JP2019211348A - 長尺材の曲がり検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】長尺材の曲がり位置を特定することができると共に曲がり量を正確に測定することができる、長尺材の曲がり検出システムを提供する。【解決手段】 長尺材１の長手方向に沿って移動可能な３次元形状測定装置２と、この３次元形状測定装置による長尺材の形状測定結果を処理する処理装置３とを備える。処理装置３は、以下の処理（１）から（３）を実行する。（１）長尺材の形状測定結果に基づいて得た当該長尺材の長手方向の中心位置プロフィールを所定の方向から投影した投影中心位置プロフィールＰｖ，ＰｈをＸＹ座標上に作成する。（２）当該投影中心位置プロフィールＰｖ，Ｐｈから当該長尺材の曲がり位置を抽出すると共に当該曲がり位置のＸＹ座標位置を求める。（３）前記曲がり位置のＸ座標位置を出力すると共に前記曲がり位置のＹ座標位置に基づいて算出した当該曲がり位置の曲がり量を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、長尺材の曲がりを検出するシステムに関する。

長尺材の曲がりを検出するシステムとして、特許文献１に、管材（長尺材）の外径を複数の径方向について測定する外径計を用いたシステムが開示されている。すなわち特許文献１のシステムは、外径計による各径方向についての外径測定位置に基づいて管材の中心位置を算出し、管材の軸方向に沿った前記中心位置の変動量に基づいて管材（長尺材）の曲がりを検出するものである。

しかし、この特許文献１には、長尺材の曲がりを検出する手法は開示されているものの、その曲がりのある具体的な位置（以下「曲がり位置」という。）を特定する手法は開示されていない。長尺材の曲がりを矯正するには、曲がりを検出するだけでなく、曲がり位置を特定することが重要である。
また特許文献１では、管材を軸方向に搬送することにより、管材の先端部から後端部までの中心位置の変動量を測定するようにしているが、管材の搬送時に管材にズレやブレが生じることがある。管材にズレやブレが生じると管材の中心位置の変動量（曲がり量）を正確に測定することはできない。

特開２００６−２４７７２４号公報

本発明が解決しようとする課題は、長尺材の曲がり位置を特定することができると共に曲がり量を正確に測定することができる、長尺材の曲がり検出システムを提供することにある。

本発明の一観点によれば、次の長尺材の曲がり検出システムが提供される。
長尺材の長手方向に沿って移動可能な３次元形状測定装置と、この３次元形状測定装置による長尺材の形状測定結果を処理する処理装置とを備え、前記処理装置は、以下の処理（１）から（３）を実行する、長尺材の曲がり検出システム。
（１）長尺材の形状測定結果に基づいて得た当該長尺材の長手方向の中心位置プロフィールを所定の方向から投影した投影中心位置プロフィールをＸＹ座標上に作成する。
（２）当該投影中心位置プロフィールから当該長尺材の曲がり位置を抽出すると共に当該曲がり位置のＸＹ座標位置を求める。
（３）前記曲がり位置のＸ座標位置を出力すると共に前記曲がり位置のＹ座標位置に基づいて算出した当該曲がり位置の曲がり量を出力する。

本発明によれば、長尺材の曲がり位置を特定することができる。
また本発明によれば、３次元形状測定装置は長尺材の長手方向に沿って移動可能であるので、この３次元形状測定装置による長尺材の形状測定に際し、長尺材を搬送する必要はない。すなわち本発明によれば、３次元形状測定装置による長尺材の形状測定時に長尺材にズレやブレが生じることはないので、長尺材の曲がり量を正確に測定することができる。

本発明の一実施形態である長尺材の曲がり検出システムを示し、（Ａ）は鉛直方向から見た概念図、（Ｂ）水平方向から見た概念図。 長尺材の配置を概念的に示す平面図（鉛直方向から見た概念図）。 ３次元形状測定装置による長尺材の形状測定の様子を示す概念図。 ３次元形状測定装置により得られる長尺材の外形形状を示す概念図。 長尺材の長手方向の中心位置プロフィールを鉛直方向から投影した投影中心位置プロフィールを模式的に示す概念図。 表示部の表示例を示す説明図。 投影中心位置プロフィールを直線近似して得た直線近似プロフィールを模式的に示す概念図。

図１に、本発明の一実施形態である長尺材の曲がり検出システムを概念的に示している。なお、同図（Ａ）はこのシステムを鉛直方向から見た概念図、同図（Ｂ）はこのシステムを水平方向から見た概念図である。
このシステムは、長尺材１の長手方向に沿って移動可能な３次元形状測定装置２と、この３次元形状測定装置２による長尺材１の形状測定結果を処理する処理装置３とを備えている。

この実施形態において長尺材１は、長さが６〜７ｍ程度、直径が１７０〜３００ｍｍ程度の円柱状の鋼材であり、図２に概念的に示しているように、ローラコンベア４上に静止的又は固定的に配置されている。なお、図２中符号５は、長尺材１の曲がりを矯正するためのプレス装置である。このプレス装置５は、水平方向に移動するヘッド部５ａと、このヘッド部５ａと対向するように配置された受け部５ｂとを有する。

図１に戻って、この実施形態において３次元形状測定装置２は、スライド式電動アクチュエータ６に支持されることにより、長尺材１の長手方向に沿って移動可能となっている。なお、３次元形状測定装置２を長尺材１の長手方向に沿って移動可能とする方式はスライド式電動アクチュエータ方式には限定されず、例えばベルト駆動方式やリニアモータ方式、ラック＆ピニオン方式などを採用することもできる。
また、この実施形態において３次元形状測定装置２はレーザ照射方式であり、図３に概念的に示しているように長尺材１の上方からレーザ光を照射することにより、長尺材１の形状測定結果（３次元の形状測定データ）を取得する。なお、３次元形状測定装置２の方式はレーザ照射方式には限定されず、例えばカメラ撮影方式や超音波方式などを採用することもできる。

再び図１に戻って、この実施形態において処理装置３は表示部３ａを有する汎用のコンピュータよりなり、３次元形状測定装置２による長尺材１の形状測定結果を処理すると共に、その処理結果を表示部３ａに出力し表示する。

以下、この実施形態において処理装置３が実行する処理について説明する。

処理（１）
処理装置３は、３次元形状測定装置２による長尺材１の形状測定結果に基づいて長尺材１の長手方向の中心位置プロフィールを作成する。具体的に説明すると、３次元形状測定装置２により、図４に例示するような長尺材１の外形形状が得られる。なお、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図１（Ｂ）における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の位置における長尺材１の外形形状を示している。処置装置３は、各位置における長尺材１の外形形状から当該位置における長尺材１の中心位置を算出し、この中心位置の算出を長尺材１の長手方向全長にわたり連続的に実行する。これにより、長尺材１の長手方向の中心位置プロフィールが得られる。
次に処理装置３は、前述の長尺材１の長手方向の中心位置プロフィールを所定の方向から投影した投影中心位置プロフィールをＸＹ座標上に作成する。この実施形態では、鉛直方向と水平方向の２つの方向から投影した投影中心位置プロフィールをそれぞれＸＹ座標上に作成する。図１（Ａ）中に鉛直方向から投影した投影中心位置プロフィールＰｖを、図１（Ｂ）中に水平方向から投影した投影中心位置プロフィールＰｈをそれぞれ概念的に示している。

処理（２）
処理装置３は、投影中心位置プロフィールＰｖ，Ｐｈから長尺材１の曲がり位置を抽出すると共に当該曲がり位置のＸＹ座標位置を求める。この実施形態ではこの処理（２）として以下の処理（２−Ａ）から（２−Ｃ）を実行する。

処理（２−Ａ）
処理装置３は、投影中心位置プロフィールＰｖ，Ｐｈから所定の長さ以上の長さを有する直線部分を抽出すると共に各直線部分の傾きの正負を判別する。図５に模式的に示している投影中心位置プロフィールＰｖを例に具体的に説明すると、処理装置３は、投影中心位置プロフィールＰｖから所定の長さ以上（この実施形態では０．５ｍ以上）の長さを有する直線部分Ｓ１〜６を抽出し、各直線部分Ｓ１〜６の傾きの正負を判別する。この実施形態では、直線部分Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５の傾きが正、直線部分Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の傾きが負である。
処理装置３は、水平方向から投影した投影中心位置プロフィールＰｈについても同様に所定の長さ以上（この実施形態では０．５ｍ以上）の長さを有する直線部分を抽出すると共に各直線部分の傾きの正負を判別する。
なお、投影中心位置プロフィールＰｖ，Ｐｈから所定の長さ以上の長さを有する直線部分を抽出する方法としては最小２乗法などの公知の方法を使用することができ、その相関係数が所定値以上となる部分を直線部分として抽出することができる。また、抽出する直線部分の長さは、長尺材の曲がり位置を抽出するという目的に適合するように「所定の長さ以上」とする。この実施形態では「所定の長さ以上」は０．５ｍ以上としているが、例えば１ｍ以上とすることもできる。すなわち、「所定の長さ以上」の具体値は、長尺材の曲がり位置を抽出するという目的に適合するように適宜設定すればよい。

処理（２−Ｂ）
引き続き図５を参照して説明すると、処理装置３は、隣接する、正の傾きを有する直線部分Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と負の傾きを有する直線部分Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６との仮想的な交点Ａ１〜３と、正の傾きを有する直線部分Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と投影中心位置プロフィールＰｖとの仮想的な交点Ｂ１〜３と、負の傾きを有する直線部分Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６と投影中心位置プロフィールＰｖとの仮想的な交点Ｃ１〜３のそれぞれのＸＹ座標位置を求める。
処理装置３は、水平方向から投影した投影中心位置プロフィールＰｈについても同様に、交点Ａ、Ｂ及びＣを求め、それぞれのＸＹ座標位置を求める。

処理（２−Ｃ）
引き続き図５を参照して説明すると、処理装置３は、交点Ａ１〜３を長尺材１の曲がり位置として抽出すると共に、交点Ａ１〜３、交点Ｂ１〜３及び交点Ｃ１〜３を頂点とする三角形において交点Ａ１〜３から対辺に引いた垂線の長さＬ１〜３を求める。
処理装置３は、水平方向から投影した投影中心位置プロフィールＰｈについても同様に、交点Ａを長尺材１の曲がり位置として抽出すると共に交点Ａ、交点Ｂ及び交点Ｃを頂点とする三角形において交点Ａから対辺に引いた垂線の長さＬを求める。

処理（３）
処理装置３は、処理（２）で抽出した曲がり位置のＸ座標位置を出力すると共にこの曲がり位置のＹ座標位置に基づいて算出した当該曲がり位置の曲がり量を出力する。この実施形態ではこの処理（３）として以下の処理（３−Ａ）を実行する。
処理（３−Ａ）
再び図５を参照して説明すると、曲がり位置のＸ座標位置として交点Ａ１〜３のＸ座標位置を出力すると共に曲がり量として垂線の長さＬ１〜３を出力する。

これらの出力により、作業者は、長尺材１の曲がり位置を特定することができると共に、その曲がり位置における曲がり量を把握することができる。そして作業者は、曲がり位置のＸ座標位置に基づき、その曲がり位置が図２に示しているプレス装置５のヘッド部５ａの位置に来るように長尺材１の位置を調整し、曲がり量に応じてヘッド部５ａの移動量を調整することで、長尺材１の曲がりを適切に矯正することができる。
なお、図２に示しているプレス装置５のヘッド部５ａは水平方向に移動するから、鉛直方向から投影した投影中心位置プロフィールＰｖ（図５参照）から抽出した曲がり位置についてその曲がりをプレス装置５のヘッド部５ａで矯正するときは、その曲がり位置がプレス装置５のヘッド部５ａと対向するように、単に長尺材１を水平方向（長手方向）に移動させるだけでよい。一方、水平方向から投影した投影中心位置プロフィールＰｈ（図１（Ｂ）参照）から抽出した曲がり位置についてその曲がりをプレス装置５のヘッド部５ａで矯正するときは、その曲がり位置がプレス装置５のヘッド部５ａと対向するように、長尺材１を水平方向（長手方向）に移動させると共に長尺材１を長手方向中心軸周りに９０度回転させる。

また、この実施形態において処理装置３は、処理（３−Ａ）で出力した曲がり位置のＸ座標位置（Ｘ）及び曲がり量（Ｌ１〜３）を、投影中心位置プロフィールＰｖ，Ｐｈに対応させて表示部３ａに表示させるようにしている。図６（Ａ）に投影中心位置プロフィールＰｖに対応させた表示を、図６（Ｂ）に投影中心位置プロフィールＰｈに対応させた表示をそれぞれ概念的に示している。
これにより、作業者は長尺材１の曲がり位置と曲がり量を明確に確認することができる。そして作業者は、これらの曲がり位置と曲がり量の出力データに基づき前述の要領で長尺材１の曲がりを矯正することができるが、その矯正は、曲がり量が所定の閾値以上（例えば３ｍｍ以上）の曲がり位置についてのみ行うようにすることもできる。
なお、図６（Ａ），（Ｂ）では、破線（仮想線）により長尺材１の外形のイメージも示している。

次に前述の処理（２）及び処理（３）について他の実施形態を説明する。
この他の実施形態において処理装置３は、処理（２）として以下の処理（２−ａ）及び（２−ｂ）を実行し、処理（３）として以下の処理(３−ａ)を実行する。

処理（２−ａ）
処理装置３は、前述の処理（１）で作成した投影中心位置プロフィールＰｖ，Ｐｈを直線近似して直線近似プロフィールを作成する。図７（Ａ）に投影中心位置プロフィールＰｖを直線近似して得た直線近似プロフィールＰｖａを、図７（Ｂ）に投影中心位置プロフィールＰｈを直線近似して得た直線近似プロフィールＰｈａをそれぞれ概念的に示している。なお、図７（Ａ），（Ｂ）において投影中心位置プロフィールＰｖ，Ｐｈは仮想的に断続する点で示している。直線近似の方法としては、最小２乗法などの公知の方法を使用することができる。

処理（２−ｂ）
処理装置３は、直線近似プロフィールＰｖａ，ＰｈａからＹ方向に最も乖離している投影中心位置プロフィールＰｖ，Ｐｈ上の位置を曲がり位置として抽出すると共に当該曲がり位置のＸＹ座標位置を求める。図７（Ａ）では位置ａ１が曲がり位置、図７（Ｂ）では位置ａ２が曲がり位置として抽出され、これらの位置ａ１，ａ２のＸＹ座標位置が求められる。

処理（３−ａ）
処理装置３は、曲がり位置ａ１，ａ２のＸ座標位置を出力すると共に当該曲がり位置ａ１，ａ２から直線近似プロフィールＰｖａ，Ｐｈａへ引いた垂線の長さｌ１，ｌ２を曲がり量として出力する。

これらの出力により、作業者は、長尺材１の曲がり位置を特定することができると共に、その曲がり位置における曲がり量を把握することができる。そして作業者は、前述の実施形態と同様に、曲がり位置のＸ座標位置に基づき、その曲がり位置が図２に示しているプレス装置５のヘッド部５ａの位置に来るように長尺材１の位置を調整し、曲がり量に応じてヘッド部５ａの移動量を調整することで、長尺材１の曲がりを適切に矯正することができる。
また、前述の実施形態と同様に処理装置３は、処理（３−ａ）で出力した曲がり位置のＸ座標位置及び曲がり量を、投影中心位置プロフィールＰｖ，Ｐｈに対応させて表示部３ａに表示させることもできる。

なお、以上の実施形態では、長尺材１の形状測定結果に基づいて得た長尺材の長手方向の中心位置プロフィールを鉛直方向と水平方向の２つの方向から投影した投影中心位置プロフィールＰｖ，Ｐｈを作成するようにしたが、投影する方向は鉛直方向又は水平方向には限定されず、少なくとも１つの所定の方向であればよい。
また、以上の実施形態では、長尺材１は円柱状の鋼材としたが、長尺材の形状及び材質に特に限定はなく、例えば角筒状の鋼材であってもよい。

１ 長尺材
２ ３次元形状測定装置
３ 処理装置
３ａ 表示部
４ ローラコンベア
５ プレス装置
５ａ ヘッド部
５ｂ 受け部
６ スライド式電動アクチュエータ

Claims (5)

1. 長尺材の長手方向に沿って移動可能な３次元形状測定装置と、この３次元形状測定装置による長尺材の形状測定結果を処理する処理装置とを備え、前記処理装置は、以下の処理（１）から（３）を実行する、長尺材の曲がり検出システム。
   （１）長尺材の形状測定結果に基づいて得た当該長尺材の長手方向の中心位置プロフィールを所定の方向から投影した投影中心位置プロフィールをＸＹ座標上に作成する。
   （２）当該投影中心位置プロフィールから当該長尺材の曲がり位置を抽出すると共に当該曲がり位置のＸＹ座標位置を求める。
   （３）前記曲がり位置のＸ座標位置を出力すると共に前記曲がり位置のＹ座標位置に基づいて算出した当該曲がり位置の曲がり量を出力する。
2. 前記処理装置は、前記処理（１）において、長尺材の形状測定結果に基づいて得た長尺材の長手方向の中心位置プロフィールを鉛直方向と水平方向の２つの方向から投影した投影中心位置プロフィールをそれぞれＸＹ座標上に作成する、請求項１に記載の長尺材の曲がり検出システム。
3. 前記処理装置は、前記処理（３）で出力した前記曲がり位置のＸ座標位置及び前記曲がり量を前記投影中心位置プロフィールに対応させて表示する表示部を有する、請求項１又は２に記載の長尺材の曲がり検出システム。
4. 前記処理装置は、前記処理（２）として以下の処理（２−Ａ）から（２−Ｃ）を実行し、前記処理（３）として以下の処理(３−Ａ)を実行する、請求項１から３のいずれかに記載の長尺材の曲がり検出システム。
   （２−Ａ）前記投影中心位置プロフィールから所定の長さ以上の長さを有する直線部分を抽出すると共に各直線部分の傾きの正負を判別する。
   （２−Ｂ）隣接する、正の傾きを有する直線部分と負の傾きを有する直線部分との仮想的な交点Ａと、正の傾きを有する直線部分と前記投影中心位置プロフィールとの仮想的な交点Ｂと、負の傾きを有する直線部分と前記投影中心位置プロフィールとの仮想的な交点ＣのそれぞれのＸＹ座標位置を求める。
   （２−Ｃ）前記交点Ａを前記曲がり位置として抽出すると共に、前記交点Ａ、交点Ｂ及び交点Ｃを頂点とする三角形において交点Ａから対辺に引いた垂線の長さを求める。
   （３−Ａ）前記曲がり位置のＸ座標位置として前記交点ＡのＸ座標位置を出力すると共に前記曲がり量として前記垂線の長さを出力する。
5. 前記処理装置は、前記処理（２）として以下の処理（２−ａ）及び（２−ｂ）を実行し、前記処理（３）として以下の処理(３−ａ)を実行する、請求項１から３のいずれかに記載の長尺材の曲がり検出システム。
   （２−ａ）前記投影中心位置プロフィールを直線近似して直線近似プロフィールを作成する。
   （２−ｂ）前記直線近似プロフィールからＹ方向に最も乖離している前記投影中心位置プロフィール上の位置を前記曲がり位置として抽出すると共に当該曲がり位置のＸＹ座標位置を求める。
   （３−ａ）前記曲がり位置のＸ座標位置を出力すると共に当該曲がり位置から前記直線近似プロフィールへ引いた垂線の長さを前記曲がり量として出力する。

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