JP7498153B2 - 断面情報計測装置 - Google Patents
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Description
図1~図7を参照して、第1実施形態の断面情報計測装置20、および金属材10について説明する。
図1に示すように、金属材10の厚さ方向を上下方向Z(金属材厚さ方向)とする。上下方向Zにおける一方側を上側Z1(第1側)とし、上側Z1とは反対側を下側Z2(第2側)とする。上下方向Zは、鉛直方向でもよく、鉛直方向でなくてもよい。上下方向Zが鉛直方向の場合、上側Z1は、鉛直方向の上であり、下側Z2は、鉛直方向の下である。金属材10の計測対象となる断面10cに直交する方向を、前後方向Xとする。例えば、前後方向Xは、金属材10の長手方向(金属材長手方向)である。前後方向Xは、金属材10の鋳造方向でもよく、金属材10の加工方向(例えば圧延方向)でもよい。前後方向Xは、上下方向Zに交差(例えば直交)する。前後方向Xの一方側を前側X1とし、前側X1とは反対側を後側X2とする。前後方向Xおよび上下方向Zのそれぞれに交差(例えば直交)する方向を横方向Yとする。例えば、横方向Yは、金属材10の幅方向(金属材幅方向)である。
図2に示す距離計50は、様々な位置に配置されてもよい。
この制御装置60は、上下方向Zに沿った方向から見たときに第1照射位置A1と第2照射位置A2とが一致するように、第1ビームB1(第1距離計51のレーザ光)と第2ビームB2(第2距離計52のレーザ光)と金属材10との相対位置を制御する。この制御を照射位置調整制御という。上記「上下方向Zに沿った方向」は、上下方向Zと一致する方向であり、上下方向Zに対して傾いた方向を含まない。
金属材10の上下方向Zの幅(厚さ)と第1照射位置A1との関係は、次のようになる。図5に示すように、金属材10の厚さがある大きさのときに、上下方向Zから見て第1照射位置A1と第2照射位置A2とが一致しているとする。この状態から、図5において二点鎖線で示すように、金属材10の厚さが増やされるとする。ここでは、金属材下面12の位置は変化しないとする。金属材10の厚さが増やされると、第1照射位置A1は、第2照射位置A2に比べて前側X1に移動する。すると、上下方向Zから見たとき、第1照射位置A1と第2照射位置A2とに前後方向Xのズレが生じる。金属材10の厚さが大きくなる程、このズレ量が増大する。
そこで、制御装置60は、このズレ量を減らす向きに、第1ビームB1と第2ビームB2と金属材10との相対位置を制御する。例えば、制御装置60は、距離計50の上下方向Zにおける位置を制御してもよく、金属材10の上下方向Zにおける位置を制御してもよく(図8参照)、距離計50のレーザ光の照射角度を制御してもよい(図9参照)。ここでは、主に、制御装置60が、距離計50の上下方向Zにおける位置を制御する場合について説明する。
例えば複数種類の金属材10の断面情報が測定される場合に、金属材10の種類が変わり、金属材10の厚さが変化し、上下方向Zから見た第1照射位置A1と第2照射位置A2とにズレが生じる場合がある。この場合、制御装置60は、上下方向Zから見た第1照射位置A1と第2照射位置A2とのズレ量を減らす向きに、第1距離計51と第2距離計52と金属材10との相対位置を制御する。これにより、金属材10の厚さが変化する場合でも、断面情報計測装置20は、厚さが変化した後の金属材10の断面情報を精度良く計測することができる。
具体的には例えば、図6に示すように、制御装置60は、ビーム交点Oが基準面Pよりも差D(下記の式4参照)だけ上側Z1の位置になるように、照射位置調整制御を行う。この具体例の詳細は、次の通りである。図6に示す推定値T、ビーム交点O、交点平面Op、角度θ1、角度θ2、距離L0、および差Dについて説明する。
tanθ1=(T-D)/L0 (式1)
tanθ2=D/L0 (式2)
上記の式1および式2からL0を消すと、次の式(3)となる。
D/tanθ2=(T-D)/tanθ1 (式3)
上記の式3を変形すると、次の式4が導き出される。
D=T/((tanθ1/tanθ2)+1) (式4)
制御装置60が照射位置調整制御を行った状態で、第1距離計51および第2距離計52が、距離の計測を行う。そして、制御装置60は、図6に示す第1距離計51の距離計測値L1(計測結果)および第2距離計52の距離計測値L2(計測結果)に基づいて、金属材10の厚さを演算する。
Ta=H-H1-H2 (式5)
Ta=H-(L1・sinθ1)-(L2・sinθ2) (式6)
図1に示す制御装置60は、第1距離計51および第2距離計52の計測結果に基づき、第1照射位置A1および第2照射位置A2の位置情報を演算する。具体的には例えば、基準面Pを基準としたときの、第1照射位置A1の上下方向Zにおける位置、および、第2照射位置A2の上下方向Zにおける位置が演算される。制御装置60は、金属材10と距離計50との横方向Y(断面10cと平行かつ上下方向Zに交差する方向)における相対位置を変化させながら(図3参照)、第1照射位置A1および第2照射位置A2の位置情報の演算を繰り返す。そして、制御装置60は、金属材10と距離計50との横方向Yにおける相対位置の移動量と、第1距離計51および第2距離計52の計測結果(第1照射位置A1および第2照射位置A2の位置情報)と、に基づいて、金属材10の断面形状を演算する。
図1に示す金属材10の断面情報を計測する断面情報計測装置20による効果は、次の通りである。金属材10の厚さ方向である上下方向Z(金属材厚さ方向)における一方側を上側Z1(第1側)、上側Z1とは反対側を下側Z2(第2側)とする。断面情報計測装置20は、第1距離計51と、第2距離計52と、制御装置60と、を備える。
[構成2]金属材10の厚さ方向(上下方向Z)は、鉛直方向である。図2に示すように、第1距離計51および第2距離計52のそれぞれは、上下方向Zから見たとき、金属材10の外周よりも外側に配置される。
[構成3]第1距離計51および第2距離計52のそれぞれは、上下方向Zから見たとき、延長領域Eに配置される。延長領域Eは、金属材10の測定対象となる断面10cに直交する方向(例えば前後方向X)に、金属材10を延長した領域である。
[構成4]制御装置60は、第1距離計51および第2距離計52の少なくともいずれかの、上下方向Zにおける位置を制御する。
[構成5]断面情報計測装置20は、第1距離計51および第2距離計52を支持する共通支持部材43を備える。制御装置60は、共通支持部材43の上下方向Zにおける位置を制御する。
制御装置60は、図6に示す金属材10の厚さの推定値Tを取得する。金属材10が無いときに第1距離計51のレーザ光(第1ビームB1)と第2距離計52のレーザ光(第2ビームB2)との交点となる位置を、ビーム交点Oとする。金属材10の下側Z2の面(金属材下面12)の特定部分12aを通る面であって上下方向Zに直交する面を、基準面Pとする。第1ビームB1と基準面Pとがなす角度を、θ1とする。第2ビームB2と基準面Pとがなす角度を、θ2とする。
[構成8]図1に示すように、第1距離計51および第2距離計52のそれぞれは、1次元レーザ距離計である。制御装置60は、上下方向Zに交差する方向(具体的には横方向Y)への金属材10の移動量を制御する(図3参照)。制御装置60は、第1距離計51および第2距離計52のそれぞれの計測結果と、金属材10の上記の移動量と、に基づいて金属材10の断面形状を演算する。
図8を参照して、第2実施形態の断面情報計測装置220について、第1実施形態との相違点を説明する。なお、第2実施形態の断面情報計測装置220のうち、第1実施形態との共通点については、説明を省略する。共通点の説明を省略する点については、後述する他の実施形態の説明も同様である。
図9を参照して、第3実施形態の断面情報計測装置320について、第1実施形態との相違点を説明する。上記のように、制御装置60による照射位置調整制御では、第1距離計51のレーザ光(第1ビームB1)と第2距離計52のレーザ光(第2ビームB2)と金属材10との相対位置が制御される。図5に示す例では、第1ビームB1および第2ビームB2の照射角度(図6に示す角度θ1および角度θ2)は制御されず、図5に示す第1距離計51および第2距離計52の上下方向Zの位置が制御された。一方、図9に示すように、第1距離計51および第2距離計52の上下方向Zの位置は制御されず、照射角度(角度θ1および角度θ2)の少なくともいずれかが制御されてもよい。
[構成6]制御装置60は、第1距離計51および第2距離計52の少なくともいずれかのレーザ光の照射角度(角度θ1および角度θ2の少なくともいずれか)を制御する。
図10を参照して、第4実施形態の断面情報計測装置420について、第1実施形態との相違点を説明する。
[構成9]第1距離計51および第2距離計52のそれぞれは、1次元レーザ距離計である。制御装置60は、上下方向Zに交差する方向(例えば横方向Y)への第1距離計51および第2距離計52の移動量を制御する。制御装置60は、第1距離計51および第2距離計52のそれぞれの計測結果と、第1距離計51および第2距離計52の上記の移動量と、に基づいて金属材10の断面形状を演算する。
図11~図14を参照して、第5実施形態の断面情報計測装置520について、第1実施形態などとの相違点を説明する。図1に示す例では、第1距離計51および第2距離計52のそれぞれが、1次元レーザ距離計であった。図11に示すように、第1距離計551および第2距離計552のそれぞれ(距離計550)は、2次元レーザ距離計でもよい。
[構成10]図12に示すように、第1距離計551および第2距離計552のそれぞれは、2次元レーザ距離計である。制御装置60は、第1距離計551および第2距離計552のそれぞれの計測結果に基づいて金属材10の断面形状を演算する。
上記実施形態は様々に変形されてもよい。例えば、互いに異なる実施形態の構成要素どうしが組み合わされてもよい。例えば、各構成要素の配置や形状が変更されてもよい。例えば、構成要素の数が変更されてもよく、構成要素の一部が設けられなくてもよい。例えば、構成要素どうしの固定や連結などは、直接的でも間接的でもよい。例えば、互いに異なる複数の部材や部分として説明したものが、一つの部材や部分とされてもよい。例えば、一つの部材や部分として説明したものが、互いに異なる複数の部材や部分に分けて設けられてもよい。
10c 断面
12a 特定部分
20、220、320、420、520 断面情報計測装置
43 共通支持部材
51、551 第1距離計
52、552 第2距離計
60 制御装置
A1 第1照射位置
A2 第2照射位置
B1 第1ビーム(第1距離計51のレーザ光)
B2 第2ビーム(第2距離計52のレーザ光)
E 延長領域(金属材10を延長した領域)
O ビーム交点
P 基準面
Z 上下方向(金属材厚さ方向)
Z1 上側(第1側)
Z2 下側(第2側)
Claims (8)
- 金属材の断面情報を計測する断面情報計測装置であって、
前記金属材の厚さ方向である金属材厚さ方向における一方側を第1側、前記第1側とは反対側を第2側としたとき、
前記金属材よりも前記第1側に配置され、前記金属材の前記第1側の面の照射位置である第1照射位置にレーザ光を照射する第1距離計と、
前記金属材よりも前記第2側に配置され、前記金属材の前記第2側の面の照射位置である第2照射位置にレーザ光を照射する第2距離計と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記金属材厚さ方向に沿った方向から見たときに前記第1照射位置と前記第2照射位置とが一致するように、前記第1距離計のレーザ光と前記第2距離計のレーザ光と前記金属材との相対位置を制御する照射位置調整制御を行い、
前記制御装置は、前記第1距離計および前記第2距離計のそれぞれの計測結果に基づいて、前記金属材の厚さを演算し、
前記金属材厚さ方向は鉛直方向であり、
前記第1距離計および前記第2距離計のそれぞれは、前記金属材厚さ方向から見たとき、前記金属材の外周よりも外側に配置される、
断面情報計測装置。 - 請求項1に記載の断面情報計測装置であって、
前記第1距離計および前記第2距離計のそれぞれは、前記金属材厚さ方向から見たとき、前記金属材の測定対象となる断面に直交する方向に前記金属材を延長した領域に配置される、
断面情報計測装置。 - 請求項1または2に記載の断面情報計測装置であって、
前記第1距離計および前記第2距離計を支持する共通支持部材を備え、
前記制御装置は、前記共通支持部材の前記金属材厚さ方向における位置を制御する、
断面情報計測装置。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の断面情報計測装置であって、
前記制御装置は、前記第1距離計および前記第2距離計の少なくともいずれかのレーザ光の照射角度を制御する、
断面情報計測装置。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載の断面情報計測装置であって、
前記制御装置は、前記金属材の厚さの推定値Tを取得し、
前記金属材が無いときに前記第1距離計のレーザ光と前記第2距離計のレーザ光との交点となる位置をビーム交点とし、
前記金属材の前記第2側の面の特定部分を通る面であって前記金属材厚さ方向に直交する面を基準面とし、
前記第1距離計のレーザ光と前記基準面とがなす角度をθ1とし、
前記第2距離計のレーザ光と前記基準面とがなす角度をθ2とし、
前記制御装置は、前記ビーム交点が前記基準面よりもT/((tanθ1/tanθ2)+1)だけ前記第1側の位置になるように、前記照射位置調整制御を行う、
断面情報計測装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の断面情報計測装置であって、
前記第1距離計および前記第2距離計のそれぞれは、1次元レーザ距離計であり、
前記制御装置は、前記金属材厚さ方向に交差する方向への前記金属材の移動量を制御し、前記第1距離計および前記第2距離計のそれぞれの計測結果と、前記金属材の前記移動量と、に基づいて前記金属材の断面形状を演算する、
断面情報計測装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の断面情報計測装置であって、
前記第1距離計および前記第2距離計のそれぞれは、1次元レーザ距離計であり、
前記制御装置は、前記金属材厚さ方向に交差する方向への前記第1距離計および前記第2距離計の移動量を制御し、前記第1距離計および前記第2距離計のそれぞれの計測結果と、前記第1距離計および前記第2距離計の前記移動量と、に基づいて前記金属材の断面形状を演算する、
断面情報計測装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の断面情報計測装置であって、
前記第1距離計および前記第2距離計のそれぞれは、2次元レーザ距離計であり、
前記制御装置は、前記第1距離計および前記第2距離計のそれぞれの計測結果に基づいて前記金属材の断面形状を演算する、
断面情報計測装置。
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