型フレーム１０腕部１０Ａ、１０Ｂに配置される２台の距離検出器１Ａ、１Ｂの構成は、図４に示すものと同じ構成であるので省略するが、レーザ発振器２Ａ、２Ｂ、と受光レンズ４Ａ、４Ｂ、イメージセンサ５Ａ、５Ｂが三角測量の位置関係になる様に配置され、距離演算器６Ａ、６ｂで被測定対象物７との距離Ｌａ、Ｌｂを求め、厚さ演算器８で厚さ　ｔをｔ＝Ｌｏ−Ｌａ―Ｌｂを演算して求めるものである。
【００３０】
また、校正設定部１００は、Ｃ形フレーム１０の上部腕部１０Ａに固定された軸受けスタンド１５と、軸受けスタンド１５の回転支持支店１５Ａに固定して設定されるスイングアーム１６と、このスイングアーム１６を校正位置と退避位置に夫々回動させる電磁弁１２、エアーシリンダ１３、電磁弁１２とエアーシリンダ１３を繋ぐエアー配管１１、及びリンクバー１４とで構成され被測定対象物７の上部空間に位置して配置されている。
【００３１】
このスイングアーム１６は、エアーシリンダ１３に供給されエアーの供給を電磁弁１２によって制御することにより、エアーシリンダ１３のシリンダを進退させて静止位置を制御する。
【００３２】
即ち、一方をリンクバー１４のエアーシリンダ１３のシリンダの進退部分に、他方を軸受けスタンド１５の回動支持支点１５Ａに固定し、スイングアーム１６の静止位置を制御する。
【００３３】
又、このスイングアーム１６の一方の先端部には、厚さ校正の基準板２０と、この基準板２０を回転させる回転モータ１９とが取り付けられている。
【００３４】
スイングアーム１６の静止位置は、校正位置と退避位置があり、校正位置は厚さ測定装置が校正モードの時に設定されるもので、距離検出器１Ａ、１Ｂのレーザ光線３Ａ、３Ｂが基準板２０の両面に垂直に当たる位置で静止させる。また、基準板２０は、スイングアーム１６が校正モード位置で回転できる様に設定されている。
【００３５】
又、この厚さ測定装置が被測定対象物７の厚さを測定する運転モードに有る時は、被測定対象物７及びレーザ光線３Ａ、３Ｂの障害にならない様にＣ形フレームの上部位置に退避させる。
【００３６】
次に、この様に構成された装置の動作について説明する。通常、この厚さ測定装置には、前述した様に校正モードと運転モードがあり、このモードは図示しない別の装置で予め選択設定されている。
【００３７】
運転モードを選択にするに当たり、予め校正モードで装置の厚さ校正をしておく。図示しない制御盤から校正を指令すると、電磁弁１２が開き、エアー配管１１を介してエアーシリンダ１３にエアーが供給され、エアーシリンダ１３のシリンダを進退させ、リンクバー１４を介してスイングアーム１６を回動させ、図示実線で示す校正位置で静止する。
【００３８】
スイングアーム１６が静止すると、自動的にモータ１９が回転し、基準板２０の厚さ測定を連続して実行する。この時、図２に示す様に基準板２０の表面の表面加工時のテクスチューに方向性や場所による反射率のむらがあると、イメージセンサ５Ａの結像位置での反射光の像は、図２（ｂ）に示す様に、基準板２０のある測定位置では実線に示す様な、ガウス分布形状であったものが、他の位置では破線の様に変化し、像の中心位置がΔｐだけ移動する。
【００３９】
この為、距離検出器１Ａ、１Ｂの測定値はバラツキが発生し、厚さ校正の基準値が場所にばらつく。
【００４０】
この基準板２０の表面は、無方向性で、一定の粗さに加工することが困難で、その為、基準板２０を回転させ、この距離検出器１Ａ、１Ｂの出力の平均値を厚さ基準値として校正し、基準板２０の測定位置によるばらつきを軽減することができる。
【００４１】
スイングアーム１６の校正位置、退避位置への回転速度は、エアーシリンダ１３の駆動制御によって、夫々０．５秒程度で可能である。更に、スイングアーム１６にエアーダンパー等を設ければ、高速回転させても衝撃の無いスムースな動作とすることが出きる。
【００４２】
また、基準板２０を回転する回転モータ１９の回転速度を２００ｒｐｍ程度で、３回転／秒で設定すると、距離測定の時間は１測定点当たり０．０１秒以下にすることが可能であるので、基準板２０の一回転当たり１００点以上の細かな平均値の測定が可能である。
【００４３】
この様な構成においては、上述した様に、スイングアーム１６の駆動を１秒、基準板２０での測定を３秒以下とすることが可能で、厚さ測定の校正開始から次の被測定対象物７の厚さ測定開始までを、５秒以内で設定することができる。
【００４４】
更に、厚板等の生産ラインの環境は、塵埃等が避けられず基準板２０の表面には、これらが付着することが考えられるが、図３（ａ）、（ｂ）は、こうした場合の基準板２０の表面の清掃対策の実施例を示す。
【００４５】
図３において、３１はエアーノズル、３２はブラシで、回転モータ２０が回転すると自動的に塵の清掃を行うことが出きる。
【００４６】
上述した発明においては、Ｃ形フレーム１０の熱収縮は大きな測定誤差を与えるものであるが、周囲温度変化の少ない周期で、基準板２０での厚さ校正を行うことが可能なので温度ドリフトを補正することができる。また、Ｃ形フレーム１０をアンバー（ｉｎｖａｒ）等の低膨張率の金属で構成する必要が無く、加工性の良い安価な装置を提供できる。
【００４７】
更に、校正時間が飛躍的に短縮できるので、被測定対象物７の生産効率に影響を与えない、高精度な厚さ測定が可能となる。
【００４８】
以上本発明の実施の形態においては、スイングアーム１６をエアーシリンダ１３で駆動するものについて説明したが、本発明は前記実施の形態の構成に限定されるもので無く、油圧駆動、電動駆動で行うことも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、厚さ測定装置を退避位置に移動することなく運転位置で且つ高速で校正が行えるので、生産条件効率に影響与ない、高精度な厚さ測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す構成図で（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。
【図２】（ａ）、（ｂ）は基準板テクスチャーの結像の影響の説明図を示す。
【図３】本発明の実施の形態の基準板表面の清掃手段の説明図で（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図４】従来の距離検出器を用いた厚さ測定装置。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ　距離検出器
２Ａ、２Ｂ　レーザ発振器
３Ａ、３Ｂ　レーザ光線
４Ａ、４Ｂ　受光レンズ
５Ａ、５Ｂ　イメージセンサ
６Ａ、６Ｂ　距離演算器
７　被測定対象物
８　厚さ演算器
１０　Ｃ形フレーム
１０Ａ、１０Ｂ　腕部
１１　エアー配管
１２　電磁弁
１３　エアーシリンダ
１４　リンクバー
１５　軸受けスタンド
１５ａ　回動支持支点
１６　スイングアーム
１９　回転モータ
２０　基準板
３１　エアーパージノズル
３２　ブラシ
１００　校正設定部

Claims

被測定対象物を挟むＣ形フレームの上下の互いに対向する腕部に配置されたレーザ光線を用いた距離検出器と、
前記距離検出器の出力から厚さを演算する厚さ演算手段と、
前記Ｃ形フレームの上部腕部に取り付けられた校正設定手段とを備え、
前記校正設定手段は、前記被測定対象物の上部空間に回動支持支点を持ち垂直方向に回動するスイングアーム、このスイングアームの一側に設けら且つこのスイングアームを回動する手段、及び前記スイングアームの他側の先端部に取り付けられた基準板の位置を制御する基準板設定手段を有し、
前記スイングアームは、第１の静止位置を前記距離検出器からの投射レーザ光線が前記基準板に垂直となる位置を厚さ校正時の位置とし、第２の静止位置をＣ形フレーム上下で腕部が対抗する空間内で前記距離検出器の投射レーザ光線及び反射レーザ光線と干渉しない位置とし、
前記基準板設定手段は、基準板を回転させ、前記距離検出器の出力の少なくとも一回転以上の出力の平均値で厚さ校正させるようにしたことを特徴とする厚さ測定装置。
前記スイングアームを回動する手段は、エアー、油圧、又は電動の何れかで駆動することを特徴とする請求項１記載の厚さ測定装置。
前記基準板設定手段は、前記スイングアームに設けた前記基準板及びこの基準板を回転するモータを有すると共に、前記基準板の表面をエアーパージするパージ機構と、表面をブラッシングする固定ブラシを備えたことを特徴とする請求項１記載の厚さ測定装置。