JP2011013160A - 溶接ｈ形鋼の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な直角度でＨ形鋼を製造する。
【解決手段】搬送されてくる溶接Ｈ形鋼１の上下のフランジ１ｆu、１ｆdの外面及びウエブ１ｗの一方の面と対向するように内壁面が配置された側面視コ字状の測定器本体１１ａと、この測定器本体１１ａの前記内壁面に、前記各面に対向すべく少なくとも２個配置されたレーザ距離計３ａ〜３ｆと、これらレーザ距離計３ａ〜３ｆにより測定した溶接Ｈ形鋼１の同一断面の測定値に基づき、直角度を求める演算器１１ｃを備えた装置を用い、溶接Ｈ形鋼１を製品長さに切断する切断機１２の下流側で、拘束されずに搬送されてくる溶接Ｈ形鋼１の上下のフランジ１ｆu、１ｆdの外面及びウエブ１ｗの一方の面のそれぞれの傾きを測定し、その傾きから直角度を算出する。算出した結果をフィードバックして溶接接合されたＨ形鋼を矯正する。
【効果】高精度に測定した直角度に基づいて矯正することで、直角度が良好な製品の製造が可能になる。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶接Ｈ形鋼の直角度を高精度に測定し、この測定値をフィードバックして直角度の良好な溶接Ｈ形鋼を製造する方法及びこの製造方法を実施する装置に関するものである。

建築用、構造用等の鋼材として広く使用される溶接Ｈ形鋼は、平鋼からなる上下のフランジとウエブを高周波抵抗溶接法により溶接結合して製造される。この溶接点に至る途中で、ウエブの垂直度、フランジの水平度等により溶接Ｈ形鋼の直角度の不良が発生する。

近年、建築物の耐震強度が叫ばれる中、前記直角度の不良を有する溶接Ｈ形鋼では建築用、構造用の鋼材として不適合になる。

そこで、溶接装置の下流で連続的に溶接Ｈ形鋼の直角度を測定し、その測定結果に基づき、直角度測定装置の上流（溶接装置と直角度測定装置の間）にある直角度矯正装置にて製品の直角度を矯正する技術が提案されている（特許文献１）。

この特許文献１で開示された直角度測定装置は、上フランジの外面上方における同一基準位置の同一断面上の左端、中央、右端に３台のレーザ距離計を配置し、各々各部位までの距離を測定する。そして、中央のレーザ距離計で測定した距離を基準に、左右端の距離測定値との差を矯正指令として演算器より直角度矯正装置に出力し、直角度を矯正している。

しかしながら、前記特許文献１で開示された技術には、以下に列挙する問題があることが分かった。

第一は、溶接装置の下流で、かつ溶接Ｈ形鋼を切断するシャー装置（切断機）の上流の位置で測定した直角度は、製品長に切断した後の溶接Ｈ形鋼の直角度とは全く一致しないことである。

その理由は、前記切断前の位置では、製品が途切れることなく搬送されており、さらにウエブやフランジ面をピンチロールで拘束して切断機前まで製品を引張っているので、残留応力や弾性変形によって形状が変化した溶接Ｈ形鋼の直角度を測定するためである。

第二は、直角度を測定するに際し、フランジ面の形状を３個のレーザ距離計を用いて測定し、中央の測定値を基準として、左右の測定値の差を求める方法では、溶接Ｈ形鋼にねじれ、振動等があった場合には正確に直角度を測定できない。なお、記載や図示はされていないが、下フランジの場合も同様の方法で直角度を測定しているものと推察される。

第三は、前記形状が変形した状態で測定した、正確でない直角度測定値に基づいて直角度を矯正しているので、最終製品長さに切断した溶接Ｈ形鋼は直角度不良の発生頻度が増加することになる。

特許第３２６２７１２号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来の溶接Ｈ形鋼の直角度を測定する技術では、正確な直角度を測定することができず、正確でない直角度測定値に基づく矯正では直角度不良の発生頻度が増加するという点である。

本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法は、
直角度の測定を精度良く行うために、
溶接接合されたＨ形鋼の直角度を搬送中に連続して測定した結果をフィードバックするＨ形鋼の製造方法であって、
前記溶接接合されたＨ形鋼を製品長さに切断する切断機の下流側で、
拘束されずに搬送されてくる前記Ｈ形鋼の上下のフランジ外面及びウエブの一方の面のそれぞれの傾きを測定し、その傾きから前記Ｈ形鋼の直角度を算出し、
この算出した結果をフィードバックして溶接接合されたＨ形鋼を矯正することを最も主要な特徴としている。

本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法では、切断機の下流側で、拘束されずに搬送されてくるＨ形鋼の上下のフランジ外面及びウエブの一方の面のそれぞれの傾きからＨ形鋼の直角度を算出するので、形状が変化した状態のＨ形鋼の直角度を測定することがなくなる。

本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法において、Ｈ形鋼の上下のフランジ外面及びウエブの一方の面の傾きの測定は、Ｈ形鋼の前記各面に少なくとも２個配置した各距離計により、Ｈ形鋼の同一断面の測定値を用いて行うようにすれば、直角度をより精度良く測定できる。

前記本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法は、
溶接接合されたＨ形鋼を製品長さに切断する切断機の下流側に、
搬送されてくる前記Ｈ形鋼の上下のフランジ外面及びウエブの一方の面と対向するように内壁面が配置された側面視コ字状の測定器本体と、
この測定器本体の前記内壁面に、前記各面に対向すべく少なくとも２個配置された距離計と、
これら距離計により測定したＨ形鋼の同一断面の測定値に基づき、直角度を求める演算器と、
を備えた溶接Ｈ形鋼の直角度測定装置が配置されている本発明の溶接Ｈ形鋼の製造装置を用いて実施できる。

本発明の溶接Ｈ形鋼の製造装置において、前記各距離計を前記測定器本体の各内壁面に沿って移動可能に構成し、これら各面に配置された距離計間の距離をエンコーダで測定するように構成した場合は、異なるサイズのＨ形鋼にも適用できる。

本発明によれば、溶接Ｈ形鋼の直角度を高精度に測定することができるので、その測定結果に基づいて直角度を矯正することで、直角度が良好な製品の製造が可能になる。

Ｈ形鋼における直角度の定義について説明する図で、（ａ）は直角度が０mmの場合、（ｂ）は直角度が０mmでない場合である。 溶接Ｈ形鋼を静止させた状態で直角度を測定する方法を示す図である。 本発明において、搬送されてくる溶接Ｈ形鋼の直角度を測定する方法について説明する図である。 溶接後、製品長に切断する前の搬送中において、溶接Ｈ形鋼の直角度を図３に示す方法で測定した後、製品長に切断し、同一箇所を図２に示す方法で測定した場合の測定値差を示した図である。 図４と同サイズの溶接Ｈ形鋼を製品長に切断した後の搬送中に直角度を測定した場合の測定値差を示した図４と同様の図である。 本発明方法を実施するための装置のレイアウトの一例を示す図である。 直角度測定装置の機構部の模式図例を示した図で、（ａ）（ｂ）はオンライン位置、（ｃ）（ｄ）はオフライン位置を示し、（ａ）（ｃ）は斜視図、（ｂ）（ｄ）は側面図である。 直角度測定装置の装置構成の一例を示す図である。 従来方法で製造したＨ形鋼の直角度を測定した結果を示した図である。 本発明方法で製造したＨ形鋼の直角度を測定した結果を示した図である。

本発明では、直角度の測定を精度良く行うという目的を、切断機の下流側で、拘束されずに搬送されてくるＨ形鋼の上下のフランジ外面及びウエブの一方の面のそれぞれの傾きからＨ形鋼の直角度を算出することによって実現した。

以下、本発明を実施するための最良の形態例を、添付図面を用いて詳細に説明する。
先ず、始めにＨ形鋼における直角度の定義について説明する。

図１に溶接Ｈ形鋼１の断面図を示すが、（ａ）図のように、ウエブ１ｗと上フランジ１ｆu及び下フランジ１ｆdとの成す角度αが直角の時、直角度は「０」mmと定義する。

次に、（ｂ）図のように、ウエブ１ｗと上フランジ１ｆu、下フランジ１ｆdとの成す角度αが直角でない時、（ｂ）図に示すＸ1を上直角度、Ｘ2を下直角度として数値化する。そして、この数値が大きいほど、直角度が不良と判断する。

次に、溶接Ｈ形鋼を静止させた状態で直角度を測定する方法を図２に示す。
図２のように、溶接Ｈ形鋼１のサイズ毎に作成した専用冶具２をウエブ１ｗの一方の面に当接させる。その際、溶接Ｈ形鋼１の直角度が「０」mmでない場合は、少なくとも上下どちらかのフランジ１ｆu、１ｆdと専用冶具２の間に隙間が生じる。従って、この隙間をテーパゲージ４で測定することにより、直角度を測定することができる。図２は、上フランジ１ｆuの直角度を測定している図である。

一方、溶接Ｈ形鋼１の搬送中に直角度を測定する本願の発明方法の一例を、図３を用いて説明する。

本願の発明では、上下のフランジ１ｆu、１ｆdの外面とウエブ１ｗの一方の面につき例えば各２個のレーザ距離計３ａ〜３ｆを設置し、上下のフランジ１ｆu、１ｆdの外面とウエブ１ｗの一方の面までの距離ｄa〜ｄfを測定する。そして、これら測定距離ｄa〜ｄfとレーザ距離計３ａと３ｂ、３ｃと３ｄ、３ｅと３ｆ同士の間隔Ｌa〜Ｌcから直角度を算出する。

以下、具体的に説明する。
上フランジ１ｆuの外面までの距離を測定するレーザ距離計３ａ、３ｂの間隔をＬa、レーザ距離計３ａによる測定距離をｄa、レーザ距離計３ｂによる測定距離をｄbとする。同様に、ウエブ１ｗの一方の面までの距離を測定するレーザ距離計３ｃ、３ｄの間隔をＬb、レーザ距離計３ｃ、３ｄによる測定距離をｄc、ｄdとする。また、下フランジ１ｆdの外面までの距離を測定するレーザ距離計３ｅ、３ｆの間隔をＬc、レーザ距離計３ｅ、３ｆによる測定距離をｄe、ｄfとする。

上フランジ１ｆaの外面、ウエブ１ｗの一方の面、下フランジ１ｆdの外面の傾きθ1〜θ3は、以下のように算出される。

上フランジ１ｆaの外面の傾きθ1：θ1＝tan⁻¹（ｄa−ｄb）／Ｌa
ウエブ１ｗの一方の面の傾きθ2：θ2＝tan⁻¹（ｄc−ｄd）／Ｌb
下フランジ１ｆdの外面の傾きθ3：θ3＝tan⁻¹（ｄe−ｄf）／Ｌc

前記傾きθ1〜θ3より、上下のフランジ１ｆu、１ｆdの外面とウエブ１ｗの一方の面の成す角θu、θdは、以下のように求めることができる。

上フランジ１ｆuの外面とウエブ１ｗの一方の面の成す角θu：θu＝θ2−θ1
下フランジ１ｆdの外面とウエブ１ｗの一方の面の成す角θd：θd＝θ2−θ3

これらの角度θu、θdにフランジ１ｆu、１ｆdの幅ｂu、ｂdを乗算することで、以下のように直角度を算出することができる。

上直角度：上フランジ幅×tan（θu）
下直角度：下フランジ幅×tan（θd）

次に、溶接後、製品長に切断する前の搬送中において、ウエブ高さが２５０mm、上下のフランジ幅が１００mmの溶接Ｈ形鋼の直角度を図３に示す方法で測定した後、製品長に切断し、同一箇所を図２に示す方法で測定した場合の測定値差を図４に示す。

図４より、製品長に切断する前は、溶接Ｈ形鋼の残留応力及び弾性変形により、溶接Ｈ形鋼の直角度を正確に測定できていないことが分かる。図４は、直角度のうちの上直角度の測定値差を示したものであるが、下直角度（図示省略）も同様の結果であった。

これに対し、図５は、同サイズの溶接Ｈ形鋼を製品長に切断した後の搬送中に、図３に示す方法で直角度を測定し、同一箇所を図２に示す方法で測定した場合の測定値差を示した図である。

その結果、製品長に切断する前に測定した図４の結果と異なり、精度良く直角度を、搬送中に連続的に測定できていることが分かる。直角度を正確に測定できているのは、搬送中の溶接Ｈ形鋼のうねり、搬送に伴う振動が懸念されるものの、上下のフランジの外面、ウエブの一方の面の傾きを同一断面上で測定しているためである。

本発明の溶接Ｈ形鋼の製造方法は、上記の知見及び実験結果に基づいてなされたものであり、
溶接接合されたＨ形鋼の直角度を搬送中に連続して測定した結果をフィードバックするＨ形鋼の製造方法であって、
前記溶接接合されたＨ形鋼を製品長さに切断する切断機の下流側で、
拘束されずに搬送されてくる前記Ｈ形鋼の上下のフランジ外面及びウエブの一方の面のそれぞれの傾きを測定し、その傾きから前記Ｈ形鋼の直角度を算出し、
この算出した結果をフィードバックして溶接接合されたＨ形鋼を矯正するものである。

前記本発明方法では、Ｈ形鋼の上下のフランジ外面及びウエブの一方の面の傾きの測定を、Ｈ形鋼の前記各面に少なくとも２個配置した各距離計により、Ｈ形鋼の同一断面の測定値を用いて行うようにすれば、直角度をより精度良く測定することができる。

前記の本発明方法を実施するための本発明の製造装置のレイアウトの一例を図６に示す。
直角度測定装置１１は、切断機１２の下流側で最大製品長さ以上離れた位置に設置する。図６の例では、製品である溶接Ｈ形鋼の直角度を矯正する装置１３は、直角度測定装置１１の上流側で切断機１２の下流側に配置しているが、切断機１２の上流側や、直角度測定装置１１の下流側に配置しても良い。なお、図６中の１４は溶接装置である。

次に、機構部の一例を示す図７と、装置構成の一例を示す図８に基づき、直角度測定装置１１を説明する。
図７に示すように、センサーには例えば三角法のレーザ距離計３ａ〜３ｆを使用し、溶接Ｈ形鋼１の同一断面を測定するように配置する。

各レーザ距離計３ａ〜３ｆは、搬送されてくる溶接Ｈ形鋼１の上下のフランジ面１ｆu、１ｆd及びウエブ１ｗの一方の面と対向するように内壁面が配置された側面視コ字状の測定器本体１１ａの前記内壁面に、前記各面に対向すべく配置されている。

このように測定器本体１１ａを側面視コ字状とすることで、溶接Ｈ形鋼１のサイズに応じ、上下のフランジ１ｆu、１ｆdの外面と対向するレーザ距離計３ａ、３ｂと３ｅ、３ｆとウエブ１ｗの一方の面と対向するレーザ距離計３ｃ、３ｄの測定位置を容易に変更できる。

さらにライン内の材料の有無に関係なく、校正等必要に応じてオフラインに容易に引き出せる構造とすることができる。図７（ｄ）に示すように、オフライン位置に引き出せば、校正用のテストピース架台２１を設置して、その上部に当該寸法の校正用のテストピース２２を設置することで、各レーザ距離計３ａ〜３ｆの校正ができる。

各レーザ距離計３ａ〜３ｆからの出力ｄa〜ｄfと、エンコーダ１１ｂによって測定した各レーザ距離計３ａ〜３ｆの間隔Ｌa〜Ｌcは、図８に示すように、演算器１１ｃに出力される。演算器１１ｃには予め溶接Ｈ形鋼１のサイズ（上フランジ幅、下フランジ幅、ウエブ高さ）が入力されているので、これらの値に基づいて上下の直角度を演算する。

この演算した上下の直角度は、例えば図８の装置構成に示すように、表示器１５ａ、１５ｂに出力し、溶接装置１４の下流側に配置した表示機１５ｂは、直角度矯正装置１３の手動調整の目安となるようにしている。

また前記演算器１１ｃには、製品毎の直角度の許容範囲を入力し、許容範囲を越えた時は、警報装置１６に出力して警報を出したり、マーキング装置１７に出力してマーキングしたりすることができる。さらには、製造ライン制御装置１８に出力してリジェクト装置１９を駆動し、オフラインへリジェクトすることもできる。

なお、直角度測定装置１１の前後には、溶接Ｈ形鋼１が左右に大きく振れて、レーザ距離計３ａ〜３ｆの測定範囲を外れないように、ガイドロール２０を設置している。

このような構成の本発明装置を採用することにより、前記本発明方法を実施することができ、溶接Ｈ形鋼の直角度を高精度に測定することができる。その結果、直角度の矯正を正確に実施することができる。

ちなみに、ウエブ高さ１７５mm、フランジ幅１００mmのＨ形鋼を、切断機前において拘束状態で連続的に直角度を測定し、その結果をフィードバックさせて矯正し、矯正後のＨ形鋼の端面から１００mm位置の直角度を手測した結果を図９に示す。

一方、前記と同じ寸法のＨ形鋼を、切断機後において非拘束状態で連続的に直角度を測定し、前記と同じ方法で矯正し、矯正後のＨ形鋼の端面から１００mm位置の直角度を手測した結果を図１０に示す。

切断機前において拘束状態で測定した結果をフィードバックする従来方法では、σ＝０．４９mm程度あった直角度のばらつきが、切断機後において非拘束状態で測定した結果をフィードバックする本発明によりσ＝０．２９mmと２倍近く直角度が向上した。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば、各レーザ距離計３ａ〜３ｆの間隔を測定できるものであれば、エンコーダ１１ｂでなくても良い。また、センサーは、上下のフランジ１ｆu、１ｆdの外面及びウエブ１ｗの一方の面までの距離を測定できるものであれば、レーザ距離計３ａ〜３ｆでなくても良い。

１ 溶接Ｈ形鋼
１ｗ ウエブ
１ｆu 上フランジ
１ｆd 下フランジ
３ａ〜３ｆ レーザ距離計
１１ 直角度測定装置
１１ａ 測定器本体
１１ｂ エンコーダ
１１ｃ 演算器
１２ 切断機
１３ 直角度矯正装置

Claims (4)

1. 溶接接合されたＨ形鋼の直角度を搬送中に連続して測定した結果をフィードバックするＨ形鋼の製造方法であって、
   前記溶接接合されたＨ形鋼を製品長さに切断する切断機の下流側で、
   拘束されずに搬送されてくる前記Ｈ形鋼の上下のフランジ外面及びウエブの一方の面のそれぞれの傾きを測定し、その傾きから前記Ｈ形鋼の直角度を算出し、
   この算出した結果をフィードバックして溶接接合されたＨ形鋼を矯正することを特徴とする溶接Ｈ形鋼の製造方法。
2. 前記Ｈ形鋼の上下のフランジ外面及びウエブの一方の面の傾きの測定は、Ｈ形鋼の前記各面に少なくとも２個配置した各距離計により、Ｈ形鋼の同一断面の測定値を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の溶接Ｈ形鋼の製造方法。
3. 請求項２に記載の方法を実施する装置であって、
   溶接接合されたＨ形鋼を製品長さに切断する切断機の下流側に、
   搬送されてくる前記Ｈ形鋼の上下のフランジ外面及びウエブの一方の面と対向するように内壁面が配置された側面視コ字状の測定器本体と、
   この測定器本体の前記内壁面に、前記各面に対向すべく少なくとも２個配置された距離計と、
   これら距離計により測定したＨ形鋼の同一断面の測定値に基づき、直角度を求める演算器と、
   を備えた溶接Ｈ形鋼の直角度測定装置が配置されていることを特徴とする溶接Ｈ形鋼の製造装置。
4. 前記各距離計を前記測定器本体の各内壁面に沿って移動可能に構成し、これら各面に配置された距離計間の距離をエンコーダで測定するように構成したことを特徴とする請求項３に記載の溶接Ｈ形鋼の製造装置。

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