JPS6044046B2 - 線条加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼板に所望の曲げ加工及び捩れ加工を自動的に
施すことを可能とした線条加熱装置に係り、更に詳しく
は鋼板の長手方向に対して巾方向に走行し得るキャリッ
ジ上に数個の線条加熱具を相互の間隔を自由に設定し得
る如く装着し、且つこれ等のキャリッジ及び線条加熱具
に一定の指示を与えることによつてキャリッジの走行と
キャリッジ上を移動する線条加熱具の運動の合成により
任意の方向に任意の条数の線条加熱を同時且つ自動的に
行つて被加工鋼板に一定の曲げと捻りとを施すことを可
能とした線条加熱装置に関するもの・である。

従来、第１図に示す如き船体外板等に使用されく複雑な
曲がりと捩れとをもつた鋼板や型鋼は炉内で丸焼きにし
たり、部分焼きと槌打ち加工により曲げ加工が行なわれ
ていた。

鋼板の丸焼き加工は９００’Ｃ〜９５０℃に加熱し、見
透し型や箱型に合わせて作つた棒鋼で作つた枕に載せて
槌打ちにより成形した。

船体では船尾のボスプレートのような曲がりのきつい外
板には昭和３師代までこの方法が続けられていた。鋼板
の部分焼きによる曲げ加工は、板を蜂の巣定盤にジャッ
キで固定し、ガスバーナーや重油バーナーなどによつて
局部的に加熱し、冷却による収縮変形を利用した。

かつては船体の曲がりの外板の多くはこの方法によつて
曲げられたが、加熱位置の選定や加熱の要領、冷却水の
用い方、槌打ちの場所と方法など経験と勘に頼る所が大
きい。加熱温度やピーニングの時期を誤ると亀裂を生じ
易いことなど、作業は専ら経験と勘によつて行われてい
た。その後この丸焼き、部分的な点状加熱による板曲げ
法は線条加熱法にとつてかわり、現在はほとんど手作業
による線条加熱が実施されている。第１図に於ける鋼板
又は型鋼上の長手方向の実線はまげ及び捩じりの基準線
、この基準線と交差する平行な数本の点線は線条加熱線
であり、上段に示す鋼板や型鋼は夫々線条加熱線に沿つ
て線条加熱することによつて下段に示す如き所定の曲が
りと捻りとが形成されていた。従つて従来の作業は作業
者が加熱バーナーと水冷ノズルとをセットした１組乃至
２組程度の線条加熱具操作していたに過ぎない為に非能
率的であると共に線条加熱線の位置、作業速度及び加熱
の与え方等は全て経験と勘に頼つていたので個人差が多
く正確に実施出来ず、作業能率が悪い上に精度の良い鋼
板を安価に大量生産することが出来ない欠点があつた。
次に鋼板或いは型鋼を線条加熱によつて曲げたり捻つた
りする原理について、簡単な図により説明すると、第２
図乃至第５図に於いて、鋼板１の表面に酸素アセチレン
炎、酸素プロパン炎、又は電気誘導加熱器等よりなる加
熱具２と冷却水供給管３とを走行させることによつて、
鋼板１を局部加熱してこれを熱膨張させて膨出部４を形
成すると共にこの部分を冷却水によつて急冷却し、加熱
部を膨出部４を残したまま収縮させて鋼板１にＯ角の曲
げを形成し、更に銅板１の表面の略中央に設けられた基
準線５に対してα角で前記加熱具２と管３とを走行させ
て線条加熱線６を設けることによつて、今度は鋼板１に
前記基準線５に直交する加熱前の基線７と加熱後の基線
７″とによつて構成される捩れ角φを形成して所望の捻
り及び曲け加工を施すことが出来る。船体外板等の鋼板
の二次曲面までの曲げ加工はブレス加工、ロールホーミ
ング加工等によつて自動的に均一なものが大量生産出来
るが、曲げ加工の他に捩じり加工、そらし加工等が加わ
つた三次曲面加工になつて来ると、第６図に示す如く中
性軸８が鋼板１の外方にある場合が多く、従つてこれ等
の加工をブレス加工或いはロールホーミング加工によつ
て加工することは困難であり、これ等の加工法は全く実
施されていないのが実情である。

図中９は中性軸８を通る中性軸面、１０は中性軸面９と
曲面との交線である。本発明に係る装置は従来のこれ等
の欠点に鑑み開発された全く新規な技術に関するもので
ある。

図により本発明の一実施例を具体的に説明すると、第７
図に於いて１１は加工台１２上に載置された被加工鋼板
であり、１３はこの餉板１１の表面に設けられた曲げ及
び捩り加工の基準線であり、又１４は後述の加熱具１５
によつて加熱される線条加熱線である。１６は台１２の
両側方に敷設された走行レールであり、このレール１６
上を走行サドル１７が走行し得る如く構成され、且つ１
８は該走行サドル１７上に架橋固定された架構状キャリ
ッジ、又はこのキャリッジ１８は駆動モーター及び減速
機構１９によりレール１６上を走行し得る如く構成され
ている。

２０はピン２１を介して前記キャリッジ１８に軸着され
、且つ鋼板１１の基準線１３と平行に角度を変えること
が可能な梁構造を持つた架構であつて、前述の加熱具１
５或いは後述の計測具２２をガイドする案内面をその両
側面に具備している。

２３はクロスサドルであつて、前記架構２０の前側面に
設けられたクロスリール２４に沿つて、サドル２３に設
けられた駆動系２５によつて前記線条加熱具１５を鋼板
１１の基準線１３の方向に移動し得る如く構成されてい
る。

又２６はクロスサイドル２３に取付固定された保持バー
であつて、前記数個の加熱具１５はこの保持バー２６に
よつて保持されている。従つて加熱具１５は保持装置２
７によつて保持バー２６に沿つて手動又は個々に装着し
た電動機（図示せず）によつて移動し、この移動によつ
・て数個の加熱具１５の相互間隔を一定に保つと共に加
熱具１５を上下動させることによつて加熱具１５の下端
と鋼板１１の表面との間隔を一定に保つことが出来るよ
うに構成されている。上述の加熱具１５の高さを一定に
保持する手段としては従・来から使用されている公知の
センサーと連動したフィードバックコントロールによる
電動上下装置又は加工具の移動方向に対して蝶番構造の
浮動と鋼板面のガイドローラによる手段等が使用可能で
ある。ノ 次に２８は架構２０の後側面に設けられたク
ロスレール２９にガイドされるクロスサドルであつて、
これに装着された駆動系３０によつて駆動され、クロス
サドル２８に取付けられた銅板１１の面の高さを検出す
ることが出来る高さに計測具２２をレール２９に沿つて
走行し得る如く構成されている。

更に３１は前述の如き装置全体を制御し得る制御盤部で
あつて、前述の数個の線条加熱具１５の相互間距離、該
加熱具１５と鋼板１１との高さ、キャリッジ１８の走行
速度、計測具２２がレール２９に沿つて走行するその運
動、鋼板１１の基準線１３に対する加熱具１５の移動方
向（線条加熱方向）及び移動速度、加熱具１５に対する
酸素、燃料ガス等の供給、電力の供給、冷却水の供給等
を全て制御し得る如く構成されている。

また３２は制御盤面の操作部、３３は線条加熱具１５の
位置、該加熱具１５間の間隔、鋼板１１の基準線１３に
対する加熱方向、線条加熱加工後の曲がりや捩りの実測
と目標値の比較による修正値等を夫々表示することが出
来るコンピュータを内蔵したグラフィックディスプレイ
装置である。上記実施例に於いては架構２０をピン２１
によつてキャリッジ１８に旋回可能に軸着させることに
よつて鋼板１１の基準線１３に架構２０を合わせるよう
にしたが、架構２０を固定し、鋼板１１の方をその基準
線１３が架構２０に合致する如く加工台１２に載置する
ことも可能である。

また本装置にコンピュータを内蔵して鋼板１１と装置の
基準を転移せしめれば、前記加熱具１５及び計測具２２
は架構２０を使用せずに直接キャリッジ１８に懸架する
ことも可能てある。更に鋼板の加工量が多い場合には前
述の如く１台の装置で捩り加工、計測、曲げの修正、こ
の計測等を行うより２台の装置を一組にし、第１の装置
で多数加熱具による捩り加工、曲げ加工を行い、第２の
装置によつて計測と修正作業とを実施した方が作業能率
は極めて良く効率的てある。次に前述の如き構造を有す
る本装置を操作する基本的原理について詳述すると次の
通りである。

先ず前述の第５図に於いて、捩り角をφ、線条加熱条件
による折れ角をθ、基準線５に対する線条加熱線６の角
度をαとすると、これ等には次に示す数式が成立する。
θ及びφは非常に小さい角度であるので近似的には次の
式とすることが出来る。

続いて第８図は船体の構造用正面線図を示し、図中３４
はフレームライン、３５は船体を構成する外板であつて
、本発明を実施して捻り曲け加工をする対象物である。

またφはこの外板３５の両端の捩れ角を示すものである
。従つて総捩れ角φと線条加熱方法による関係は前述の
式（１）より、となる。第５図に於いてα１＝α２
・・＝α，＝αとし、且つｎを外板３５の表面に施す
線条加熱線６の条数とすればとなる。

捩れ角が不均一の場合は線条加熱線６の角度αを一定に
し、且つ加熱線６の条線間隔を変えることによつて、即
ち捩れの大きい所は密に、捩れの小さい所は疎にするこ
とによつて、加熱条数は上記式（３）で近似的に求めれ
ば良い。

尚、上記式（３）に於ける条数ｎは整数である必要はな
く、半端な部分は加熱線６の長さで加減し、ｎ＝φ／（
θ・ＣＯｓα）が整数になるように作業条件を変えて０
を変えることによつても、或いはαを変えることによつ
ても実施が可能である。

第９図は線条加熱と曲げの関係を示す図であつて、図に
於いてδは基準線上の変形量、Ｌは鋼板３６の基準線の
長さ、ｒは曲がりを円弧に近似した曲率半径、θは曲げ
の中心角とすれば、幾何の定理よりとなる関係があり、 となるが、δＲ，Ｌに比して非常に小さい値となるので
δ２→０と考えることが出来、従つて、〔証 明〕〔定
理〕 ａ●ｂ＝ＣＩｄ Δ囚とΔ（Ｂ）は相似 ａ／ｃ＝ｄ／Ｂ ａＸｂ＝ＣＸｄ である。

従つてＬ／２×Ｌ／２＝δ×（２ｒ″一δ） Ｌ２／４＝ｉδ−δ２ Ｌ２＝？δ−４δ２ δはＬ，ｒに比して非常 に小さいのでδ２→０ Ｌ２−．８ｒ８ｒ＝Ｌ２／８δ となる。

またＬ＝２Ｓｉｎθ／２であるが、左図に於いて、ＡＢ
＝ｒθ ？＝ＩＳｌｎ（０／２） …？×（θ／２） ＝ＲＯ＝ＡＢ 本発明の対象とする船体外板のゆるい曲率の場合、θの
値は非常に小さくＳｉｎ（θ／２）″．θ／と考える領
域にあるので、Ｌ＝２ｒＳｉｎ（θ／２）＝２ｒ（０／
２）＝ｒθ従つて、であるから、 で近似出来る。

次に第１０図は銅板３６の曲げの原理を示す図であつて
、３７は基準母線であり、またＡ，ｂ，ｃはこの基準母
線３７上の点を示し、更に３８は線条加熱線を示し、前
記母線３７と線条加熱線３８とはｂ点に於いて交差して
いる。

３９，４０は夫々前記基準母線上の点Ａ，ｃに於いて銅
板３６の表面に対して垂直に起立した線、ｄ点は前記点
Ａ，ｂ，ｃを通る円弧の中心点、従つて前記ａ点に於け
る鋼板３６の法線４１とａ点とｄ点とを結ぶ線３９との
なす角は捩れ角φを示し、またＺａｄｃ＝ｏ″は基準母
線の曲げ角を示している。

よつて線条加熱線３８に直角な曲げ角θとの関係はとな
る。上述の関係より、複数の線条加熱による曲げ量δを
得るためには、とするが、線条加熱の基準線に対する角
度αを一定とすれば前記式（８）は、となる。

但しｎは線条加熱線の条数とする。線条加熱を等間隔で
行えば基準線の曲がりの形状は円弧に近似出来るが、形
状が円弧でない場合は曲がりの急激な所は線条加熱具を
密にし、曲がりのゆるい所は線条加熱具を疎に配列して
線条加熱を施せば良い。曲げと捩りとを満足させる加工
法は式（２）、式（８）及び式（６）より、捩れ角をφ
、曲げの中心角をθとすると、であり、 が得られるが、この式に基づいて一度に１０〜２Ｃ＠以
上の多数の線条加熱具を同時に異なる方向に操作するの
は不可能ではないが、装置が非常に複雑になり実用的で
はなくなるので、前記式（３）及び（９）のより施工条
件のＮ，αを抽出すると、 より、 が得られる。

この式（１１）、式（１２）を用いて線条加熱具を等間
隔て同一方向に動かして曲げ加工を行えば均一な捩れと
円弧状の曲げが行われるが、実際の被加工鋼板を加工す
る場合は均一というわけにはいかないし、捩れと曲げを
同時に満足させることは前記船体外板３５のような形状
では不可能である。従つて捩れが曲げを優先して加工し
、次いで修正加工を行うことが考えられるが、捩れ加工
には曲げを伴うので先ず捩れ加工を優先して施工し、第
二工程て曲けの修正を行えば良い。第二工程での曲がり
の条正は基準線に直角方向（α＝９００）とすれば、こ
の第二工程の曲がり加工をぼどこすことによつて原理的
に捩れが生ずることはない。第１１図は上記の方法で捩
れ加工を与える方法の計画例を示し、縦軸に捩り量φを
、また横軸に銅板の基準線長さＬを示し、４２を縦軸φ
をθＣＯｓαで分割する分割線とし、鋼板の基準線に沿
う捩れを示す線４３との交点より横軸に下ろした線と横
軸との交点をイ，Ｃ］，ハ・・・・・・・・とし、原点
とイ，口，ハ・・・・ ・・の略中点位置Ａ，Ｂ，Ｃ・
・・・・・を線条加熱具の位置に対応させれば、加熱具
は捩れのきつい所は密に、捩れのゆるい所は疎になる。

線条加熱の条数ｎは整数になるとは限らず、前記式（１
１）に於いて作業条件を変え、１条の線条加熱の折り曲
げ角度θを変えても、或いは端数分の加熱線の長さを変
えても良いが、前記曲げ角度θを変える方が合理的であ
る。

この角度θは加工鋼板の板厚、一次加工による基準線に
略直交する断面の形状、加熱の条件、加熱量、加熱速度
等を変えれば変化するが、実験的に容易に求め得る量で
ある。更に本発明の装置によつて被加工鋼板の曲がり量
の修正を行う場合について説明すると次の通りである。

第１２図に於いて、縦軸に曲がり量δをとり、横軸に基
準線長さＬをとり、目標の曲けの形状を曲線４４、第１
工程に於ける捩り加工に伴う曲がりの形状を曲線４５と
すると曲けの修正量を示す修正値曲線４６は前記両曲線
４４，４５の差となる。

次に第１３図は曲げ修正量に対する線条加熱具・の数、
位置、間隔を決定する方法を示す図であつて、４７は計
測により得られた曲げの修正値δ″（基準線との変位置
）を示す曲線、４８の点線で示す折線は線条加熱による
修正曲げの形状で、Ｕ，■，Ｗ・・・・ ・・の各点は
線条加熱位置を示すも−のである。

従つてこのことより次の式が成立する。

第１４図は第１３図に示した修正値δ″を基準ｌ線長さ
Ｌで微分したものであり、４９は修正値δ″を折り曲げ
角に変えた微分曲線を示し、座標軸Ｌに平行な線群５０
は線条加熱により折り曲げ角θで割つた線を示すもので
ある。

前記線４９と線群５０との交点イ″，口″，ハ″・・・
・・・は線条加熱線の割り込みを示し、実施に当たつ
てはイ″，口″，ハ″・・・ ・・のＬ軸上の点に線条
加熱を施せば良い。前記第１３図及び第１４図に示すも
のは作画、グラフィックディスプレイ操作の点で優劣が
あるわけでなく、同じ手続きを数理的に処理する方法を
示したものである。

次に本発明に係る線条加熱装置を制御する制御ブロック
について説明すると、第１５図に於いてＡは曲がり形状
計測回路ブロック、Ｂは線条加熱条件自動設定回路ブロ
ック、Ｃは線条加熱具位置設定回路ブロック、Ｄは線条
加熱施工回路ブロックであり、これ等のブロックＡ，Ｂ
，Ｃ，Ｄについて更に詳述すると、５１は線条加熱装置
の本体、５２は該本体５１を走行するレールであつて座
標軸ｘの基準とりなり、５３は本体５１上に設けられた
クロスレールであつて前記Ｘ軸に直交した座標軸Ｙ軸の
基準となるものである。５４はクロスレール５３に沿つ
て案内される線条加熱具５５を保持する保持バー、従つ
て線条加熱具５５の保持カバー５４に沿う座標を各線条
加熱具毎にＹｌ，ｙ２，・・Ｙ３とする。

５６は線条加熱操作盤、５７ａは手動入力、５７ｂはＮ
Ｃテープ入力、５７ｃはオンライン入力による夫々線条
加熱曲げ形状の入力を示す。

５８は本体５１に設置されたコンピュータ本体、また５
９はメモリー部を示し、線条加熱の施工条件データ、例
えば施工条件と折れ角θの関係などを記憶すると共に装
置に対し施工条件を演算するプログラムを保存する部分
である。

先ず線条加熱の方位と速度の制御に対して５８ａはコン
ピュータにより装置のＸ軸及びＹ軸の駆動条件を処理す
る機能を示し、６０ｘ，６０ｙは夫々Ｘ座標軸、Ｙ座標
軸方向の速度信号で、Ｖを合成線加熱速度、αを線条加
熱線の方位とすればＶＳｊｎα，ＶＣＯｓαに対応する
出力となる。６１ｘ及び６１ｙは夫々前記速度信号６０
ｘ，６０ｙに対応してＸ軸方向の駆動原動機６２ｘ（５
Ｙ軸方向の駆動原動機６２ｙを駆動せしめるドライブユ
ニットである。

次に線条加熱の位置のコントロール、即ち線条加熱具の
位置と間隔の自動設定に関しては５８ｂは線条加熱具５
５の保持バー５４に対する各線条加熱５５の位置の座標
を示し、Ｙｌ，ｙ２・・・・・・Ｙ，を演算する機能を
持つており、メモリー５９の施工条件の記憶データ及び
演算プログラムにより実行される。

６３ａ，６３ｂ・・・・・・・６３ｊは各線条加熱具の
位置座標Ｙｌ，ｙ２・・・ ・・・Ｙ，を記憶する部分
、６４ａ，６４ｂ・・・・・・・６４ｊは前記の出力に
より各線条加熱具５５を自動的に位置決めする電動機６
５ａ，６５ｂ・・・・・・・６５ｊを駆動させるドライ
ブユニットであつて、自動的に設定されている。

６６乃至６９は鋼板の曲がり形状の計測方法を”示すも
のであつて、６６は計測機操作盤、６９は計測の対象と
なる曲げ加工の施された鋼板であつて、計測の座標軸は
曲げの基準線に沿う長手方向をＹ軸、巾方向をＸ軸、高
さ方向をＺ軸とし、６７ｘ，６７ｙ及び６７ｚは夫々Ｘ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸計測器の駆動部駆動ユニットを示し、又
６８ｘ，６８ｙ，６８ｚは夫々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標
の検出装置であつて、前記駆動ユニット６７ｘ，６７ｙ
，６７ｚに取付けられており、ポテンショメータ、エン
コーダ等の位置の検出器が用いられている。

この検出装置６８ｘ，６８ｙ，６８ｚにより得られた位
置信号はコンピュータ５８の演算部に数値信号としてフ
ィードバックされ、ディスプレイ装置７０にその形状が
グラフ表示されるように構成されている。

又このディスプレイ装置７０は計測を表示するだけでな
く、曲げ、捩りの加工条件、コンピュータ５８の演算結
果の形状予測値をも表示出来るので作業者がこれを使用
することによつてコンピュータによる施工条件の修正、
施工条件のシミュレーションを行うことも可能である。
第１６図は本文に記した線条加熱による曲げの数学的表
示に用いた諸記号を整理して示したものであり、図に於
いて７０は被加工材、７１は先に第８図の３４で示した
フレーム線を示し、捩れ角φは角フレームステーション
で与えられ、前記第８図の正面線図で実角として与えら
れる。

またＬは基準線の長さ、δは基準線の湾曲の形状を示し
、いづれも第３図より求められるものである。ＯはＬと
δとの相関を示す補助的なデータて直接被加工材の形状
を定義する値ではない。更に１加工線による折れ角０に
ついては第５図に示す通りである。本発明に係る装置は
上述の如く、被加工鋼板の両側方に設けられたレール上
を走行し得るキャリッジに数個の線条加熱具を取りつけ
ると共にこれ等の線条加熱具を相互に一定の間隔に配列
しかつ一定の方向に移動し得る如く構成したので、前述
の鋼板の捩じり及び曲げの原理をこれに応用することに
よつて、該被加工鋼板に極めて正確に捩り加工及び曲げ
加工を自動的に施すことが出来、並びに該被加工銅板の
捩りと曲げ加工の情報を図形処理することによつて、従
来職人が勘と経験とによつて決めていた線条加熱の条数
と位置施工の方向を正確且つ簡単にしかも自動的に決定
することが出来、更に本発明の装置に設けられた計測具
によつて被加工鋼板の捩り及び曲げ加工を簡単に計測し
て、必要な場合はその捩り及び曲げを修正することが出
来る等の特徴を有するものである。

図面の簡単な説明第１図乃至第６図は従来の捩り曲げ加
工法及び原理を示す説明図、第７図は本発明の装置の簡
略説明図、第８図乃至第１４図は本装置を作動させる原
理を示す説明図、第１５図は制御ブロック図、第１６図
は線条加熱による曲げの説明図である。

１，１１，３６は鋼板、２，１５は加熱具、３は冷却水
供給管、５，１３，３７は基準線、６，１４，３８は線
条加熱線、８は中性軸、１０はレール、１８はキャリッ
ジ、２０は架構、２２は計測具、２３，２８はクロスサ
ドル、２６は保持バー、３１は制御盤部、３３はディス
プレイ装置、３４はフレームライン、３５は外板、４１
は法線、４４は目標曲げの曲線、４５は修正値曲線、４
９は微分曲線である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 船体外板等に使用される鋼板に線条加熱を施すこと
   によつて複雑な曲がりと捩れとを有する曲面を成形する
   に際し、曲げ加工の形状のデータとして線条加熱による
   加熱線に直角方向に折れる角度θ、被加工材の基準軸長
   さＬ、基準軸の曲げ量δ、捩れ角φを与え、ｎ＝√〔φ
   ＾２＋（８δ／Ｌ）＾２〕／０α＝Ｔａｎ＾−＾１８δ
   ／Ｌθ の式により線条加熱の数ｎと、鋼板の基準線と線条加熱
   線のなす角度αを求め、該鋼板の長手方向（基準軸方向
   ）に対して巾方向に走行し得るようにした架溝状キャリ
   ッジ上に架構に沿つて電動機等によつて自動的に摺動す
   るクロスキャリッジを装着すると共にクロスキャリッジ
   に相互の間隔を自由に変えることが出来る複数の線条加
   熱具を取り付け、前記キャリッジに走行と該キャリッジ
   に沿つて移動するクロスキャリッジの運動の合成により
   任意の方向に任意の間隔を保つた複数の条数の線条加熱
   を同時にかつ自動的に実施することを可能とした線条加
   熱装置。