JP3598907B2 - 走行中のｈ形鋼の寸法測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行中のＨ形鋼の寸法測定方法に関し、とくに、Ｈ形鋼の脚長、中心偏りを有利に自動測定するために適用されるＨ形鋼の寸法測定方法に関する。
本発明において、単に距離計というときはレーザ距離計を指す。
【０００２】
【従来の技術】
形鋼例えばＨ形鋼の断面寸法を自動測定する技術として、特開平４−１５７３０４号公報、特開平５−９３６２１ 号公報に開示された方法がある。これらの方法では、図７に示すように、Ｈ形鋼１のフランジ幅を挟む方向に１対のレーザ距離計Ａ_１ ，Ａ_２ を間隔Ｌ_Ｃ の位置に対向配置してフランジまでの距離Ｌ_１ ，Ｌ_２ を計測し、またウエブを挟む方向に１対のレーザ距離計Ｂ_１ ，Ｂ_２ を間隔Ｌ_Ｃ の位置に対向配置してウエブまでの距離Ｌ_３ ，Ｌ_４ を計測する。そして、フランジ幅Ｗ、上部脚長ｂ_Ｔ 、下部脚長ｂ_Ｂ 、ウエブ厚Ｔ_Ｗ 、中心偏りＳを次式で求める。
【０００３】
Ｗ ＝Ｌ_Ｃ −（Ｌ_１ ＋Ｌ_２ ） （１）
ｂ_Ｔ ＝Ｌ_３ −Ｌ_１ （２）
ｂ_Ｂ ＝Ｌ_４ −Ｌ_２ （３）
Ｔ_Ｗ ＝Ｌ_Ｃ −（Ｌ_３ ＋Ｌ_４ ） （４）
Ｓ ＝（ｂ_Ｔ −ｂ_Ｂ ）／２ （５）
図７では左側のみ示したが、右側についても同様の相対位置関係で距離計が配置される。なお、通常用いるレーザ距離計は１次元距離計であるが、特開平４−１５７３０４号公報では走行中のＨ形鋼の横振れによるフランジ端面（該端面の幅はフランジ厚に等しい）の計測ミスを回避するためにフランジ幅を挟む１対（図７のＡ_１ ，Ａ_２ ）を計測可能範囲の広い２次元距離計としている。
【０００４】
また、特開平１０−１１５５０９号公報には、レーザ距離計を形鋼の上方下方に１台ずつ、左方右方に４台ずつ配置する走行中の形鋼断面の寸法測定装置が開示されている。
一方、特開平８−３２７３２９号公報には、上下１対のレーザ距離計で静止したＨ形鋼の上半分と下半分を往復走査し、その際往路と復路で距離計の旋回角度（距離計走行方向に対するレーザビーム照射方向の角度）を変更し、計測した距離値と旋回角度をもとに上下の断面形状プロフィルを合成し、その結果をもとに断面寸法を算出する方法が開示されている。なお、上下の距離計の基準位置座標は、被測定物の測定と同一時機に寸法および配置位置が既知の校正片を測定し、その結果を用いて校正される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平４−１５７３０４号公報、特開平５−９３６２１ 号公報、特開平１０−１１５５０９号公報の測定法は、複数の距離計を定置して距離計測する方式（定置測定法と称する）であるため被測定物にパスライン変動（被測定物が走行中に上下方向にばたつく現象）が生じてもそれによる影響はなく、走行中の被測定物を測定するのに好適である。しかし、定置測定法では、距離計の合計必要台数が８〜１０台の多きにのぼることから高価でありまた計器間の固有特性差（機差）による誤差重畳の問題が大きいほか配置箇所も多数分散するため保全負担が重い。
【０００６】
一方、特開平８−３２７３２９号公報の測定方式は距離計を走行させて被測定物を走査する方式（走査測定法と称する）であって、距離計は上下１台ずつの計２台で足りるから安価であり機差による誤差重畳の問題は小さく保全負担も軽い。
しかし、この方法は、上下の距離計の走行位置を一致させた状態で走査するため、静止した被測定物の寸法測定には有効であるが、走行中の被測定物に対しては測定値にパスライン変動による誤差が入る。
【０００７】
なお、走行中の形鋼を走路幅方向に走査すると、静止状態の形鋼を斜めに横切って走査する場合と同じ結果になるが、形鋼の長手方向の形状変動は小さいから、斜め横断走査であること自体は、測定精度悪化の要因とはならない。
すなわち、図８に示すように、上下の距離計２ａ，２ｂがフランジ端面を走査してからウエブ面を走査するまでのΔｔ秒間で変動量Ｐのパスライン変動があると、上下の脚長と中心偏りの測定値ｂ_ＴＰ，ｂ_ＢＰ，Ｓ_Ｐ は、パスライン変動がないときに得られる正しい値ｂ_Ｔ ，ｂ_Ｂ ，ＳからＰだけずれてしまう。
【０００８】
一例として、実生産ラインで搬送中のＨ形鋼（サイズ４００ ×２００ ；ウエブ高さ４００ｍｍ 、フランジ幅２００ｍｍ の意）のウエブ上下面を、走行位置合わせした上下１対のレーザ距離計で搬送路幅方向に走査し、計測することによりパスライン変動の程度を調査した結果を図９に示す。距離計がＨ形鋼をＯｐ側（搬送路の操作側）からＤｒ側（搬送路の駆動側）まで走査する間にパスライン変動は約４０回も発生し、パスライン変動量は最大約３ｍｍであった。
【０００９】
この変動量は、Ｈ形鋼サイズにもよるが、通常、数mm〜10mm程度はあると推定されるから、走行中のＨ形鋼を従来の走査測定法で測定すると脚長、中心偏りの測定精度は数mm〜10mm程度悪くなる。
このように、従来は、上下一対の距離計で走行中のＨ形鋼の断面寸法を精度よく測定することは困難であった。
【００１０】
本発明は、この問題を解決し、走行中のＨ形鋼の断面寸法を安価な上下一対だけの距離計で精度よく測定できるＨ形鋼の寸法測定方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、走行中のＨ形鋼の上下に設けたＨ形鋼の走路に直交する方向に往復して走査する一対のレーザ距離計の位置関係を、双方の進行方向が同じとき一方が他方よりも、下記式を満たす所定の距離ηだけ後方を進行するように設定し、かつ双方の計測タイミングを一致させることを特徴とする走行中のＨ形鋼の寸法測定方法である。
記
Ｚ₁ ≦η≦Ｚ₂ ；Ｚ₁ ：一方のフランジ端面の内側端部と同フランジ側に最も近いウエブ端との水平距離、Ｚ₂ ：ウエブの両端間の距離（ウエブ内幅）
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の一例を示す断面図であり、（ａ）は上下の距離計２ａ，２ｂが共に往路方向（この例ではＯｐ側⇒Ｄｒ側）に進行中の状態、（ｂ）は上下の距離計２ａ，２ｂが共に復路方向（この例ではＤｒ側⇒Ｏｐ側）に進行中の状態をそれぞれ示す。
【００１３】
この状態において本発明では、距離計の一方例えば上距離計２ａを、他方例えば下距離計２ｂよりも所定のずらし量ηだけ後方から進行させるものとする。該ずらし量ηはたとえば粗圧延後のＨ形鋼の断面について図２に示すように、一方のフランジ端面の内側端部Ｗと一方のフランジ側に最も近いウエブ部Ｘとの水平距離Ｚ_１ 以上、ウエブの両端Ｘ，Ｙ間の距離（ウエブ内幅）Ｚ_２ 以下であればよい。
【００１４】
η≧Ｚ_１ なる条件は、距離計の一方がフランジ端面を走査すると同時に他方がウエブ面を走査する状態を実現し、正確にフランジ脚長を求めるために必要であり、η≦Ｚ_２ なる条件は、両方の距離計がウエブ面を走査する状態を実現し、正確にウエブ厚を求めるために必要である。しかし、さらに正確にフランジ脚長を求めるためにはフランジ端面を複数点走査すること（たとえば図３に示すように、フランジ端面を４ヶ所走査し、中央の２ヶ所のデータを用いる等）が好ましく、この点から距離計の一方がフランジ端面すべての部分を走査すると同時に、他方がウエブ面を走査する状態を実現するべくηがＺ_３ 以上であることが好ましい。また、ウエブ内幅Ｚ_２ がＺ_３ に比べて倍以上大きい場合には、図４に示すように、η≦Ｚ_２ ／２とし、Ｈ形鋼の左半分と右半分で各々、各測定値を求めれば、より高精度な測定ができる。
【００１５】
なお、図１の例では、上距離計を後方（下距離計を前方）としているが、上下の距離計の前後関係はこの逆であってもよい。
さらに本発明では上下の距離計２ａ，２ｂの計測タイミングを一致させる。この措置は、上下の計測タイミングがずれるとそのずれの間に生じたパスライン変動の変動量が誤差としてはびこるのを防止するために必要である。
【００１６】
これにより、計測した距離データを例えば以下に図４を用いて説明するような方法で処理することで、パスライン変動の影響を受けずに形鋼の断面寸法を導出することができるようになる。
図４は、本発明による上下同時計測状態の推移を示す断面図である。距離計は往路で（ａ）⇒（ｂ）⇒（ｃ）の状態、復路で（ｄ）⇒（ｅ）⇒（ｆ）の状態を順次経過する。
【００１７】
往路、復路のいずれにおいても下距離計２ｂが上距離計２ａよりもずらし量ηだけ先行して走行するので、往路では、まずＯｐ側でフランジ上端面、ウエブ下面が同時計測されて距離値Ｌ_Ｔ１、Ｌ_Ｂ１が得られ（ａ）、次いでウエブＯｐ側、Ｄｒ側でそれぞれウエブ上下面が同時計測されて距離値Ｌ_Ｔ２、Ｌ_Ｂ２、Ｌ_Ｔ２’、Ｌ_Ｂ２’が得られ（ｂ）、さらにＤｒ側でウエブ上面とフランジ下端面が同時計測されて距離値Ｌ_Ｔ３、Ｌ_Ｂ３が得られる（ｃ）。そして、復路では、まずＤｒ側でフランジ上端面とウエブ下面が同時計測されて距離値Ｌ_Ｔ４、Ｌ_Ｂ４が得られ（ｄ）、次いでウエブＤｒ側、Ｏｐ側でそれぞれウエブ上下面が同時計測されて距離値Ｌ_Ｔ５、Ｌ_Ｂ５、Ｌ_Ｔ５’、Ｌ_Ｂ５’が得られ（ｅ）、さらにＯｐ側でウエブ上面とフランジ下端面が同時計測されて距離値Ｌ_Ｔ６、Ｌ_Ｂ６が得られる（ｆ）。
【００１８】
そこで往路、復路で得た距離値を用いて次式によりＯｐ側ウエブ厚Ｔ_WOP 、Ｄｒ側ウエブ厚Ｔ_WDR 、Ｏｐ側上部脚長ｂ_OPT 、Ｄｒ側下部脚長ｂ_DRB 、Ｄｒ側上部脚長ｂ_DRT 、Ｏｐ側下部脚長ｂ_OPB 、Ｏｐ側フランジ幅Ｗ_OP、Ｄｒ側フランジ幅Ｗ_DR、Ｏｐ側中心偏りＳ_OP、Ｄｒ側中心偏りＳ_DRを算出する。

式(8) 〜(11)による脚長の算出には、距離データのうち同時計測されたもののみが用いられるから、脚長および中心偏りの測定結果にパスライン変動による誤差の入り込む余地はない。それゆえ、本発明によれば、走行中のＨ形鋼の断面寸法の高精度測定が可能となる。
【００１９】
なお、図４（ｂ）、（ｅ）の状態においてウエブ厚を求めるに当り、複数の時点で上下同時計測を行い、それらを平均してもよい。
【００２０】
【実施例】
Ｈ形鋼熱間圧延ラインにおいて中間圧延機出側から仕上圧延機入側に至る搬送路を走行中のＨ形鋼の断面寸法測定に本発明を適用した実施例について説明する。
この実施例で使用した距離計支持機構は、図５に示すように、両側にサイドガイド９の付いた搬送路３の上方、下方に上下１対のレール４を支柱５で搬送路幅方向に水平支持して設置し、各レール４にレーザ距離計２を１台ずつ待機位置Ｐ_０ と折り返し位置Ｐ_１ との間を往復走行可能に取り付け、各レール４の一端側に、距離計２の走行を駆動する駆動装置６と、該駆動装置６の駆動回転数を計測してその結果を距離計２の走行位置に変換する位置検出器７とを配置して構成した。なお、距離計２の旋回角度は９０°に固定した。
【００２１】
また、待機位置Ｐ_０ と搬送路３との間の所定の位置に配置した寸法既知の校正片８をＨ形鋼１の測定毎に走査して採取した校正片距離データを用いて距離計２の基準位置座標を校正した。
この装置で、変動量約５ｍｍのパスライン変動下で走行中のＨ形鋼２０本について図４で説明した方法でＯｐ側、Ｄｒ側の上下部脚長と中心偏りを自動測定し、測定誤差を調べた。この測定に供したＨ形鋼においては、図２で定義したＺ_１ が３５ｍｍ、Ｚ_３ が５０ ｍｍ 、Ｚ_２ が３７０ ｍｍであったので、上下の距離計（下先行）位置のずらし量ηを５０ ｍｍ に設定した。
【００２２】
結果をまとめて図６に示す。なお、測定誤差は自動測定結果から人手測定結果（最確値とみなされる）を差し引いて求めた。
図６に示されるように、いずれの測定部位においても測定誤差は±０．３ｍｍ の範囲内に収まった。この測定誤差範囲はずらし量ηを０に設定する従来法に対比して約±５ｍｍから±０．３ｍｍ へと大幅に縮小しており、本発明により走査測定法による走行中の形鋼の断面寸法測定精度が格段に向上することが確認された。
【００２３】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、走行中のＨ形鋼の断面寸法を、上下１対の距離計を用いる安価な装置で、高精度な測定が可能となるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】ずらし量を説明するための図である。
【図３】フランジ端面を複数点走査する状態を示す図である。
【図４】本発明による上下同時計測状態の推移を示す断面図である。
【図５】実施例で使用した距離計支持機構を示す断面図である。
【図６】実施例の測定誤差調査結果を示すグラフである。
【図７】定置測定法を示す断面図である。
【図８】従来の走査測定法におけるパスライン変動による測定誤差の発生原理を示す断面図である。
【図９】実生産ラインでのパスライン変動調査結果の１例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ Ｈ形鋼
２ 距離計（レーザ距離計、ａ：上、ｂ：下）
３ 搬送路
４ レール（ａ：上、ｂ：下）
５ 支柱
６ 駆動装置
７ 位置検出器
８ 校正片
９ サイドガイド
１０ レーザビーム照射方向（ａ：上、ｂ：下）

Claims (1)

1. 走行中のＨ形鋼の上下に設けたＨ形鋼の走路に直交する方向に往復して走査する１対のレーザ距離計の位置関係を、双方の進行方向が同じとき一方が他方よりも、下記式を満たす所定の距離ηだけ後方を進行するように設定し、かつ双方の計測タイミングを一致させることを特徴とする走行中のＨ形鋼の寸法測定方法。
   記
   Ｚ₁ ≦η≦Ｚ₂ ；Ｚ₁ ：一方のフランジ端面の内側端部と同フランジ側に最も近いウエブ端との水平距離、Ｚ₂ ：ウエブの両端間の距離（ウエブ内幅）

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