JP2006220587A

JP2006220587A - 放射温度計の光軸位置決め装置および方法

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Publication number: JP2006220587A
Application number: JP2005035662A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kushida; 靖夫櫛田; Kaoru Hogaki; 薫穂垣
Original assignee: JFE Steel Corp; JFE Denki Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Denki Corp
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: JP4448041B2

Abstract

【課題】容易に溶接部の温度を検出する温度計の良否を判定し、また容易に温度計の視野位置を確認できる放射温度計の光軸位置決め装置および方法を提供することにある。
【解決手段】放射温度計の視野面積よりも小さい発熱面積を有する発熱体２０と、発熱体２０を所定の位置に移動させ、かつその位置を計測できる発熱体移動機構部２１とを備え、放射温度計による発熱体２０の温度計測と、発熱体移動機構部２１による発熱体２０の位置計測により、前記放射温度計の光軸を定量的に確認およびまたは調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シーム溶接機で溶接された鋼板の溶接温度を測定するのに用いられる放射温度計の光軸を確認する放射温度計の光軸位置決め装置および方法に関するものである。

薄鋼板の連続処理ラインにおいては、先行材と後行材を接続するためにシーム溶接機がよく用いられている。この溶接機は、連続ラインの運転を停止し、先行材の尾端部と後行材の先端部を溶接機機構部内で重ね合わせた状態とする。次に先行材と後行材をクランプ装置で固定しシャーで切断した後、再度先行材と後行材を２〜３mm程度重ね合わせる。次に先行材と後行材の板厚、材質などに基づいて溶接電流、溶接速度、電極押し付け圧力などを設定した後、円盤状の導体（これを電極輪と称する）によりストリップを上下より押し付け、ストリップの板幅方向に対して端部からもう一方の端部に向かって走行させ、この電極輪に所定の電流を通じることにより電気抵抗により加熱、圧接させるものである。この溶接機により溶接された溶接部の良否判定は、後工程における溶接部破断によるライン停止を防止する上できわめて重要である。

従来、オンラインでの溶接部良否判定は、溶接を行っている際の溶接部火色やスパッターの飛散状況を目視で観察し、オペレーターの感と経験により判断する方法や、溶接部をハンマーでたたいて溶接強度を確認するハンマーテストなどの官能的な手法が用いられてきた。しかしこれらの方法では溶接部の良否を定量的に評価することができないため溶接不良によるライントラブルを完全に回避することは困難であった。

この溶接良否を判定する方法としては、例えば特許文献１には、シーム溶接部において、あらかじめストリップの重ね厚みと溶接良好強度域の関係を制御器に記憶し、溶接時のストリップ接続溶接部の重ね厚みと溶接直後の溶接部温度を前記制御器に導入し、溶接良否を判定する方法などが開示されている。

ストリップの溶接状態は、種々の要因により左右される。例えば、溶接電流、溶接速度（電極輪の走行速度）、電極輪の押し付け圧力、およびストリップの重ね合わせ代などの変化は、すべて溶接部の温度の変化として現れる。したがって、溶接部の温度を計測することは、溶接の良否を判定する上できわめて有効な方法である。ここで溶接が不良で有ると判断された場合は再度溶接を行うこととなるが、ラインが高速度で運転されている場合、溶接を２回行うだけの時間的な余裕がない場合も多い。しかし、溶接不良によりストリップがライン内で破断した場合の被害は甚大であり、破断防止のためにはあえてラインを停止しても再溶接を行った方が経済的な効果は大きい。このため、溶接状態判定装置には精度の高い良否判定結果が求められる。

しかし、溶接温度は、温度計の異常や、温度計の測定ヘッド部の汚れなどによって正常に計測できない場合があり、また温度計の視野位置のずれなどによっても測定結果には変化が生じる。このような状態が発生した場合、従来の溶接状態判定装置では温度計が異常なのか、温度計の視野位置がずれているのか、あるいは本当に溶接温度に変化か生じているのかが容易には判別できない。

一般的に温度計自身の良否の判定は黒体炉をもちいて行われるが、この方法では温度計を取り外し、黒体炉を設置している試験場に持ち込んで試験を行う必要が有り、溶接直後の短期間の間に温度計が正常であったのかどうかを判断することは不可能である。

また、溶接部の温度を計測しようとする場合、以下のような問題が発生する。まずストリップの重ね合わせ代の幅はおおむね２〜３mm程度であり、また電極輪の幅は１０〜２０mm程度であるため、溶接部の加熱される幅はせいぜい５〜１０mm程度である。しかるに溶接部の温度を計測する手段としては放射温度計のような非接触式温度計をもちいる必要があるが、この場合、温度計の視野径を大きくすると非加熱部分の温度を含めた平均温度となり正確な計測ができなくなる。したがって視野径は小さくする必要が有るが、小さくすると視野位置を精密に調整する必要が生じる。また、溶接直後の温度を計測する必要が有るため、温度計は電極輪に可能な限り近づけることが望ましい。

ところが、電極輪はストリップに強く押し付けられた状態で溶接の度に加熱、冷却を繰り返すとともに、スパッターの飛散などがあるため、その表面が荒れてくる。電極輪の表面が荒れた状態では正常な溶接ができないため、定期的に電極輪表面を研削しなければならない。そして、研削の度に電極輪の径は徐々に小さくなるので、所定の周期で電極輪の交換を行わなければならない。この交換の際に、電極輪の機械的な位置がずれたり、またこれらの作業を行う際に温度計に触れ、温度計の位置がずれる場合がある。この場合視野径が小さいほどこのずれの影響が大きく出てしまい、正常に溶接部の温度が計測できなくなってしまうことになる。

したがって、放射温度計の測定位置を合わせるため、放射温度計の光軸位置を調節する必要がある。特許文献２および特許文献３には、放射温度計にレーザー光発生器を取付、このレーザー光により光軸位置決めを行う技術が開示されている。

さらに、特許文献４には、放射温度計の光軸上にヒーターを取り付け、温度計の異常判定、光軸確認を行う技術が開示されている。
特開昭６３−２０３２８５号公報特開平８−３２７４６０号公報特開平１０−１９７４６６号公報特開平１０−１８５８４８号公報

しかしながら、特許文献２および特許文献３に開示されたレーザー光を用いる方法では、レーザーを投射してもターゲット位置ではぼやけて光軸位置を正確に読むことは極めて困難であるという問題がある。この理由は、放射温度計の集光レンズを、レーザー投射時に共用しているためである。通常、溶接時の入熱幅は数ｍｍ〜１０数ｍｍであり、放射温度計の視野スポット径を小さくするとスパッターなどの影響で温度変化が大きくなりすぎるので例えばスポット径５〜８ｍｍになるように集光系を調節している。この集光系を利用して、レーザーを投射しているので、ターゲット位置では上記スポット径にレーザー光が拡散することとなり、目視等では正確に定量的な読みとりが難しくなる。

さらに、特許文献４のヒーターを用いる方法では、（１）装置が複雑かつ大がかりとなり設置費用が大きい、（２）溶接機キャリッジが待機位置にてヒーターを移動させ温度計チェックおよび光軸確認を行うが、キャリッジの停止位置は一般的にリミットＳＷによる制御であるため高精度の位置決め困難であり、光軸を高精度に確認することができない（３）ヒーター位置を確認するための構造、方法について記述されていない、といった問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、容易に溶接部の温度を検出する温度計の良否を判定し、また容易に温度計の視野位置を確認できる放射温度計の光軸位置決め装置および方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、上下一対の円盤電極を備えたシーム溶接機で溶接された直後の鋼板の溶接部の温度を測定する際に用いられる放射温度計の光軸位置決め装置であって、前記放射温度計の視野面積よりも小さい発熱面積を有する発熱体と、該発熱体を所定の位置に移動させ、かつその位置を計測できる発熱体移動機構部とを備え、前記放射温度計による前記発熱体の温度計測と、前記発熱体移動機構部による前記発熱体の位置計測により、前記放射温度計の光軸を定量的に確認およびまたは調整することを特徴とする放射温度計の光軸位置決め装置である。

また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の放射温度計の光軸位置決め装置において、前記放射温度計の光軸を定量的に確認およびまたは調整するにあたっては、前記放射温度計の指示値がピークを示す位置が光軸位置であると判断することを特徴とする放射温度計の光軸位置決め装置である。

また本発明の請求項３に係る発明は、上下一対の円盤電極を備えたシーム溶接機で溶接された直後の鋼板の溶接部の温度を測定する際に用いられる放射温度計の光軸位置決め方法であって、前記放射温度計のターゲット位置近傍に、前記放射温度計の視野面積よりも小さい発熱面積を有する発熱体を設置するとともに、前記発熱体を所定の位置に移動させ、かつその位置を計測可能として、前記放射温度計による前記発熱体の温度計測と、前記発熱体の位置計測により、前記放射温度計の光軸を定量的に確認およびまたは調整することを特徴とする放射温度計の光軸位置決め方法である。

さらに本発明の請求項４に係る発明は、請求項３に記載の放射温度計の光軸位置決め方法において、前記放射温度計の光軸を定量的に確認およびまたは調整するにあたっては、前記放射温度計の指示値がピークを示す位置が光軸位置であると判断することを特徴とする放射温度計の光軸位置決め方法である。

本発明によれば、放射温度計の光軸を極めて容易にかつ高精度に確認することが可能となり、これによって溶接温度測定精度の向上に大いに寄与する。

本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら以下説明する。図１は、本発明を実施するための構成の一例を示す図である。シーム溶接機における先行ストリップ１と後行ストリップ２の溶接を行っている状態を模式的に表しており、車輪４により移動可能なキャリッジ３には上下に電極輪５、スエージングロール６が設置されている。また、下部電極輪とスエージングロールの間に集光レンズ７が設置され、光ファイバー８を介し、温度検出器９と接続されている。温度検出器９は、溶接状態判定装置１０に溶接部の測温結果を出力する。溶接状態判定装置１０は、あらかじめ上位計算機１１から先行ストリップ１および後行ストリップ２の板厚および鋼種と、シーム溶接機制御装置１２から溶接条件を設定されており、これにより溶接温度の良好範囲をあらかじめ決定しておく。つぎに、シーム溶接機制御装置１２からの計測開始指令により計測を行い、溶接温度が良好範囲から外れたとき溶接異常と判定する。

図２および図３は、本発明に係る光軸位置決め装置の一例を模式的に説明したものであり、図２は上面から見た図、図３は側面から見た図である。図２において、２０は放射温度計の光軸を確認するための発熱体、２１は発熱体２０を所定の位置に移動させる発熱体移動機構部である。この発熱体移動機構部２１は、発熱体２０を所定の位置に移動させるだけでなく、マイクロメータのような高精度にその位置または移動量を計測できる構成とするが、最低限、溶接線と垂直方向または水平方向に移動および計測可能とすることが必要である。２２は、発熱体２０および発熱体移動機構部２１を固定するとともに、測定時に所定の位置に設置するためのベースである。また２３は、ベース２２に固定され、本装置が正常に設置できているか確認するための水準器である。２４は発熱体に電流を流すための電源装置であり、電線２５により発熱体２０と接続されている。

発熱体２０としては、放射温度計の視野径よりも小さい面積の発熱体であり、その材質はニクロム線が入手および加工が容易であるため、これを用いるのが好適であるが、発熱できるものであればこれに限るものでない。また、発熱体２０としてニクロム線を用いた場合、ニクロム線の径はあまり細いと発熱時に断線しやすいので、２〜３ｍｍ程度のものを使用するのがよい。また、ニクロム線は何度も発熱を繰り返しているといずれ断線してしまうので、容易に交換できるようビス止めとしておくのが望ましい。また、ニクロム線が熱変形により容易に曲がらないようにするため、ニクロム線にバネ等により張力を与える構造にするとよい。さらに、ニクロム線自身の熱容量は小さいので、風などの周囲環境の影響を受けやすいため、例えばカバーなどして直接風が当たらないようするなどの環境対策を施すようにするとよい。

図３において、７〜９は図１と同じく、それぞれ放射温度計の集光レンズ、光ファイバー、および温度検出器であり、発熱体２０を固定したベース２２は、電極輪５とスエージングロール６上に被さるかたちで設置される（このためベース２２はコの字断面であり、一方の側面には、設置後ずれないようにする固定治具を有する）。そして、発熱体２０が放射温度計の光軸上近傍に位置するように、ベース２２を電極輪５またはスエージングロール６方向に移動させる。

本発明における放射温度計の光軸確認、調整を行う具体的な手順について、以下に説明する（図２および３参照）。
（１）溶接機（(図示せず)を待機位置にし、電極輪５とスエージングロール６のレベルがあっていることを確認する。
（２）電極輪５とスエージングロール６の上に、発熱体２０および発熱体移動機構部２１を固定したベース２２を被いかぶせるように設置する。この時、発熱体２０と電極輪５の相対的な位置関係があっていることを確認する。また、水準器２３により水平に取り付けられていることを確認する。なお、過去の実験により、溶接方向（電極輪５とスエージングロール６とを結ぶ方向）に１０ｍｍ程度光軸がズレても温度変化は無視できる程度であるため、溶接方向については厳密にあわせる必要はなく、たとえば前述した放射温度計のスポット径の１０％以内にするようにすればよい。以上の取付位置確認を行った後、ベース２２を固定治具により電極輪５とスエージングロール６に固定する。
（３）次に発熱体２０の端子に電源装置２４からの電線２５を接続する。
（４）発熱体２０に電流を流し、発熱させる。電源は発熱量を安定させるため、電流一定制御付きの電源とするのがよい。

（５）発熱体２０が赤熱し温度が十分上昇したところで、発熱体移動機構部２１によって発熱体２０を溶接線に対して垂直方向に動かし、この時の温度検出器９の指示値を確認する。放射温度計の指示値がピークを示す位置が光軸位置である。なお、発熱体の移動機構はマイクロメータの寸法読みとり機構と同じ構造としておき、精度は少なくとも０．１ｍｍまで読みとりまたは自動計測可能なものとしておく。なお、前述のように温度計の健全性は黒体炉などで厳密に確認しなければならないが、ここでの温度指示値の再現性から少なくとも故障していないかどうかといった程度の健全性を確認することが可能です。（６）光軸位置を確認後、過去に確認した正常時の光軸位置と比較し、その差が許容値内であれば、光軸の調整は行わない。しかし、許容値から外れていれば、正常時の光軸位置まで発熱体移動機構部２１によって発熱体２０を移動させる。
（７）次に、正常時の光軸位置に移動した発熱体の温度を計測しながら、その指示値がピークを示すまで、放射温度計自身の設置位置および角度を調節する。これにより、放射温度計の光軸調整が終了する。

以上説明したように、本発明は、放射温度計で発熱体の温度を計測し、この温度がピーク値を示すポイントが放射温度計の光軸であると判断すること、および発熱体の移動量を定量的に計測することによって、放射温度計の光軸を極めて容易にかつ高精度に確認することが可能である。

本発明を実施するための構成の一例を示す図である。本発明に係る光軸位置決め装置の一例を模式的に示す図（上面）である。本発明に係る光軸位置決め装置の一例を模式的に示す図（側面）である。

符号の説明

１先行ストリップ
２後行ストリップ
３キャリッジ
４車輪
５電極輪
６スエージングロール
７集光レンズ
８光ファイバー
９温度検出器
１０溶接状態判定装置
１１上位計算機
１２シーム溶接機制御装置
２０発熱体
２１発熱体移動機構部
２２ベース
２３水準器
２４電源装置
２５電線

Claims

上下一対の円盤電極を備えたシーム溶接機で溶接された直後の鋼板の溶接部の温度を測定する際に用いられる放射温度計の光軸位置決め装置であって、
前記放射温度計の視野面積よりも小さい発熱面積を有する発熱体と、
該発熱体を所定の位置に移動させ、かつその位置を計測できる発熱体移動機構部とを備え、
前記放射温度計による前記発熱体の温度計測と、前記発熱体移動機構部による前記発熱体の位置計測により、前記放射温度計の光軸を定量的に確認およびまたは調整することを特徴とする放射温度計の光軸位置決め装置。
請求項１に記載の放射温度計の光軸位置決め装置において、
前記放射温度計の光軸を定量的に確認およびまたは調整するにあたっては、前記放射温度計の指示値がピークを示す位置が光軸位置であると判断することを特徴とする放射温度計の光軸位置決め装置。
上下一対の円盤電極を備えたシーム溶接機で溶接された直後の鋼板の溶接部の温度を測定する際に用いられる放射温度計の光軸位置決め方法であって、
前記放射温度計のターゲット位置近傍に、前記放射温度計の視野面積よりも小さい発熱面積を有する発熱体を設置するとともに、
前記発熱体を所定の位置に移動させ、かつその位置を計測可能として、
前記放射温度計による前記発熱体の温度計測と、前記発熱体の位置計測により、前記放射温度計の光軸を定量的に確認およびまたは調整することを特徴とする放射温度計の光軸位置決め方法。
請求項３に記載の放射温度計の光軸位置決め方法において、
前記放射温度計の光軸を定量的に確認およびまたは調整するにあたっては、前記放射温度計の指示値がピークを示す位置が光軸位置であると判断することを特徴とする放射温度計の光軸位置決め方法。