JP2015197431A - 形鋼直角度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で且つ迅速な直角度測定が可能な形鋼直角度測定装置を提供する。【解決手段】ウエブ面が基準面１と平行になるようにして形鋼Ｓが搭載される基準面１に対し、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂは、レーザ照射点Ｐが基準面１から予め設定された高さＨに配置され且つ形鋼Ｓの長手方向直交面内で当該形鋼Ｓの同一のフランジＦの異なる面に角度θ1、θ2でレーザ光の夫々が照射されるように配置される。この２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂを基準面１と平行で且つ形鋼Ｓの長手方向直交方向に同時に移動し、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂが片道走査する間に形鋼Ｓの外表面までの距離を取得し、取得された形鋼外表面までの距離から当該形鋼Ｓの外表面の位置を算出し、その形鋼外表面の位置データから当該形鋼Ｓのフランジ隅角部直角度ＲＡを算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、形鋼（Ｈ形鋼）のウエブに対するフランジの直角度を測定する形鋼直角度測定装置に関し、例えば形鋼プレス工程の前後で簡易に形鋼の直角度を測定するのに好適なものである。

形鋼のプレス工程は、形鋼の長手方向の矯正作業であり、形状や寸法を測定しては矯正を行う。一般的には、プレス前後の形鋼を直接ジグに押し当てて、直角度などの形状やウエブ高さなどの寸法を測定している。また、下記特許文献１に記載されるように、レーザ距離計を用いた形鋼直角度測定装置も提案されている。この形鋼直角度測定装置は、形鋼に向けて上下に対向配置されたレーザ距離計を水平方向に往復移動させ、その往復移動間でレーザ光の照射角度を変更し、得られた形鋼までの距離とレーザ光の照射角度とから形鋼の形状を測定するようにしている。

特開平８−３２７３２９号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載される形鋼直角度測定装置は、レーザ距離計を水平方向に往復移動させ且つレーザ距離計のレーザ光照射角度を変更しなければならないため、直角度測定に時間を要すると共に、装置の構成が複雑で大がかりであるため、コスト高であるという問題がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、安価で且つ迅速な直角度測定が可能な形鋼直角度測定装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のある態様に係る形鋼直角度測定装置は、ウエブ面が基準面と略平行になるようにして形鋼が搭載される前記基準面に対し、レーザ照射点が前記基準面から予め設定された高さに配置され且つ前記形鋼の長手方向と直交する面内で前記形鋼の同一のフランジの異なるフランジ面に予め設定された角度でレーザ光の夫々が照射されるように配置された２つのレーザ距離計と、前記基準面と平行で且つ前記長手方向と直交する方向に前記２つのレーザ距離計を同時に移動する移動装置と、前記移動装置によって前記レーザ距離計が前記基準面と平行で且つ前記長手方向と直交する方向に片道走査する間に前記形鋼の外表面までの距離を取得する形鋼外表面距離取得部と、前記形鋼外表面距離取得部で取得された形鋼外表面までの距離から前記形鋼の外表面の位置を算出する形鋼外表面位置算出部と、前記形鋼外表面位置算出部で算出された形鋼外表面の位置から前記形鋼のフランジ隅角部の直角度を算出するフランジ直角度算出部とを備えたことを特徴とするものである。

なお、２つのレーザ距離計のレーザ照射点は、必ずしも基準面から同じ高さである必要はなく、夫々のレーザ照射点が予め設定された高さであればよい。また、レーザ照射点は、レーザ発射点（出射点）を意味する。
また、この形鋼直角度測定装置において、前記形鋼外表面位置算出部で算出された形鋼外表面の位置から前記ウエブ面の前記基準面に対する傾斜角を算出するウエブ面傾斜角算出部と、前記ウエブ面傾斜角算出部で算出された前記ウエブ面の前記基準面に対する傾斜角に基づいて前記形鋼外表面位置算出部で算出された前記形鋼外表面の位置を補正する形鋼外表面位置補正部とを備えることが望ましい。

而して、本発明の形鋼直角度測定装置によれば、ウエブ面が基準面と略平行になるようにして形鋼を基準面に搭載する。一方、２つのレーザ距離計は、レーザ照射点が基準面から予め設定された高さに配置されると共に、形鋼の長手方向と直交する面内で当該形鋼の同一のフランジの異なるフランジ面に予め設定された角度でレーザ光の夫々が照射されるように配置される。そして、この２つのレーザ距離計を基準面と平行で且つ形鋼の長手方向と直交する方向に移動装置で同時に移動し、２つのレーザ距離計が片道走査する間に形鋼の外表面までの距離を形鋼外表面距離取得部で取得する。この取得された形鋼外表面までの距離から形鋼外表面位置算出部で当該形鋼の外表面の位置を算出し、その形鋼外表面の位置からフランジ直角度算出部で当該形鋼のフランジ隅角部の直角度を算出する。そのため、レーザ距離計のレーザ光照射角度を変更するための構造が不要となるため、構造が簡潔で安価であると共に、レーザ距離計を片道走査するだけでよいので測定時間を短縮して迅速な直角度測定が可能となる。

また、形鋼外表面位置算出部で算出された形鋼外表面の位置からウエブ面の基準面に対する傾斜角をウエブ面傾斜角算出部で算出し、算出されたウエブ面の基準面に対する傾斜角に基づいて形鋼外表面位置算出部で算出された形鋼外表面の位置を形鋼外表面位置補正部で補正する。そのため、単にフランジ隅角部の位置のみから算出したフランジ隅角部の直角度に対し、ウエブに対するフランジ隅角部の直角度を適正に算出することが可能となる。

本発明の形鋼直角度測定装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図１の形鋼直角度測定装置のコンピュータで行われる形鋼直角度算出の演算処理を示すフローチャートである。 図１の形鋼直角度測定装置の諸元説明図である。 図１の第１レーザ距離計で取得した形鋼外表面までの距離から算出された形鋼外表面の位置の説明図である。 図１の第２レーザ距離計で取得した形鋼外表面までの距離から算出された形鋼外表面の位置の説明図である。 ウエブ面傾斜角の算出及び形鋼外表面位置の補正の説明図である。 フランジ隅角部の直角度の算出の説明図である。

次に、本発明の形鋼直角度測定装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の形鋼直角度測定装置の概略構成図である。本実施形態で直角度の測定片となる形鋼ＳはＨ形鋼である。本実施形態では、形鋼Ｓを搭載する水平な基準面１が用意されており、この基準面１は図１の紙面垂直方向に長手である。この基準面１と形鋼ＳのウエブＷとが略平行になるように当該形鋼Ｓの長手を基準面１の長手にあわせて当該形鋼Ｓを基準面１に搭載する。また、水平な基準面１には、鉛直な壁面を有する校正片Ｅが上向きに突設されている。なお、本実施形態では、基準面１が水平で、形鋼Ｓは水平な基準面１の上に搭載されるように構成されているが、基準面１は必ずしも水平である必要はなく、ウエブＷが基準面１と略平行になるようにして基準面１に形鋼Ｓを搭載することができればよい。

本実施形態では、前記基準面１の上方に、基準面１と平行に延在する梁（架台）２、即ち水平な梁（架台）２が設けられている。この梁２は、例えば図示しない柱（脚）に支持されて門型のフレームを構成し、梁２の長手が基準面１の長手、即ち形鋼Ｓの長手方向と直交するように配置されている。この梁２の上面には、梁２の長手に沿って走行レール３が設けられ、その走行レール３上に走行台４が搭載されている。走行台４には、図示しない走行装置が取付けられており、その走行装置をモータ５で駆動することで、例えば図に実線で示す位置から破線で示す位置まで走行台４を走行レール３に沿って往復移動することができる。この走行台４の下方には、昇降ガイド６を介して昇降台７が取付けられている。昇降台７には昇降軸８が取付けられ、図示しない昇降装置によって昇降軸８を駆動すると、昇降ガイド６に沿って昇降台７が上下方向に昇降する。モータ５の駆動状態や昇降軸８の駆動状態は、形鋼直角度測定装置を構成するコンピュータ９によって制御される。なお、これら走行レール３、走行台４、モータ５、昇降台７によって本実施形態の移動装置が構成される。

そして、昇降台７には２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂが取付けられている。これらのレーザ距離計１０ａ、１０ｂは、基準面１から各レーザ照射点Ｐまでの高さが予め設定された同じ高さＨになるように配置されている。また、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂは、照射されるレーザ光が走行レール３と平行で且つ基準面１の長手と交差する面、即ち基準面１に搭載される形鋼Ｓの長手方向と直交する面内にあるように配置されている。更に、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂは、基準面１に搭載される形鋼Ｓの同一のフランジＦの異なる面（表裏面）にレーザ光が照射されるように配置されている。即ち、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂは、基準面１に向けて照射されるレーザ光が同一面内で交差するように、鉛直面を挟んで互いに斜め下方内向きに配置されている。具体的には、図示左方の第１レーザ距離計１０ａは、レーザ光が水平面から図示斜め右下方に角度θ₁で照射されるように配置され、図示右方の第２レーザ距離計１０ｂは、レーザ光が水平面から図示斜め左下方に角度θ₂で照射されるように配置されている。本実施形態では、θ₁＝θ₂＝４５°とした。そして、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂで検出される被測定物までの距離はコンピュータ９に入力される。

なお、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂは、レーザ照射点Ｐの基準面１からの高さが予め設定された高さである、つまりレーザ照射点Ｐの基準面１からの高さが分かっていれば、２つのレーザ照射点Ｐが基準面１から同じ高さでなくてもよい。また、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂの例えば水平面からレーザ光のなす角度が予め設定された角度である、つまり例えば水平面からの角度として分かっていれば、同じ角度でなくてもよい。本実施形態における必須要件は、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂから照射されるレーザ光が、基準面１に搭載される形鋼Ｓの長手方向と直交する面内で、且つ基準面１に搭載される形鋼Ｓの同一のフランジＦの異なる面に照射されればよい。

図２は、コンピュータ９で行われる形鋼直角度算出のための演算処理を示すフローチャートである。この演算処理は、基準面１の長手に形鋼Ｓの長手を合わせて当該基準面１とウエブＷ面が略平行になるようにして当該基準面１に形鋼Ｓを搭載した後、例えばオペレータによる直角度測定開始入力によって行われる。この演算処理では、まずステップＳ１で、基準面１に搭載される形鋼Ｓの寸法に合わせて、昇降軸８を駆動して昇降台７を上下方向に昇降し、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂのレーザ照射点Ｐの高さＨを調整する。なお、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂのレーザ照射点Ｐの高さＨは、コンピュータ９で認識している。

次にステップＳ２に移行して、モータ５を駆動して走行台４を走行レール３に沿って移動させることで、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂをフランジＦ面直交方向に片道走査し、各レーザ距離計１０ａ、１０ｂで検出される形鋼Ｓ外表面までの距離を取得する。
次にステップＳ３に移行して、前記ステップＳ２で取得した形鋼Ｓ外表面までの距離の測定値から形鋼Ｓ外表面の位置を算出する。各レーザ距離計１０ａ、１０ｂで検出される距離から形鋼Ｓ外表面の位置を算出する具体的な手法は後段に詳述する。

次にステップＳ４に移行して、前記ステップＳ３で算出した形鋼Ｓ外表面の位置データから形鋼ＳのウエブＷ面、正確にはウエブＷ上面の傾斜角θ_Zを算出する。このウエブＷ面の傾斜角θ_Zは、後述するように、基準面１、即ち水平面からの傾斜角度を求める。
次にステップＳ５に移行して、前記ステップＳ４で算出したウエブＷ面の傾斜角θ_Zを用いて、前記ステップＳ３で算出した形鋼Ｓ外表面の位置データを補正する。この形鋼Ｓ外表面の位置データの補正は、後述するように、ウエブＷ面の傾斜角θ_Z分だけ、形鋼Ｓ外表面の位置データの直交二軸を回転させて行う。

次にステップＳ６に移行して、前記ステップＳ５で補正された形鋼Ｓ外表面の位置データから、各フランジＦの上下角隅部間の直角度ＲＡ_ULを算出する。このフランジＦの上下角隅部間の直角度ＲＡ_ULは、後述するように、フランジＦ上端角隅部のフランジＦ位置と下端角隅部のフランジＦ位置とのウエブＷ面方向への距離から求める。
次にステップＳ７に移行して、前記ステップＳ５で補正された形鋼Ｓ外表面の位置データから、各フランジＦの上角隅部とフランジＦ中間部Ｃ間の直角度ＲＡ_UMを算出する。このフランジＦの上中角隅部間の直角度ＲＡ_UMは、後述するように、フランジＦ上端角隅部のフランジＦ位置とウエブＷ位置におけるフランジＦ中間部ＣのフランジＦ位置とのウエブＷ面方向への距離から求める。

次にステップＳ８に移行して、前記ステップＳ５で補正された形鋼Ｓ外表面の位置データから、各フランジＦの下角隅部とフランジＦ中間部Ｃ間の直角度ＲＡ_MLを算出してから復帰する。このフランジＦの中下角隅部間の直角度ＲＡ_MLは、後述するように、フランジＦ下端角隅部のフランジＦ位置とウエブＷ位置におけるフランジＦ中間部ＣのフランジＦ位置とのウエブＷ面方向への距離から求める。

図３は、図１の形鋼直角度測定装置の諸元説明図である。例えば、図３の破線の位置をレーザ距離計１０ａ、１０ｂの片道走査の起点とし、そこから図３の実線の位置までのレーザ距離計１０ａ、１０ｂの移動距離をＭ、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂのレーザ照射点Ｐ間のレーザ距離計走査方向の距離（＝水平距離）をＫ、図示左方の第１レーザ距離計１０ａによる距離の測定値をＬ₁、図示右方の第２レーザ距離計１０ｂによる距離の測定値をＬ₂とし、走行台４の走行方向、即ち基準面１と平行で且つ形鋼Ｓの長手方向と直交する方向をｘ軸、高さ方向（＝鉛直方向）をｙ軸として、第１レーザ距離計１０ａの距離測定値Ｌ₁の（ｘ₁、ｙ₁）座標への変換式は下記１式及び２式で表れ、第２レーザ距離計１０ｂの距離測定値Ｌ₂の（ｘ₂、ｙ₂）座標への変換式は下記３式及び４式で表れる。図４には、第１レーザ距離計１０ａの距離測定値Ｌ₁を（ｘ₁、ｙ₁）座標に変換した形鋼Ｓ外表面の位置データの一例を、図５には、第２レーザ距離計１０ｂの距離測定値Ｌ₂を（ｘ₂、ｙ₂）座標に変換した形鋼Ｓ外表面の位置データの一例を示す。なお、図中の左方端部の位置データは、校正片Ｅの位置データである。また、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂのレーザ照射点Ｐの高さが異なる場合には、式中の高さＨを該当する高さに変更すればよい。

このようにして算出された形鋼Ｓ外表面のうち、ｘ₁軸、ｘ₂軸と略平行な部分が形鋼ＳのウエブＷである。フランジＦの直角度ＲＡは、ウエブＷに対して評価するので、例えば図６に示すように、形鋼Ｓ外表面全体が基準面１に対して傾斜している場合もあり、そのような場合にウエブＷ面の傾斜角θ_Zに合わせて形鋼Ｓ外表面の位置データを補正する必要がある。そのため、本実施形態では、図６に示すように形鋼Ｓ外表面の位置データのうち、基準面１（＝水平面）に対するウエブＷ面（ウエブＷ上面）の傾斜角θ_Zを算出し、その傾斜角θ_Zで形鋼Ｓ外表面の位置データを補正する。具体的には、図６に示す（ｘ₁'、ｙ₁'）座標のように、本来の（ｘ₁、ｙ₁）座標を傾斜角θ_Z分だけ、ウエブＷの傾斜方向と同方向に回転させることで、形鋼Ｓ外表面の位置データを補正する。

このようにウエブＷ面の傾斜角θ_Zで形鋼Ｓ外表面の位置データを補正したら、図７に示すように、設定されたウエブＷ厚さＴの半分Ｔ／２だけ、ウエブＷ上面より低い位置をウエブＷ位置におけるフランジＦ中間部Ｃとする。そして、フランジＦ上端角隅部のフランジＦ位置とフランジＦ下端角隅部のフランジＦ位置とのウエブＷ面方向への距離からフランジ上下隅部間直角度ＲＡ_ULを求め、フランジＦ上端角隅部のフランジＦ位置とフランジＦ中間部ＣのフランジＦ位置とのウエブＷ面方向への距離からフランジ上隅部−中間部間直角度ＲＡ_UMを求め、フランジＦ中間部ＣのフランジＦ位置とフランジＦ下端角隅部のフランジＦ位置とのウエブＷ面方向への距離からフランジ中間部−下隅部間直角度ＲＡ_MLを求める。なお、図では形鋼Ｓの一方のフランジＦについてのみ、直角度ＲＡを算出するように説明しているが、両側のフランジＦについて直角度ＲＡを算出するようにしてもよい。

このように本実施形態の形鋼直角度測定装置では、ウエブＷ面が基準面１と略平行になるようにして形鋼Ｓを基準面１に搭載する。一方、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂは、レーザ照射点Ｐが基準面１から予め設定された高さＨに配置されると共に、形鋼Ｓの長手方向と直交する面内で当該形鋼Ｓの同一のフランジＦの異なるフランジＦ面に予め設定された角度θ₁、θ₂でレーザ光の夫々が照射されるように配置される。そして、この２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂを基準面１と平行で且つ形鋼Ｓの長手方向と直交する方向に移動装置で同時に移動し、２つのレーザ距離計１０ａ、１０ｂが片道走査する間に形鋼Ｓの外表面までの距離を形鋼外表面距離取得ステップＳ２で取得する。この取得された形鋼Ｓ外表面までの距離から形鋼外表面位置算出ステップＳ３で当該形鋼Ｓの外表面の位置を算出し、その形鋼Ｓ外表面の位置データからフランジ直角度算出ステップＳ６〜Ｓ８で当該形鋼Ｓのフランジ隅角部直角度ＲＡを算出する。そのため、レーザ距離計１０ａ、１０ｂのレーザ光照射角度を変更するための構造が不要となるため、構造が簡潔で安価であると共に、レーザ距離計１０ａ、１０ｂを片道走査するだけでよいので測定時間を短縮して迅速な直角度測定が可能となる。

また、形鋼外表面位置算出ステップＳ３で算出された形鋼Ｓ外表面の位置からウエブＷ面の基準面１に対する傾斜角θ_Zをウエブ面傾斜角算出ステップＳ４で算出し、算出されたウエブＷ面の基準面１に対する傾斜角θ_Zに基づいて形鋼外表面位置算出ステップＳ３で算出された形鋼Ｓ外表面の位置を形鋼外表面位置補正ステップＳ５で補正する。そのため、単にフランジＦ隅角部の位置のみから算出したフランジＦ隅角部の直角度ＲＡに対し、ウエブＷに対するフランジＦ隅角部の直角度ＲＡを適正に算出することが可能となる。

１ 基準面
２ 梁
３ 走行レール
４ 走行台
５ モータ
６ 昇降ガイド
７ 昇降台
８ 昇降軸
９ コンピュータ
１０ａ、１０ｂ レーザ距離計
Ｓ 形鋼
Ｗ ウエブ
Ｆ フランジ
ＲＡ 直角度

Claims (2)

1. ウエブ面が基準面と略平行になるようにして形鋼が搭載される前記基準面に対し、レーザ照射点が前記基準面から予め設定された高さに配置され且つ前記形鋼の長手方向と直交する面内で前記形鋼の同一のフランジの異なるフランジ面に予め設定された角度でレーザ光の夫々が照射されるように配置された２つのレーザ距離計と、
   前記基準面と平行で且つ前記長手方向と直交する方向に前記２つのレーザ距離計を同時に移動する移動装置と、
   前記移動装置によって前記レーザ距離計が前記基準面と平行で且つ前記長手方向と直交する方向に片道走査する間に前記形鋼の外表面までの距離を取得する形鋼外表面距離取得部と、
   前記形鋼外表面距離取得部で取得された形鋼外表面までの距離から前記形鋼の外表面の位置を算出する形鋼外表面位置算出部と、
   前記形鋼外表面位置算出部で算出された形鋼外表面の位置から前記形鋼のフランジ隅角部の直角度を算出するフランジ直角度算出部と
   を備えたことを特徴とする形鋼直角度測定装置。
2. 前記形鋼外表面位置算出部で算出された形鋼外表面の位置から前記ウエブ面の前記基準面に対する傾斜角を算出するウエブ面傾斜角算出部と、
   前記ウエブ面傾斜角算出部で算出された前記ウエブ面の前記基準面に対する傾斜角に基づいて前記形鋼外表面位置算出部で算出された前記形鋼外表面の位置を補正する形鋼外表面位置補正部と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の形鋼直角度測定装置。

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