JP7435568B2 - 隙間測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、隙間を介して配置される２つの物体間の隙間分布を測定する隙間測定方法及び装置に関する。

製鉄所の冷間圧延設備において冷間圧延された帯状の鋼板はテンションリールによってコイル状に巻き取られる。テンションリールへの巻取開始時には、ベルトラッパによってテンションリールを取り囲むようにベルトが巻き付けられ、鋼板はベルトにガイドされテンションリールに巻き取られる。テンションリールへの巻き始めの３周程度の間、ベルトラッパの先端ガイドが油圧シリンダによって作動し、鋼板は先端ガイドによってテンションリールに押さえ付けられ巻き付けられる。鋼板がテンションリールへ所定の巻き数だけ巻き取られた後、ベルトの巻き付けが解除されベルトラッパが退避することで、鋼板の巻き取りが円滑に行われる。

先端ガイドとテンションリールとの隙間が大きすぎると、先端ガイドが鋼板を十分にガイドできずに鋼板の巻き付けができない。一方、先端ガイドとテンションリール間の隙間が小さすぎると、鋼板が隙間を通る際に鋼板に疵が付く場合がある。そのため、先端ガイドとテンションリールとの隙間は例えば２．０～１０ｍｍに管理する必要がある。

従来、先端ガイドとテンションリールとの隙間の測定は、作業者が直接テーパーゲージ等を用いて行われる。しかしながら、ベルトラッパは油圧で稼働する装置であり、ベルトラッパの先端ガイドとテンションリールとの隙間は油圧をかけた状態で測定する必要がある。このため、安全面で問題があり、作業者の安全面を考慮した測定方法が望まれている。

他の従来の隙間測定方法として、検出面を隙間に押し付けて隙間の大きさを測定する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、遊間部分では圧力センサによって検出される圧力値が小さくなることを利用し、検出面を遊間測定部に押し付けて圧力分布を検出することによって、レールの継目部分の遊間量を測定する方法が開示されている。

特開２００９－２４３９１９号公報

上述した先端ガイドとテンションリールのような２つの物体の隙間を測定する際に、特許文献１の測定方法を用いることが考えられる。しかしながら、特許文献１の方法は、レールの遊間部分のような亀裂状の隙間を測定することはできるが、先端ガイドとテンションリールの隙間のような内部の隙間の分布まで測定することはできない。一方、安全面の観点から、作業者がテーパーゲージ等を用いて測定しなくても良い方法が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、２つの物体間の内部の隙間の分布を安全に測定することができる隙間測定方法及び装置を提供することを目的とする。

［１］ 隙間を介して設置される２つの物体の隙間分布を測定する隙間分布測定方法であって、弾性体上に面圧力測定器を配置した圧力測定ユニットを前記隙間に挟み込み、前記面圧力測定器に掛かる圧力分布を測定する圧力測定ステップと、測定した圧力分布を前記隙間分布に変換する隙間変換ステップと、を備える隙間分布測定方法。
［２］ ２つの前記物体は、設定間隔の隙間を介して設置されるものであり、前記圧力測定ユニットは、前記設定間隔より大きい厚さを有する［１］に記載の隙間分布測定方法。
［３］ 前記圧力測定ユニットは、前記面圧力測定器上に取り付けられた高さの異なる複数のカバー部材をさらに有し、前記圧力測定ステップにおいて、複数の前記カバー部材を介して前記面圧力測定器に掛かる圧力分布を測定する［１］又は［２］に記載の隙間分布測定方法。
［４］ ２つの前記物体は、ベルトラッパの先端ガイド及びテンションリールである［１］から［３］のいずれかに記載の隙間分布測定方法。
［５］ 隙間を介して設置される２つの物体の隙間分布を測定する隙間分布測定装置であって、弾性体及び前記弾性体上に配置された面圧力測定器を備え、前記隙間に挟み込んだときに前記面圧力測定器に掛かる圧力分布を測定する圧力測定ユニットと、測定した圧力分布を前記隙間分布に変換するデータ変換装置と、を備える隙間分布測定装置。

本発明によれば、２つの物体間の隙間に圧力測定ユニットを挟むことで隙間を測定することにより、作業者が隙間を直接測定する必要がなくなり、２つの物体間の内部の隙間の分布を安全に測定することができる。

本発明の隙間測定装置を用いて隙間が測定される巻取装置の一例を示す模式図である。 本発明の隙間測定装置の好ましい実施形態を示す模式図である。 隙間測定装置が隙間を測定している様子を示す模式図である。 図２及び図３における圧力測定ユニットの一例を示す模式図である。 図４の圧力測定ユニットによって測定された圧力分布の一例を示す図である。 データ変換装置によって変換された隙間分布の一例を示す図である。 圧力測定ユニットの第２の実施形態を示す模式図である。 図７に示す圧力測定ユニットの部分断面図である。 図７及び図８の圧力測定ユニットによって測定された圧力分布の一例を示す図である。 図７及び図８の圧力測定ユニットによって測定された圧力分布の他の例を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の隙間測定装置を用いて隙間が測定される巻取装置の一例を示す模式図である。図１の巻取装置１は、鋼板を巻き取るテンションリール２と、テンションリール２による巻取開始時に鋼板Ｓの巻き弛み又は巻きずれ等を防止するベルトラッパ３とを備える。ベルトラッパ３はテンションリール２に対し進退可能に設置されており、鋼板Ｓの巻取開始時に前進し、鋼板Ｓがテンションリール２に所定の巻数だけ巻かれた後に退避する。

ベルトラッパ３は、鋼板Ｓをテンションリール２側へ押さえる先端ガイド３Ａと、テンションリール２の外周に巻き付き、テンションリール２への鋼板Ｓの巻き付けをガイドするベルト３Ｂと、ベルト３Ｂをガイドするガイドロール３Ｃとを有する。先端ガイド３Ａはテンションリール２の外周面に対し隙間Ｄだけ離れて設置され、巻取開始時に生じる鋼板Ｓの屈曲等を矯正する。先端ガイド３Ａには、図示しない油圧シリンダが接続されており、油圧シリンダの作動により先端ガイド３Ａが揺動して隙間Ｄの調整が行われる。

なお、図１（Ａ）は、鋼板Ｓが紙面右側から左側へ巻き取られる場合について例示し、図１（Ｂ）は鋼板Ｓが紙面左側から右側へ巻き取られる場合について例示している。図１（Ａ）において、ベルトラッパ３は、第１フレーム３Ｆａ及び第２フレーム３Ｆｂを有する。第１フレーム３Ｆａは回転軸ＡＲにおいて回転可能に支持され、先端ガイド３Ａは第２フレーム３Ｆｂに対し回転軸ＡＲにおいて回転可能に接続されている。なお、回転軸ＡＲとガイドロール３Ｃは同軸上に位置する。そして、鋼板Ｓの巻取時は、第１フレーム３Ｆａ、第１フレーム３Ｆｂ及び先端ガイド３Ａがガイドロール３Ｃを囲むように配置される。

巻取開始時にテンションリール２に確実に巻付けを行うとともに鋼板Ｓに疵が付くのを防止するためには、テンションリール２と先端ガイド３Ａとの隙間Ｄは例えば２．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下といった設定間隔に管理する必要がある。隙間Ｄが設定間隔になっているかを測定しておく必要があり、この測定は作業者がライン内に入り油圧シリンダが作動した状態で測定が行われている。そこで、作業者の安全を確保するために、以下の隙間測定装置を用いて隙間Ｄの測定が行われる。

図２は、本発明の隙間測定装置の第１の実施形態を示す模式図であり、図３は隙間測定装置が隙間分布を測定している様子を示す模式図である。図２の隙間測定装置１０は、上述した２つの物体であるテンションリール２と先端ガイド３Ａとの隙間Ｄを測定するものであり、２つの物体から掛かる圧力分布を測定する圧力測定ユニット２０と、測定された圧力分布から隙間Ｄを求めるデータ変換装置３０とを備える。

圧力測定ユニット２０は、磁石等の固定部材１１によってテンションリール２上に着脱可能に配置される。この際、先端ガイド３Ａとテンションリール２との隙間Ｄは広げられた状態で、圧力測定ユニット２０が隙間Ｄに配置される。その後、図３に示すように、圧力測定ユニット２０が２つの物体の隙間Ｄに挟まれることによって、２つの物体から掛かる圧力分布が測定される。図２の圧力測定ユニット２０は、接続ケーブル１２及びケーブルコネクタ１３を介してデータ変換装置３０に接続されている。圧力測定ユニット２０は測定した圧力分布をデータ変換装置３０へ出力する。

図４は、圧力測定ユニットの一例を示す模式図である。なお、図４は、図３の測定時に圧力が掛けられた状態を示す。図４の圧力測定ユニット２０は、弾性体２１と、面圧力測定器２２と、カバー部材２３とを備える。弾性体２１は、シート状に形成されており、例えばヤング率１ＭＰａ程度のゴムシート等からなっている。弾性体２１の大きさ及び厚さは、隙間Ｄの設定間隔によって適宜選択すればよい。例えば設定間隔が５ｍｍの場合は、弾性体は厚さ６ｍｍ以上にするのが好ましい。

面圧力測定器２２は、弾性体２１上に取り付けられており、２物体から印加される圧力の圧力分布を測定する。面圧力測定器２２は、例えば厚さ０．１ｍｍ程度の樹脂フィルム製の矩形状のセンサシートからなっている。なお、面圧力測定器２２は、１枚で約４５０ｍｍ四方の範囲の圧力分布を３００ｋＰａ程度まで測定するセンサシートであることが好ましい。カバー部材２３は、面圧力測定器２２上に設けられた矩形の平板状の部材であって、先端ガイド３Ａから面圧力測定器２２へ直接圧力が印加されるのを保護する。

弾性体２１、面圧力測定器２２及びカバー部材２３の合計の厚さは、隙間Ｄの設定間隔よりも大きくなっている。そして、図３及び図４に示すように、圧力測定時には、一方の物体（先端ガイド３Ａ）からカバー部材２３へ圧力が加わるとともに、他方の物体（テンションリール２）から弾性体２１へ圧力が加わる。すると、弾性体２１が弾性変形し、このときの圧力分布が面圧力測定器２２によって測定される。図５は、図４の圧力測定ユニットによって測定された圧力分布の一例を示す図である。図５に示すように、面圧力測定器２２の各部位Ａ～Ｃに掛かった圧力が測定され、隙間Ｄが狭いほど圧力が高くなる。

図２のデータ変換装置３０は、例えばコンピュータ等のハードウェア資源から構成されており、圧力測定ユニット２０によって測定された圧力分布を２物体間の隙間Ｄに変換する。データ変換装置３０には、圧力分布と隙間の大きさとの対応関係が予め記憶されている。例えばデータ変換装置３０には、圧力測定ユニット２０の厚さ及び弾性体２１のヤング率が予め設定されている。データ変換装置３０は、弾性体２１のヤング率から弾性体２１のひずみ量を計算し隙間Ｄに変換し、図示しない表示装置等に表示される。図６は、データ変換装置において変換された隙間分布の一例を示す模式図である。図６の隙間分布は、テンションリール２の周方向及び幅方向における隙間が３次元のマップとして表示されたものである。

図１から図６を参照して本発明の隙間測定方法の好ましい実施形態について説明する。はじめに、２物体を移動することにより、隙間Ｄが広げられる。この隙間Ｄに圧力測定ユニット２０が配置される（図２参照）。その後、先端ガイド３Ａが設定位置に戻るように移動し、２物体間の隙間Ｄが狭められる。隙間Ｄが狭くなるにつれて、面圧力測定器２２に圧力が掛かっていき、弾性体が弾性変形していく。先端ガイド３Ａが設定位置に位置決めされたときの圧力分布（図５参照）が測定される（圧力測定ステップ）。測定された圧力分布はデータ変換装置３０において隙間分布（図７）に変換され、２物体間の隙間分布が測定される（隙間変換ステップ）。

上記第１の実施形態によれば、圧力測定ユニット２０によって測定された圧力分布を隙間分布に変換することにより、作業者がテーパーゲージ等を用いて隙間Ｄを直接測定しなくても隙間Ｄの測定を行うことができ、安全性の向上を図ることができる。また、圧力測定ユニット２０が２次元の圧力分布を測定することにより、面対向するテンションリール２と先端ガイド３Ａとの隙間分布を一度に測定することができる。

図７及び図８は、本発明の隙間測定方法に用いられる圧力測定ユニットの第２の実施形態を示す模式図である。なお、図７及び図８において、図２の圧力測定ユニットと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図７及び図８の圧力測定ユニット１２０が図３の圧力測定ユニットと異なる点はカバー部材１２３Ａ～１２３Ｃの構造である。

図７及び図８の圧力測定ユニット１２０において、厚さゲージとして機能する高さの異なる複数のカバー部材１２３Ａ～１２３Ｃが設置されている。弾性体２１の底面とカバー部材１２３Ａ～１２３Ｃの上面までの厚さがカバー部材１２３Ａ～１２３Ｃの部位ごとにそれぞれ異なっている状態になる。なお、図８においては、カバー部材１２３Ａ～１２３Ｃは、カバー部材１２３Ａ、１２３Ｂ、１２３Ｃの順に高さが高くなっている。

図９は図８及び図８の圧力測定ユニット１２０を用いた場合の圧力分布の一例を示す図であり、図１０は図８及び図８の圧力測定ユニット１２０を用いた場合の圧力分布の他の例を示すグラフである。図９では、先端ガイド３Ａから圧力が印加されたカバー部材１２３Ｂ、１２３Ｃの部位では圧力が検知され、先端ガイド３Ａに接触していないカバー部材１２３Ａの部位では圧力が検知されていない。このため、隙間Ｄはカバー部材１２３Ａでの厚さよりは大きく、カバー部材１２３Ｂでの厚さより小さいことがわかる。このように、データ変換装置３０は、図８のような圧力分布から隙間がどの程度の間隔を有するかを隙間分布として変換する。なお、データ変換装置３０は、実施形態１と同様、圧力分布を隙間分布に換算するようにしてもよい。

上述した第２の実施形態の場合も、実施形態１と同様、作業者がテーパーゲージ等を用いて隙間Ｄを直接測定しなくても隙間Ｄの測定を行うことができ、安全性の向上を図ることができる。さらに、カバー部材１２３Ａ～１２３Ｃを厚さゲージとして機能させることで、実施形態１のように、データ変換装置３０での複雑な設定や事前設定が不要で簡便に隙間Ｄに関する情報を得ることができる。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず種々の変更を加えることができる。例えば上記実施形態において、２つの物体は、テンションリール２及び先端ガイド３Ａである場合について例示しているが、これに限らず、例えば油圧を利用しなければ移動させることができないようなどのような物体についても適用することができる。また、図２において、データ変換装置３０は、さらに隙間分布に基づいて先端ガイド３Ａの位置を自動的に調整する機能を有していても良い。

１ 巻取装置
２ テンションリール
３ ベルトラッパ
３Ａ 先端ガイド
３Ｂ ベルト
３Ｃ ガイドロール
１０ 隙間測定装置
１１ 固定部材
１２ 接続ケーブル
１３ ケーブルコネクタ
２０、１２０ 圧力測定ユニット
２１ 弾性体
２２ 面圧力測定器
２３、１２３Ａ～１２３Ｃ カバー部材
３０ データ変換装置
Ｄ 隙間
Ｓ 鋼板

Claims (4)

1. 隙間を介して設置される２つの物体の隙間分布を測定する隙間分布測定方法であって、
   弾性体上に面圧力測定器を配置した圧力測定ユニットを前記隙間に挟み込み、前記面圧力測定器に掛かる圧力分布を測定する圧力測定ステップと、
   測定した圧力分布を前記隙間分布に変換する隙間変換ステップと、
   を備え、
   前記圧力測定ユニットは、前記面圧力測定器上に取り付けられた高さの異なる複数のカバー部材をさらに有し、
   前記圧力測定ステップにおいて、複数の前記カバー部材を介して前記面圧力測定器に掛かる圧力分布を測定する隙間分布測定方法。
2. ２つの前記物体は、設定間隔の隙間を介して設置されるものであり、
   前記圧力測定ユニットは、前記設定間隔より大きい厚さを有する請求項１に記載の隙間分布測定方法。
3. ２つの前記物体は、ベルトラッパの先端ガイド及びテンションリールである請求項１または２に記載の隙間分布測定方法。
4. 隙間を介して設置される２つの物体の隙間分布を測定する隙間分布測定装置であって、
   弾性体及び前記弾性体上に配置された面圧力測定器を備え、前記隙間に挟み込んだときに前記面圧力測定器に掛かる圧力分布を測定する圧力測定ユニットと、
   測定した圧力分布を前記隙間分布に変換するデータ変換装置と、を備え、
   前記面圧力測定器は、当該面圧力測定器上に取り付けられた高さの異なる複数のカバー部材をさらに有しており、前記圧力測定ユニットにおいて、複数の前記カバー部材を介して前記面圧力測定器に掛かる圧力分布を測定する隙間分布測定装置。

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