JP2018169171A - 鋼板形状計測装置及び鋼板形状矯正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ距離計で測距される鋼板の板面端部付近での測定異常の発生を防止する鋼板形状計測装置を提供する。【解決手段】一つのレーザ光源１１からのレーザ光をガルバノミラー１３で転向し、転向したレーザ光にて鋼板Ｓを走査し測距するレーザ距離計５Ａを用いて、鋼板Ｓ上の所定の検出点群を測距し、得られた測距データから鋼板Ｓの形状を計測する鋼板形状計測装置において、鋼板Ｓの板面端部から板面端部と干渉したレーザ光の照射範囲までの領域内の鋼板Ｓの下方の少なくとも一箇所に、レーザ光吸収体８として、４５°０°拡散反射率が１０％以下である物体を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板の歪み等の不具合を有する形状を、オフラインで計測するのに好適な鋼板形状計測装置、及び、前記鋼板形状計測装置で計測した鋼板の歪み等の不具合を有する形状を、前記オフラインで矯正するのに好適な鋼板形状矯正装置に関する。

鋼板の形状を自動計測する装置としては、例えば特許文献１に記載されるように、複数の光学系距離計からなる計測装置を鋼板の搬送ライン上に設置し、この計測装置を通過する鋼板からの光の反射状態から鋼板表面までの距離、即ち鋼板表面の高さを検出し、この高さを連続して鋼板表面の形状を計測するものがある。

しかしながら、前記複数の光学系距離計からなる計測装置は、オフラインでの形状計測に適さないとして、本出願人は特許文献２に記載される鋼板形状計測装置を伴う鋼板形状矯正装置を提案した。この特許文献２に記載される形状計測装置は、一つのレーザ光源からのレーザ光をガルバノミラーで転向し、転向したレーザ光で被走査面を走査し測距するレーザ距離計を用いて、静止した鋼板上の所定の検出点群を測距し、得られた測距データから鋼板の形状を計測するものである。そのため、オフラインで鋼板が静止している状態でも鋼板の形状を計測することができる。なお、特許文献２で、「偏光」とあるのは、「転向」即ち、方向を切り換えることを意味していると解される。

特開平５−２３７５４６号公報 特開２０１０−１５５２７２号公報

前記特許文献１に記載の光学系距離計において、鋼板の板面端部（長手方向あるいは幅方向の端部）付近で、測定異常となる問題が発生する場合がある。この測定異常の例を模式図として図２に示す。図２（ａ）は、例えば鋼板Ｓの下方の床面などである設備上面ＥＳの上方に位置した鋼板Ｓを測距対象とし、鋼板の長手方向端部付近を、鋼板上方に配置したレーザ距離計（図示せず）からの、入射レーザ光ＬＳ１で、例えば鋼板長手方向に平行な走査方向２０または走査方向２１の方向に走査し、測距データを採取している状態を示す側面図であり、図２（ｂ）は、走査方向の基準位置（Ｘ_０）からの距離で表した位置Ｘと、該位置Ｘにおける前記測距データから換算した、高さ方向の基準位置（Ｚ_０）からの高さＺとを、Ｘ−Ｚ座標系内の点としてプロットしており、同図には鋼板領域Ｓ’および設備上面領域ＥＳ’も併示した。ただし、鋼板領域Ｓ’は別途の寸法および位置測定実験により確定するものであり、当該別途の寸法および位置測定を行わない通常の実操業下のレーザ距離計による測距工程では不確定である。

図２（ａ）のように、入射レーザ光ＬＳ１のビーム径領域が、鋼板Ｓの板面端部（ここでは長手方向端部である。）と干渉した状態、すなわち、ビーム径領域の一部が鋼板Ｓ上面に入射し、残部が設備上面ＥＳに入射した状態、換言すると、被走査面内のビーム径領域である光点１５が、鋼板Ｓの板面端部と設備上面ＥＳとで形成された段差部の上下に分断されている状態において、図２（ｂ）に示すような、鋼板領域Ｓ’の上面部および設備上面領域ＥＳ’とのＺ方向位置ずれが大きくなる測定異常（該当する複数の点を実線で囲んで示す。）が発生することがある。なお、前記ビーム径は３〜５０ｍｍの範囲としている。

前述のとおり鋼板領域Ｓ’が不確定である通常の実操業下のレーザ距離計による測距工程においては、鋼板Ｓの板面端部が、Ｚ値が低くて安定した状態から高くて安定した状態へ遷移するＸ方向区域（図２（ｂ）に「輪郭幅」として示す。）内の、何処に位置するかは不確定である。

一方、測定異常が発生しなかった場合、Ｚ値が高くて安定したＸ方向範囲と輪郭幅との境界になるＸ位置（Ｘ_Ｃ）を鋼板Ｓの板面端部位置として採用し、特に問題なく形状矯正ができている。しかし、前記測定異常が発生すると、前記輪郭幅が拡大して鋼板領域Ｓ’と重なる傾向があり、この重なる範囲は予測困難であるため、鋼板Ｓの輪郭を明確に捉えることができず、鋼板の位置決め精度が低下して、適正な矯正が困難となる。しかしながら、前記特許文献２には鋼板の水平方向端部付近での測定異常への対処方法について具体的に記載されていない。

そこで、本発明は、レーザ距離計で測距される鋼板の板面端部付近での測定異常の発生を防止することを目的とし、形状矯正前後の搬送装置上の鋼板形状及び形状矯正中の加圧ラム下の鋼板形状を確実に計測できる鋼板形状計測装置、及び、前記鋼板形状計測装置による計測結果を活用して、効率よく形状矯正することが可能な鋼板形状矯正装置を提供する。

本発明者は、前記課題を解決するために鋭意検討し、以下の知見を得た。
（Ａ）図２に例示した測定異常の原因は、次のように考えられる。すなわち、入射レーザ光ＬＳ１が鋼板Ｓの板面端部（ここでは長手方向端部）と干渉している（光点１５が、鋼板Ｓの板面端部と設備上面ＥＳとで形成された段差部の上下に分断されている）状態では、付近の設備上面ＥＳからの再帰反射光の光強度が、拡散反射光の光強度に比べて無視できない程度に大きくなり、あるいは、拡散反射光の光強度よりも大きくなり、このような再帰反射光が拡散反射光と共にレーザ距離計で検出されるため、測距データが異常値を示すと考えられる。

ここで、再帰反射とは、広い入射角にわたって、入射光の光路にほぼ沿う方向に、選択的に反射光が戻るような反射のことを指す。
（Ｂ）そこで、設備上面ＥＳからの再帰反射光の光強度を低減するために、前記設備上面ＥＳ（例えば床面）内の、測定異常を誘発する区域（「測定異常誘発区域」という。）上に、入射レーザ光ＬＳ１を有効に吸収するレーザ光吸収体８を設置したところ、図３に示すように、測定異常が解消することが分かった。ただし、入射レーザ光ＬＳ１を有効に吸収するレーザ光吸収体８は、４５°０°拡散反射率が１０％以下の物体である必要がある。ここで、「４５°０°拡散反射率」とは、面の入射光に対する拡散光の割合を、前記面の法線に対して前記入射光の入射角を０°、前記拡散光の受光角を４５°としてはかった量を意味する。４５°０°拡散反射率が１０％超の物体では前記測定異常の発生を防止する効果に乏しい。

図３は以上の本発明の基礎となる本発明者の知見、すなわち、レーザ光吸収体８の設置により測定異常が解消した例を示す模式図である。図３において、図２と同一または相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。図３（ａ）は、図２（ａ）において、レーザ距離計による測距実験で把握した前記測定異常誘発区域上に、レーザ光吸収体８（例えば、後述の黒色塗料塗布材）を設置したことを示しており、図３（ｂ）は、レーザ光吸収体８の設置により、図２（ｂ）に現出していた測定異常が、図３（ｂ）では解消しており、前記輪郭幅が低減し、Ｚ値が高くて安定したＸ方向範囲と輪郭幅との境界になるＸ位置（Ｘ_Ｃ）が、鋼板領域Ｓ’の端にごく近い位置となることを示している。

上記の知見に基づいてなされた本発明は、以下の発明（１）〜（３）である。
（１） 一つのレーザ光源からのレーザ光をガルバノミラーで転向し、転向したレーザ光にて鋼板を走査し測距するレーザ距離計を用いて、前記鋼板上の所定の検出点群を測距し、得られた測距データから前記鋼板の形状を計測する鋼板形状計測装置において、
前記鋼板の板面端部から該板面端部と干渉したレーザ光の照射範囲までの領域内の前記鋼板の下方の少なくとも一箇所に、レーザ光吸収体として、４５°０°拡散反射率が１０％以下である物体を備えたことを特徴とする鋼板形状計測装置。
（２） 加圧ラムを備えたプレス機と、前記プレス機の入側及び出側に設けられ且つ鋼板を搬送する搬送装置とを有する鋼板形状矯正装置において、前記プレス機の入側及び出側に前記（１）に記載の鋼板形状計測装置を備えたことを特徴とする鋼板形状矯正装置。
（３） 前記（２）において、前記鋼板形状計測装置のレーザ光吸収体の設置箇所は、前記搬送装置内の、前記鋼板の下方の設備上面内の箇所としたことを特徴とする鋼板形状矯正装置。

本発明によれば、レーザ距離計による鋼板の板面端部付近での測定異常を防止できて、形状矯正前後の搬送装置上の鋼板形状及び形状矯正中の加圧ラム下の鋼板形状を確実に計測することができ、その計測結果を活用して、効率よく形状矯正することが可能になるという優れた効果を奏する。

発明（１）の実施形態に係る鋼板形状計測装置の概略構成を示す模式図である。 レーザ光吸収体を設置していない場合に発生した測定異常の例を示す模式図である。 レーザ光吸収体の設置により測定異常が解消した例を示す模式図である。 発明（２）に係る鋼板形状矯正装置の概略構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず、発明（１）の実施形態について説明する。
図１は、発明（１）の実施形態に係る鋼板形状計測装置の概略構成を示す模式図であり、（ａ）はレーザ距離計の平面図、（ｂ）は装置全体の平面図、（ｃ）は同正面図、（ｄ）は同側面図である。

図１（ａ）に示すように、レーザ距離計５Ａは、一つのレーザ光源１１を回転台１２に搭載し、レーザ光源１１のレーザ出射口に周知のガルバノミラー１３を配設してなる。その構成は、ガルバノミラー回転軸１３Ａが、ガルバノミラー１３の反射面と４５°の角度をなし、レーザ光源１１のレーザ出射口からのレーザ光の光軸に一致し、且つ回転台回転軸１２Ａと直交する構成としてある。よって、レーザ光源１１からのレーザ光はガルバノミラー１３で反射して９０°転向し、転向後のレーザ光は、鋼板の被走査面へ入射する入射レーザ光ＬＳ１となるが、その光路は、ガルバノミラー１３への入射点を回転中心として、ガルバノミラー１３と共にガルバノミラー回転軸１３Ａ周りに回転し、且つ、回転台１２と共に回転台回転軸１２Ａ周りに回転する。即ち、入射レーザ光ＬＳ１はガルバノミラー回転軸１３Ａ周りの回転及び回転台回転軸１２Ａ周りの回転により全方位を３次元的に走行しうる。よって、レーザ距離計５Ａはレーザ光で全方位を３次元的に走査し測距する手段として用いうる。

図１（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示すように、レーザ距離計５Ａは、鋼板形状計測装置５の一部として、鋼板Ｓの被走査面の斜め上方に位置し、ガルバノミラー回転軸１３Ａが鋼板Ｓの長手方向と直交し、回転台回転軸１２Ａが鋼板Ｓの幅方向と直交するように配置してある。よって、入射レーザ光ＬＳ１は、ガルバノミラー１３のガルバノミラー回転軸１３Ａ周りの回転により、鋼板Ｓ上を長手方向に走行する光点を生じ、該光点は、回転台１２の回転台回転軸１２Ａ周りの回転により、幅方向に移動する。

鋼板形状計測装置５は、前記光点でもって鋼板Ｓの被走査面を長手方向及び幅方向に走査して鋼板Ｓ上の所定の検出点群を測距し、得られた測距データから、図示しないコンピュータシステムを用いて鋼板Ｓの形状を計測する。得られた測距データから鋼板Ｓの形状を計測する方法は、本願出願人が先に提案した前記特許文献２の段落００１３〜段落００５８に述べてあるような公知の方法を用いることができる。

前記測距データは、前記光点の存在部位からの拡散反射光の光強度を測定し、その測定値に基づいて算出する。
そして、発明（１）では、鋼板Ｓの板面端部から該板面端部と干渉した入射レーザ光ＬＳ１の照射範囲までの領域内の、例えば床面などの設備上面ＥＳ上の少なくとも一箇所に、レーザ光吸収体８を備えている。

前記レーザ光吸収体８が存在しない場合、入射レーザ光ＬＳ１が鋼板Ｓの板面端部と干渉している（光点１５が、鋼板Ｓの水平方向端部と設備上面ＥＳとで形成された段差部の上下に分断されている）状態では、再帰反射光の影響が大きくて、前掲図２に例示した測定異常が発生することがある。これに対し、発明（１）では、図１の様に、前記レーザ光吸収体８を備えたことで、再帰反射光の光強度を低減し、前掲図３に例示したように、測定異常を解消させることができる。

前記測定異常を解消させる効果を発揮するために、レーザ光吸収体８は、４５°０°拡散反射率が１０％以下である物体からなるものとする。なお、前記４５°０°拡散反射率は、用いるレーザ光の波長に依存するから、前記４５°０°拡散反射測定では、実操業での走査に用いるレーザ光の波長と同じ波長のレーザ光を用いるものとする。

レーザ光吸収体８の設置箇所は、レーザ距離計による測距実験により測定異常誘発区域（図２参照）を検出し、この検出結果に基づいて決定するとよい。
これにより、レーザ光吸収体８を設置した箇所からの再帰反射光の光強度を十分に低減させることができ、鋼板Ｓの測距データ精度が向上し、それにより鋼板Ｓの形状計測精度が向上する効果が得られる。前記４５°０°拡散反射率が１０％超では、この効果に乏しいため、前記４５°０°拡散反射率は１０％以下とすべきであり、好ましくは５％以下である。

前記レーザ光吸収体として好ましく用いうる物体には、例えば、黒色ポリ塩化ビニル（４５°０°拡散反射率＝５％）、黒色ゴム（４５°０°拡散反射率＝８％）、黒色塗料塗布材（４５°０°拡散反射率＝１％）などが挙げられる。

次に、発明（２）の実施形態について説明する。
図４は、発明（２）に係る鋼板形状矯正装置の概略構成を示す平面図である。この鋼板形状矯正装置は、鋼板Ｓをオフラインで形状矯正するものであり、鋼板Ｓの形状を矯正するプレス機１を有する。プレス機１の入側にはベッド３（入側ベッド３）、プレス機１の出側にはベッド４（出側ベッド４）が配設されている。ベッド３、４は、何れも鋼板Ｓを搬送する複数のローラを備え、これらローラの回転状態を制御することで鋼板Ｓの搬送方向を制御することができる。また、相隣接するローラ同士の間には、設備上面ＥＳに相当する設備保全用の床板（エプロン）が設置されている。すなわち、これらのベッド３、４が鋼板Ｓの搬送装置を構成する。また、入側ベッド３及び出側ベッド４の側方には、鋼板Ｓの位置を検出する位置検出装置７が設けられている。位置検出装置７は、レーザ光にて鋼板Ｓを搬送方向に走査して鋼板Ｓの搬送方向沿いの形状を計測し、その形状測定結果から鋼板Ｓがどの位置にあるかを検出する。なお、位置検出装置７では、板幅方向の１点を長手方向に走査するだけなので、板幅方向全域に亘る長手方向端部の輪郭情報は取得できない。

本実施形態のプレス機１の場合、加圧ラム２で鋼板Ｓを上から加圧し、主として鋼板Ｓに曲げモーメントを付与して鋼板Ｓの形状を矯正する。鋼板Ｓの形状は、発明（１）に係る鋼板形状計測装置５によって計測する。鋼板形状矯正のパラメータとしては、例えば鋼板Ｓの形状から求めた差金隙間（予め設定された長さの差金［基準線分］を鋼板Ｓ表面にあてがった時の差金と鋼板との間の隙間）、加圧ラム２による加圧力、シムと呼ばれる敷板の位置と間隔、鋼板Ｓの位置が挙げられる。本実施形態のプレス機１による鋼板形状矯正は、鋼板Ｓの下に２本のシムを敷き、そのシム間の部分の鋼板Ｓを加圧ラム２で加圧する。加圧ラム２による曲げモーメントは、シム間の部分の鋼板Ｓに生じる。この曲げモーメントによる鋼板Ｓの変形量と加圧解除時の戻り量、所謂スプリングバック量を加味して、前述した種々のパラメータを調整する。

入側ベッド３及び出側ベッド４のそれぞれの側方の斜め上方には発明（１）に係る鋼板形状計測装置５を備えた。レーザ距離計５Ａのガルバノミラー回転軸１３Ａ（図４では図示省略。）及び回転台回転軸１２Ａ（図４では図示省略。）の、鋼板Ｓの長手方向及び幅方向に対する配向は、図１と同様とした。

図４に示した実施形態では、レーザ光吸収体８の設置箇所は、発明（３）に則り、搬送装置内の鋼板Ｓ下方の設備上面ＥＳ上の箇所として、前述のように実験で検出した測定異常誘発区域内のエプロン上面の箇所を採用した。なお、この実施形態では、入側ベッド３内に測定異常誘発区域が検出されたので、その検出箇所にレーザ光吸収体８を設置したが、これに限定されず、測定異常誘発区域が検出された設備上面ＥＳ上の箇所が何処であろうと、その検出箇所にレーザ光吸収体８を設置するのが好ましいことは、いうまでもない。

なお、出側ベッド４の側方にはプレス機１による鋼板Ｓの形状矯正のための演算処理を行うコンピュータシステムを内蔵する制御装置６を備えた。この演算処理の詳細については、特許文献２の段落００５９〜段落００６５に記載されるような公知の方法をもちいることができる。

実施例において、本発明例は、図４に示す実施形態の例である。ここで用いた鋼板Ｓの公称寸法は、板厚＝５０ｍｍ、板幅＝２５００ｍｍ、板長さ＝８０００ｍｍである。鋼板Ｓ走査用のレーザ距離計５Ａから射出させるレーザ光は、波長が１５５０ｎｍの近赤外線レーザ光とし、該近赤外線レーザ光の出口ビーム径は３ｍｍ、拡がり角３ｍｒａｄとした。１０ｍ離れた位置では、ビーム径は３３ｍｍとなる。図４のレーザ光吸収体８として、前記４５°０°拡散反射率が５％である黒色ポリ塩化ビニルを用いた。

一方、従来例は、本発明例からレーザ光吸収体８を除去した以外は本発明例と同様の実施形態の例である。
従来例と本発明例の各々で形状計測および形状矯正を行ったところ、従来例では、鋼板Ｓの先端部（プレス機１に近い側の端部）に、図２と同様、測定異常が発生し、前記輪郭幅は板幅方向分布内の最大で２００ｍｍと大きくて、当該先端部の形状矯正に不具合を生じた。
これに対し、本発明例では、図３と同様、測定異常は発生せず、前記輪郭幅は板幅方向分布内の最大で１００ｍｍと小さくて、鋼板Ｓに難なく適正な形状矯正を施すことができた。

１ プレス機
２ 加圧ラム
３ ベッド（入側ベッド）
４ ベッド（出側ベッド）
５ 鋼板形状計測装置
５Ａ レーザ距離計
６ 制御装置
７ 位置検出装置
８ レーザ光吸収体
１１ レーザ光源
１２ 回転台
１２Ａ 回転台回転軸
１３ ガルバノミラー
１３Ａ ガルバノミラー回転軸
１５ 光点
２０，２１ 走査方向
ＥＳ 設備上面
ＥＳ’ 設備上面領域
ＬＳ１ 入射レーザ光
Ｓ 鋼板
Ｓ’ 鋼板領域

Claims (3)

1. 一つのレーザ光源からのレーザ光をガルバノミラーで転向し、転向したレーザ光にて鋼板を走査し測距するレーザ距離計を用いて、前記鋼板上の所定の検出点群を測距し、得られた測距データから前記鋼板の形状を計測する鋼板形状計測装置において、
   前記鋼板の板面端部から該板面端部と干渉したレーザ光の照射範囲までの領域内の前記鋼板の下方の少なくとも一箇所に、レーザ光吸収体として、４５°０°拡散反射率が１０％以下である物体を備えたことを特徴とする鋼板形状計測装置。
2. 加圧ラムを備えたプレス機と、前記プレス機の入側及び出側に設けられ且つ鋼板を搬送する搬送装置とを有する鋼板形状矯正装置において、前記プレス機の入側及び出側に請求項１に記載の鋼板形状計測装置を備えたことを特徴とする鋼板形状矯正装置。
3. 請求項２において、前記鋼板形状計測装置のレーザ光吸収体の設置箇所は、前記搬送装置内の、前記鋼板の下方の設備上面内の箇所としたことを特徴とする鋼板形状矯正装置。

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