JP6425152B2 - 材料寸法の測定 - Google Patents

Description

本発明は、鋸引き過程の間に長手部材の材料寸法を決定するための方法に関するものであり、鋸刃ブレードを押し出し、その間に長手部材を鋸刃ブレードにより鋸溝に沿って切断し、押し出し経路に沿った鋸刃ブレードの押し出し位置データを求め、鋸引きの間にさらなる測定データを、鋸引き力または該鋸引き力に対応する他のパラメータの群から求めることにより前記材料寸法を決定する。

従来技術においてパイプ切断機は十分に公知である。短縮されたパイプ部分の大きさの精度への要求がますます大きくなるため、このパイプ部分は再検査される。短縮されたパイプ部分は、長さに関して例えば特許文献１のパイプ切断機により、またはパイプ縁部のプロフィールの形状に関して特許文献２の装置により再検査される。

特許文献３には、分離線に沿って加工物を分離するための装置が開示されている。ここでは、センサ装置により測定パラメータに基づいて目下の加工結果を計算し、この目下の加工結果を表示装置に表示することにより、加工プロセスがユーザにとって簡素化される。

前記パイプ切断機の欠点は、パイプ切断機に装填されたパイプの寸法、とりわけパイプの直径および壁厚のコントロールが、大きな労力を掛けることによってだけ可能なことである。とりわけ短縮すべきパイプの直径および壁厚の点で形式の異なるパイプが部分的に密に隣り合うことがある。すなわち異なるパイプ直径の差が僅か１／１０ｍｍであり、壁厚もパイプ形式が異なっても僅か１／１０ｍｍしか互いに偏差しないことがあり、そのためこれらを肉眼で互いに区別することはできない。このことは特に、手違いでパイプが誤って標識付けられた場合に問題である。パイプ形式の選択における誤りまたはパイプ形式の混在、あるいは材料は異なるが寸法の同じパイプはしばしばまったく識別されない。

ドイツ国特許第１０ ２００５ ０２５ ６０６号公報 ドイツ国特許第１０ ２００６ ０１９ ３５４号公報 ドイツ国特許第１０ ２０１３ ２０２ ７５４号Ａ１公報

したがって本発明の課題は、鋸引き過程の間でも材料寸法を検査することのできる方法を提供することである

この課題は、請求項１の特徴部分の構成を有する冒頭に述べた方法によって解決される。長手部材とは中実の部材と理解されるが、しかしパイプも、とりわけ金属部材も含まれる。

本発明によれば、制御されるパイプ切断機で提供される押し出し位置データ、すなわち鋸刃ブレードの鋸刃ブレード軸の位置座標およびさらなる測定データから実際プロフィールが求められる。

前記さらなる測定データは、好ましくは鋸引き力または鋸引き力に対応する他のパラメータ、とりわけトルクである。実際プロフィールは、例えば押し出し経路に依存して鋸引き力の経過を表す。

好ましくは実際プロフィールと目標プロフィールとの比較により、所定の許容公差を考慮して材料寸法における誤差が発見される。または実際プロフィールの評価により材料寸法が直接的に求められ、好ましくは摩耗による鋸刃ディスクの高さないし直径の減少に依存せずに求められる。

とりわけ長手部材部分はパイプ部分、とりわけ金属パイプのパイプ部分であり、材料寸法はパイプ部分の直径および壁厚である。

好ましくは鋸刃ブレードは、回転される円形鋸刃ブレードであり、鋸刃ブレードの押し出し経路に沿って鋸刃ブレード軸の押し出し位置データが測定される。ここで好ましくは鋸刃ブレード軸の位置座標が、種々の順次連続する短い測定時点で求められる。これらの位置座標は、通常使用される制御型のパイプ切断機ではいずれにしろ提供されているか、または簡単に求めることができる。とりわけ鋸刃ブレード軸の位置座標が長手部材部分の収容部を基準にして、とりわけ収容部の下方載置面との関係で決定される。

有利には実際プロフィールから極値が決定され、極値の押し出し位置データから材料寸法が求められる。

例えばパイプの鋸引き過程の実際プロフィールにより、切断過程の開始時の押し出し位置データと切断過程の終了時の押し出し位置データとがとりあえず簡単に求められることが示された。切断過程の開始は、さらなる測定値の上昇、とりわけ鋸引き力のゼロ値からの上昇に対応し、一方、切断過程の終了は、さらなる測定値のゼロ値への降下に対応する。２つの押し出し位置データの差から、長手部材の直径が決定される。鋸歯の長手部材への最初の進入と長手部材の完全分離との間の鋸引き過程の部分が切断過程と称される。

本発明の特に好ましい一実施形態では、隣接する２つの最大値の押し出し位置データの差から長手部材の材料寸法を決定することができる。

有利には、長手部材、とりわけパイプの壁厚は、切断の開始時の押し出し位置データと第１の最大値の押し出し位置データとの差、および／または切断の終了時の押し出し位置データと第２の最大値の押し出し位置データとの差から決定される。

本発明の方法は、とりわけ円形の内径および円形の外径を有するパイプ状の長手部材部分に適用するのに適する。好ましくは本発明が適用される長手部材は、長手軸を中心に回転対称に配置されている。

本発明のさらなる好ましい一実施形態では、切断の開始時の押し出し位置データが求められ、そこから鋸刃ブレード直径が求められる。

本発明のさらなる一実施形態では、さらなる測定データ、とりわけ鋸引き力またはトルクから材料の引張強さが求められる。またはトルク−使用時間プロフィールが求められ、このトルク−使用時間プロフィールはファイルされているトルク−使用時間の目標プロフィールと比較され、そして所定の公差を上回る偏差から長手部材の誤った材料が推定される。

本発明を、３つの図面における２つの実施例に基づき説明する。

回転する鋸刃ディスクにより切断されるパイプ部分、および切断過程中に形成される押し出し／鋸引き力プロフィールの概略図である。 引張強さの異なる３つの材料において所定の同じ進入長での鋸刃ディスクのトルクをその使時間に依存して示す線図である。 ３つのパイプ部分が重ねられた図１に対応する概略図である。

図１は、パイプ切断機に装填されたパイプ２の収容部１を概略的に示し、このパイプのパイプ部分５が回転する鋸刃ディスク３により分離されることになる。パイプはここでは金属パイプであり、金属からだけ作製されている。鋸刃ディスク３は図１では反時計方向に回転する。回転方向は湾曲した矢印により示されている。鋸刃ディスク３は完全にではなく、鋸刃ブレード軸４を中心にする一セグメントにだけ図示されている。鋸引き過程の間、パイプ３は、パイプ２の長手方向Ｌに対して垂直に配置された鋸面に沿って切断される。鋸刃ディスク３は押し出し経路ｓに沿ってパイプに向かって運動される。ここで鋸刃ブレード軸４の押し出し経路ｓは、パイプ２の長手軸に向いて配向されている。図１で鋸刃ディスク３は上方から下方に押し出される。

鋸引き過程の間、鋸刃ブレード軸４に作用するトルクＭ_ｓまたは切断面に作用する鋸引き力Ｆ_ｓが測定される。鋸引き過程はパイプ切断機のＣＮＣ制御部によって行われる。したがってパイプの収容部１に対する鋸刃ブレード軸４の位置は連続的に決定可能であり、押し出し経路ｓに沿って押し出し位置データが求められる。図１では鋸刃ブレード軸４の押し出し位置データが決定され、鋸引き力Ｆ_ｓが求められ、記憶される。これらは図１の押し出し／鋸引き力プロフィールにグラフィックに図示されている。

押し出し／鋸引き力プロフィールは、図１ではパイプ２の断面の右横に示されている。特定の押し出し位置データについて求められた鋸引き力測定データは、密に隣接する押し出し位置データに対して測定することができる。求められた押し出し−鋸引き力測定データは、一般的な補間法を介して図１による連続曲線に結び付けることができる。

図１にはこのようにして求められた実際プロフィールが図示されている。実際プロフィールは評価される。図１の実際プロフィールは、本方法の切断過程の開始時にゼロ値からの鋸引き力Ｆ_ｓの上昇を示す。鋸引き力Ｆ_ｓは、上方の破線によりパイプ２の断面に沿って示された最大進入長まで上昇し、鋸刃ディスク３はパイプ２の中に達している。ここで進入長とは、切断過程により形成される鋸溝内での鋸刃ディスク３の交線の長さであると理解される。

進入長の第１の最大値から鋸引き力Ｆ_ｓは、押し出し経路ｓの増大と共に進入長の減少に基づきまず減少し、次に第２の最大値まで再び上昇する。この第２の最大値は第１の最大値よりも上にある。第２の最大値は、図１では第１のラインより下にある第２の破線のラインにより示されている。第２の最大値は第１の最大値よりも大きい。なぜなら第２の破線に沿った第２の最大進入長は図示の第１の進入長よりも長いからである。

鋸刃ディスク３のさらなる押し出しの際に、鋸引き力Ｆ_ｓは再び減少し、パイプ３の切断過程の終了時に完全に鋸引き切った後、ゼロ値に降下する。

切断過程の開始時の押し出し位置データｓ１と第１の最大値の押し出し位置データｓ２との差形成ｔ＝ｓ２−ｓ１により、パイプ２の壁厚ｔを推定することができる。さらに第２の最大値の押し出し位置データｓ３と切断過程の終了時の押し出し位置データｓ４との差形成ｔ＝ｓ４−ｓ３により、同様にパイプ２の壁厚ｔを推定することができる。

切断過程の終了時の押し出し位置データｓ４と切断過程の開始時の押し出し位置データｓ１との差形成ｔ＝ｓ４−ｓ１により、パイプの直径ｄを推定することができる。したがって図１で求められた押し出し／鋸引き力プロフィールにより、図１のパイプ２の直径ｄと壁厚ｔを求めることができる。

図１に図示しないパイプ切断機は、そこにファイルされた種々の形式の目標プロフィールを備えるデータバンクを有することができ、これらの目標プロフィールは種々異なる直径および種々異なる壁厚のパイプに割り当てられている。鋸引き過程の開始前に加工すべきパイプ２の直径と壁厚が入力され、所属の目標プロフィールがデータバンクで求められる。目標プロフィールは、パイプ２の切断過程後または切断過程中に図１の求められた実際プロフィールと比較され、所定の公差を上回る偏差の場合には警報信号が出力される。これにより操作者は、間違った直径ｄおよび／または間違った壁厚ｔのパイプがパイプ切断機に装填されており、このパイプ切断機によりパイプ部分が分離されたことを認識する。

対応して特性曲線のプロフィールは、いわばパイプの指紋として用いられる。実際特性曲線のプロフィールは、目標特性曲線のプロフィールと比較される。公差を上回る偏差の場合、信号が出力される。

公差は、１つの形式のパイプ２の製造不精度は検出されないが、パイプの形式間の大きさの差は検出されるように選択されている。パイプ形式とは、製造不精度は除いて同じ直径ｄと同じ壁厚ｔと同じ材料を有するパイプの集合と理解すべきである。

異なる形式のパイプのパイプ直径ｄは、壁厚ｔも同じであるが、肉眼では識別できないほど密に隣り合っている。コントロール方法により、間違ったパイプ形式が装填されたか否かを後から確定することができる。

さらなる側面では、図１で求められたプロフィールに加えて、またはその代わりに、図２のトルク−使用時間プロフィールが求められる。ここで使用時間Ｓｔは、鋸刃ディスク３により実行される鋸引き過程の数を表す。通常トルクＭ_ｓは、先鋭な歯を有する新しい鋸刃ディスク３の場合、最初の切断過程中は実質的に一定である。本例でトルクＭ_ｓは約２３０Ｎｍである。使用時間Ｓｔの上昇と共に鋸刃ディスク３はますます鈍り、所定の使用時間Ｓｔから累進的にへたる。

鋸引き過程に適用すべきトルクＭ_ｓは、一方では歯の鋭さに依存し、しかし他方ではパイプ２の材料特性にも依存する。とりわけ異なるスチール種はその様々な合金の点で異なる引張強さσを有しており、引張強さが異なれば鋸引き過程の際に異なるトルクＭ_ｓを必要とする。引張強さと切削性とは、ここでは同義に使用される。引張強さσが目標引張強さσ_ｓｏｌｌよりも上にある場合、適用すべきトルクＭ_ｓは図２によれば同じ進入長の場合には格段に大きい。一方、引張強さの小さい材料の場合、切断過程に対して適用しなければならないトルクＭ_ｓは比較的に小さい。この方法は、パイプ２の材料の種類をパイプ切断機の制御部に入力することも可能にする。図２において目標曲線からの実際曲線の偏差が対応の製造公差よりもさらに大きければ、この偏差から間違った材料のパイプが選択されたことを推定することができる。図２で特性曲線は、引張強さσがσ＜σ_ｓｏｌｌからσ＞σ_ｓｏｌｌに変化する場合に急激な変化を示す。データバンクにおける比較は、特定の材料に対して、およびパイプ直径と壁厚に関連して図２の使用時間プロフィールにファイルされている。種々の目標プロフィールが同様にデータバンクにファイルされている。

求められた実際プロフィールが目標プロフィールから所定の公差を超えて偏差する場合、同様に警報信号が出力される。この警報信号は操作する人に、間違った材料のパイプ２がパイプ切断機に装填されていたことを指示する。

図３は、重ねられた３つのパイプ３０，３１，３２を備える図１の構成を示す。３つのパイプから同時にそれぞれ１つのパイプ部分５が鋸引きされる。所属の押し出し−鋸引きプロフィールが図３の右下に示されている。このプロフィールから、図１と同様にしてパイプ３０，３１，３２の直径ｄと壁厚ｔを推定することができる。

１ 収容部
２ パイプ
３ 鋸刃ディスク
４ 鋸刃ブレード軸
５ パイプ部分
３０ 重ねられたパイプ
３１ 重ねられたパイプ
３２ 重ねられたパイプ
Ｌ 長手方向
Ｆ_ｓ 鋸引き力
Ｍ_ｓ トルク
Ｓｔ 使用時間
ｄ 直径
ｓ 押し出し経路
ｓ_１ 切断過程の開始時の押し出し位置データ
ｓ_２ 第１の最大値の押し出し位置データ
ｓ_３ 第２の最大値の押し出し位置データ
ｓ４ 切断過程の終了時の押し出し位置データ
ｔ 壁厚
σ引張強さ
σ_ｓｏｌｌ 目標引張強さ

Claims (10)

1. 鋸引き過程の間に長手部材（２）の材料寸法を決定するための方法であって、
   鋸刃ブレード（３）を押し出し、
   その間に前記長手部材（２）を鋸刃ブレード（３）によって鋸溝に沿って切断し、
   押し出し経路（ｓ）に沿った鋸刃ブレード（３）の押し出し位置データ（ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４）を求め、
   鋸引きの間にさらなる測定データを、鋸引き力（Ｆ_ｓ）または該鋸引き力（Ｆ_ｓ）に対応する他のパラメータ（Ｍ_ｓ）の群から求めることによって、鋸引き過程の間に長手部材の材料寸法を決定するための方法において、
   前記押し出し位置データ（ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４）および前記さらなる測定データ（Ｆ_ｓ，Ｍ_ｓ）から実際プロフィールを求める、ことを特徴とする方法。
2. 前記実際プロフィールから長手部材（２）の材料寸法を求める、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 鋸刃ブレード（３）が回転され、押し出し経路（ｓ）に沿って鋸刃ブレード軸（４）の押し出し位置データが測定される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 実際プロフィールから極値が決定され、該極値の押し出し位置データ（ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４）から材料寸法が求められる、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 隣接する２つの極値の押し出し位置データ（ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４）の差から長手部材の材料寸法が求められる、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 長手部材（２）の壁厚（ｔ）は、切断の開始時の押し出し位置データ（ｓ１）と、第１の最大値の押し出し位置データ（ｓ２）との差から決定される、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 切断の終了時の押し出し位置データ（ｓ４）と切断の開始時の押し出し位置データ（ｓ１）との差から長手部材（２）の直径（ｄ）が決定される、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 円形の内径および円形の外径を有するパイプ状の長手部材が選択される、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 実際プロフィールが目標プロフィールと比較され、２つのプロフィールが所定の公差を超えて偏差する場合、警報通報が出力される、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 鋸刃ブレード軸（４）に作用するトルクＭ _ｓ を前記長手部材の切断過程毎に測定して、前記トルクＭ _ｓ の測定値をプロットしてＭ _ｓ −特性曲線を描画し、前記Ｍ _ｓ −特性曲線が所定の公差より大きく変化した場合に、当該Ｍ _ｓ の変化から長手部材の材料の引張強さ（σ）の変化を求め、異なる長手部材が装填されていたことを検出する、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。

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