TWI635254B - Steel shape measuring device and steel shape correcting device - Google Patents

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TWI635254B TW107103462A TW107103462A TWI635254B TW I635254 B TWI635254 B TW I635254B TW 107103462 A TW107103462 A TW 107103462A TW 107103462 A TW107103462 A TW 107103462A TW I635254 B TWI635254 B TW I635254B
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Abstract

本發明提供一種鋼材形狀測量裝置以及鋼材形狀矯正裝置。本發明的鋼材形狀測量裝置使用藉由振鏡13使來自一個雷射光源11的雷射光轉向並利用經轉向的雷射光掃描鋼材S並測距的雷射距離計5A，對鋼材的被掃描面上的檢測點群進行測距，並根據所得的測距資料而測量鋼材的形狀，並且於在鋼材的被掃描面上發生正反射的雷射光的照射範圍內的至少一個部位，具備45°0°擴散反射率為10%以下的物體作為雷射光吸收體8。

Description

鋼材形狀測量裝置以及鋼材形狀矯正裝置
本發明是有關於一種鋼材形狀測量裝置以及鋼材形狀矯正裝置，所述鋼材形狀測量裝置適於以離線(off-line)方式測量鋼材的變形等具有不良狀況的形狀，所述鋼材形狀矯正裝置適於以所述離線方式對利用所述鋼材形狀測量裝置所測量的鋼材的變形等具有不良狀況的形狀進行矯正。
自動測量鋼材例如鋼板的形狀的裝置例如有以下裝置：如專利文獻1所記載般，將包含多個光學系距離計的測量裝置設置於鋼板的搬送線上，根據來自通過該測量裝置的鋼板的光的反射狀態，檢測距鋼板表面的距離、即鋼板表面的高度，使該高度連續而測量鋼板表面的形狀。
然而，該鋼板形狀測量裝置不適於離線方式的形狀測量，因而本申請人提出了專利文獻2所記載的帶有鋼板形狀測量裝置的鋼板形狀矯正裝置。該專利文獻2所記載的鋼板形狀測量裝置中，使用藉由振鏡(galvanometer mirror)使來自一個雷射光源的雷射光轉向並利用經轉向的雷射光掃描被掃描面並測距的雷射距離計，對靜止的鋼板上的既定的檢測點群進行測距，並根據 所得的測距資料而測量鋼板的形狀。再者，專利文獻2中提及的「偏光」是指「轉向」，即切換方向。
因此，於離線且鋼板靜止的狀態下亦可測量鋼板的形狀。
[現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平5-237546號公報
專利文獻2：日本專利特開2010-155272號公報
[非專利文獻]
非專利文獻1：擴散反射測定-島津製作所(www.an.shimadzu.co.jp/uv/support/faq/op/solid.htm)，1/3-3/3頁，2017年1月6日
所述專利文獻1所記載的光學系距離計於鋼板表面為大致鏡面狀的情形時，會產生頻發測定異常的問題。此處所謂「大致鏡面狀」，是指以目測可鑑定的畫質而映出物體的鏡像的面狀。然而，對於所述專利文獻2所記載的鋼板形狀矯正裝置(以下稱為「參考技術A」)而言，並未具體記載對具有大致鏡面狀鋼板表面的鋼板的測定異常之應對方法，於大致鏡面狀的鋼板表面為測量對象的情形時，有產生測量值大幅超出通常的偏差範圍而偏差的異常現象(測定異常)等問題。
本發明是著眼於所述問題而成，其課題在於提供一種鋼材形狀測量裝置及鋼材形狀矯正裝置，所述鋼材形狀測量裝置即便該鋼材具有大致鏡面狀的鋼板表面，亦能可靠地測量形狀矯正前後的搬送裝置上的鋼材形狀、以及形狀矯正中的加壓衝壓柱(ram)下的鋼材形狀，所述鋼材形狀矯正裝置可有效利用所述鋼材形狀測量裝置的測量結果高效率地進行形狀矯正。此處所謂鋼材，為鋼板、型鋼(shaped steel)以及鋼板樁的總稱。
為了解決所述課題而成的本發明為以下的(1)~(3)所記載的發明。
(1)一種鋼材形狀測量裝置，使用藉由振鏡使來自一個雷射光源的雷射光轉向並利用經轉向的雷射光掃描鋼材並測距的雷射距離計，對所述鋼材的被掃描面上的檢測點群進行測距，並根據所得的測距資料而測量所述鋼材的形狀，並且於在所述鋼材的被掃描面上發生正反射的雷射光的照射範圍內的至少一個部位，具備45°0°擴散反射率為10%以下的物體作為雷射光吸收體。
(2)一種鋼材形狀矯正裝置，具有具備加壓衝壓柱的壓機、以及設於所述壓機的入側以及出側且搬送鋼材的搬送裝置，並且於所述壓機的入側以及出側具備所述(1)所記載的鋼材形狀測量裝置。
(3)如所述(2)所記載的鋼材形狀矯正裝置，其中所述鋼 材形狀測量裝置的雷射光吸收體的設置部位包含所述壓機外表面中所述照射範圍內的面內的部位。
根據本發明而發揮以下效果：即便該鋼材具有大致鏡面狀的鋼材表面，亦能可靠地測量形狀矯正前後的搬送裝置上的鋼材形狀、以及形狀矯正中的加壓衝壓柱下的鋼材形狀，且可有效利用其測量結果高效率地進行形狀矯正。
1‧‧‧壓機
2‧‧‧加壓衝壓柱
3‧‧‧底板(入側底板)
4‧‧‧底板(出側底板)
5‧‧‧鋼材形狀測量裝置
5A‧‧‧雷射距離計
6‧‧‧控制裝置
7‧‧‧位置檢測裝置
8‧‧‧雷射光吸收體
11‧‧‧雷射光源
12‧‧‧旋轉台
12A‧‧‧旋轉台旋轉軸
13‧‧‧振鏡
13A‧‧‧振鏡旋轉軸
LS1‧‧‧入射雷射光
LS2‧‧‧正反射雷射光
S‧‧‧鋼板
A、B、B’‧‧‧入射角
X‧‧‧光點
圖1(a)~圖1(d)為表示發明(1)的實施形態的鋼材形狀測量裝置的概略構成的示意圖。
圖2為表示發明(2)的鋼材形狀矯正裝置的概略構成的平面圖。
圖3(a)以及圖3(b)為表示雷射光吸收體的入射反射面形狀的A例(圖3(a))以及B例(圖3(b))的剖面圖。
圖4(a)以及圖4(b)為表示先前例(圖4(a))以及本發明例(圖4(b))中的測距資料的一例的線圖。
圖5(a)以及圖5(b)為表示先前例(圖5(a))以及本發明例(圖5(b))中的鋼板面內的凹凸分佈資訊的輸出圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明的實施形態進行說明。再者，以下將(N)所記載的發明稱為「發明(N)」。
首先，對發明(1)的實施形態進行說明。圖1(a)~圖1(d)為表示發明(1)的實施形態的鋼材形狀測量裝置的概略構成的示意圖，圖1(a)為雷射距離計的平面圖，圖1(b)為裝置整體的平面圖，圖1(c)為裝置整體的正面圖，圖1(d)為裝置整體的側面圖。
發明(1)的實施形態的鋼材形狀測量裝置利用雷射光對鋼材的被掃描面的既定的檢測群進行測距，並根據所得的測距資料而測量所述鋼材的形狀，且所述鋼材形狀測量裝置具有：雷射距離計5A，具備出射雷射光的一個雷射光源11、及使所述雷射光轉向的振鏡13；以及雷射光吸收體8，其位於在所述鋼材的被掃描面上發生正反射的雷射光的照射範圍內的至少一個部位，且45°0°擴散反射率為10%以下。
如圖1(a)所示，雷射距離計5A是將一個雷射光源11搭載於旋轉台12上，並於雷射光源11的雷射出射口配設周知的振鏡13而成。關於該構成，將振鏡旋轉軸13A設為以下構成：與振鏡13的反射面成45°的角度，與來自雷射光源11的雷射出射口的雷射光的光軸一致，且與旋轉台旋轉軸12A正交。因此，來自雷射光源11的雷射光經振鏡13反射而90°轉向，轉向後的雷射光成為向鋼材的被掃描面入射的入射雷射光LS1。入射雷射光LS1的光路以向振鏡13的入射點為旋轉中心，與振鏡13一併繞振鏡旋轉 軸13A而旋轉，且與旋轉台12一併繞旋轉台旋轉軸12A而旋轉。即，入射雷射光LS1可藉由繞振鏡旋轉軸13A的旋轉以及繞旋轉台旋轉軸12A的旋轉而三維地全方位行進。因此，雷射距離計5A可用作利用雷射光三維地掃描全方位並測距的機構。
如圖1(b)、圖1(c)以及圖1(d)所示，雷射距離計5A是以如下方式配置：作為鋼材形狀測量裝置5的一部分而位於鋼材例如鋼板S的被掃描面的斜上方，振鏡旋轉軸13A與鋼板S的長度方向正交，旋轉台旋轉軸12A與鋼板S的寬度方向正交。因此，入射雷射光LS1藉由繞振鏡13的振鏡旋轉軸13A的旋轉而產生於鋼板S上於長度方向上行進的光點X，該光點X藉由繞旋轉台12的旋轉台旋轉軸12A的旋轉而於寬度方向上移動。
鋼材形狀測量裝置5以所述光點X於長度方向及寬度方向上對鋼板S的被掃描面進行掃描，對鋼板S的被掃描面上的檢測點群進行測距，並根據所得的測距資料使用未圖示的電腦系統而測量鋼板S的形狀。根據所得的測距資料而測量鋼板S的形狀的方法與參考技術A中的方法相同。詳細而言，如本案申請人先前提出的所述專利文獻2的段落0013~段落0058中所述。
所述測距資料是藉由擴散反射光測定裝置(未圖示)對來自所述光點X的存在部位的擴散反射光即一次擴散反射光的光強度進行測定，並根據其測定值而算出。然而，若鋼板S的被掃描面內存在大致鏡面狀的部分，則入射雷射光LS1於該大致鏡面狀的部分發生正反射而產生正反射雷射光LS2，該正反射雷射光 LS2入射至周邊的設備或機器的面並發生擴散反射而產生二次擴散反射光，或者進而該二次擴散反射光對周邊的設備或機器的面反覆發生入射及擴散反射而產生三次以上的擴散反射光(以下將三次以上的擴散反射光稱為「多重擴散反射光」)。若所述一次擴散反射光與二次擴散反射光及/或多重擴散反射光重疊，則會根據該重疊的擴散反射光的光強度的測定值而算出所述測距資料。因此，除了所述二次擴散反射光的光強度為相對於所述一次擴散反射光的光強度而可忽視的程度的情形以外，所述二次擴散反射光以及所述多重擴散反射光會對所述測距資料的精度造成不良影響，結果有鋼板S的形狀測量精度降低的問題。
為了解決該問題，於發明(1)中，鋼材形狀測量裝置5於正反射雷射光LS2的照射範圍內的至少一個部位，具備45°0°擴散反射率為10%以下的物體作為雷射光吸收體8。即，鋼材形狀測量裝置5具備雷射距離計5A及雷射光吸收體8。此處所謂「45°0°擴散反射率」，是指針對面的擴散光相對於入射光的比率，相對於所述面的法線將所述入射光的入射角設為0°，將所述擴散光的受光角設為45°而測量的量。再者，所述擴散反射率依存於所使用的雷射光的波長，因此於所述擴散反射測定中，使用與實際掃描用的雷射光的波長相同波長的雷射光。
雷射光吸收體8的設置部位較佳為設為以下部位：來自此處的二次擴散反射光的光強度大至相對於所述一次擴散反射光的光強度而無法忽視的程度。於未設置雷射光吸收體的狀態下， 檢測由雷射距離計所得的於鋼板的被掃描面內測距資料的偏差異常變大的區域、即異常區域，此種部位只要從自該所檢測出的異常區域發出的正反射雷射光的照射範圍內適當選定即可。
藉此，可將來自設置有雷射光吸收體8的部位的二次擴散反射光的光強度減小至相對於所述一次擴散反射光的光強度而可忽視的程度，鋼板S的測距資料精度提高，藉此可獲得鋼板S的形狀測量精度提高的效果。若所述45°0°擴散反射率超過10%則該效果欠缺，所述擴散反射率應設為10%以下，較佳為5%以下。
關於可較佳地用作所述雷射光吸收體的物體，例如可列舉黑色聚氯乙烯(45°0°擴散反射率=5%)、黑色橡膠(45°0°擴散反射率=8%)、黑色塗料塗佈材(45°0°擴散反射率=1%)等。
繼而，對發明(2)的實施形態加以說明。
圖2為表示發明(2)的鋼材形狀矯正裝置的概略構成的平面圖。該鋼材形狀矯正裝置以離線方式對鋼板S進行形狀矯正，具有矯正鋼板S的形狀的壓機1。於壓機1的入側配設有底板3(入側底板3)，於壓機1的出側配設有底板4(出側底板4)。底板3、底板4均具備搬送鋼板S的多個輥，可藉由控制所述輥的旋轉狀態而控制鋼板S的搬送方向。即，所述底板3、底板4構成鋼板S的搬送裝置。另外，於入側底板3以及出側底板4的側方，設有檢測鋼板S的位置的位置檢測裝置7。位置檢測裝置7利用雷射光對鋼板S於搬送方向上進行掃描而測量鋼板S的沿搬送方向的形狀，並根據該形狀測定結果來檢測鋼板S位於哪個位置。
本實施形態的壓機1的情況下，利用加壓衝壓柱2將鋼板S自上方加壓，主要對鋼板S賦予彎曲力矩而矯正鋼板S的形狀。鋼板S的形狀是利用發明(1)的鋼材形狀測量裝置5而測量。鋼板形狀矯正的參數例如可列舉：根據鋼板S的形狀所求出的曲尺間隙(將預設長度的曲尺[基準線段]貼於鋼板S表面上時的曲尺與鋼板之間的間隙)、加壓衝壓柱2的加壓力、與被稱為墊片(shim)的墊板的位置之間隔、鋼板S的位置。本實施形態的壓機1的鋼板形狀矯正於鋼板S之下鋪設2根墊片，利用加壓衝壓柱2將該墊片間的部分的鋼板S加壓。加壓衝壓柱2的彎曲力矩於墊片間的部分的鋼板S中產生。將該彎曲力矩所致的鋼板S的變形量與解除加壓時的返回量、所謂回彈(spring back)量相加，調整所述各種參數。
於入側底板3以及出側底板4各自的斜上方具備發明(1)的鋼材形狀測量裝置5。藉由入側底板3的斜上方的鋼材形狀測量裝置5來測量形狀矯正前的鋼材的形狀，並根據該形狀資料而調整鋼板形狀矯正的各種參數，實行形狀矯正。藉由出側底板4的斜上方的鋼材形狀測量裝置5來確認矯正後的鋼板形狀。雷射距離計5A的振鏡旋轉軸13A(圖2中省略圖示)以及旋轉台旋轉軸12A(圖2中省略圖示)相對於鋼板S的長度方向以及寬度方向的配向是設為與圖1相同。如此，本發明的鋼材形狀矯正裝置具有鋼材形狀測量裝置5、壓機1以及搬送裝置。將鋼材形狀測量裝置的雷射距離計與雷射光吸收體兩者設於壓機1的入側以 及出側。
於圖2所示的實施形態中，依據發明(3)，將雷射光吸收體8的設置部位設為壓機1的外表面中來自雷射距離計5A的雷射光於鋼板S的被掃描面上發生正反射的光的照射範圍內的部位，即壓機1的入側面、出側面以及正反射光到達的側面。如此般設定是基於獲得了以下見解：於未設置雷射光吸收體8時，進行如下實驗，即，檢測所述正反射雷射光的照射範圍中所述二次擴散反射光對測距資料的不良影響大至無法忽視的程度的區域(稱為「問題區域」)，該所檢測出的問題區域為壓機1的外表面中入側面、出側面以及正反射光到達的側面的區域。
再者，於該實施形態中，於壓機1的外表面中入側面、出側面以及側面中的正反射光到達的面上設置有雷射光吸收體8，但雷射光吸收體8的設置部位不限定於該形態。例如亦可於壓機1的入側以及出側設置阻斷來自鋼板S的正反射光到達壓機1的入側面、出側面或側面的阻斷壁，並於阻斷壁的與雷射距離計5A相對向的面上設置雷射光吸收體8。
於所述問題區域內的產生二次擴散反射光的面為壓機1的入側面、出側面、側面各自的一部分區域的情形時，只要僅於該一部分區域中設置雷射光吸收體8即可。
若所述問題區域內的產生二次擴散反射光的面為壓機1以外的設備或機器的面，則當然較佳為將該面設為雷射光吸收體8的設置面。
通常於入射光向入射反射面入射而產生擴散反射光時，所述入射光的入射角越大，則所述擴散反射光的光強度越變小。因此，藉由將所述雷射光吸收體的入射反射面形狀預先設為所述正反射雷射光對該入射反射面的入射角變大(例如成為超過45°的入射角)的形狀，可進一步降低所述二次擴散反射光的光強度而較佳。雷射光吸收體8的入射反射面形狀可列舉圖3(a)中作為A例所示的平面狀的入射反射面形狀、或圖3(b)中作為B例所示的鋸齒狀的入射反射面形狀。若將A例與B例相比，則自斜下方入射的正反射雷射光LS2於B例中的入射角B以及入射角B'大於A例中的入射角A，故而B例的情況更佳。
再者，於出側底板4的側方具備內置有電腦系統的控制裝置6，所述電腦系統進行用以藉由壓機1對鋼板S進行形狀矯正的運算處理。關於該運算處理的詳細情況，如專利文獻2的段落0059~段落0065所記載。
[實施例]
實施例中，於本發明例中採用圖2所示的實施形態。其中，將鋼板S置於壓機1的出側底板4上。自鋼板S掃描用的雷射距離計5射出的雷射光是設為波長為1550nm的近紅外線雷射光。於被鑑定為來自鋼板S的正反射雷射光的照射範圍內的所述問題區域內部位之壓機1的外表面中入側面以及出側面上，設置有所述45°0°擴散反射率為5%的包含黑色聚氯乙烯的雷射光吸收體8。雷射光吸收體8的入射反射面形狀是設為圖3(b)所示的B 例(鋸齒狀)。
另一方面，先前例為除了自本發明例中去掉雷射光吸收體8以外與本發明例相同的實施形態。
先前例中，如圖4(a)所例示，於鋼板S長度方向位置的大致鏡面狀的局部，存在測距資料大幅超出通常的偏差範圍而偏差等測定異常。所述測定異常的原因在於：於來自鋼板S的所述大致鏡面狀的局部的正反射雷射光的照射範圍內存在壓機1的出側面，來自該出側面的二次擴散反射光與來自鋼板S的所述局部的一次擴散反射光重疊，使測距資料大幅偏差。
使用包含所述測定異常的測距資料所導出的鋼板形狀測量結果如圖5(a)所例示，包含偏離真正形狀的異常區域，難以實施適於鋼板S的形狀矯正。
相對於此，本發明例中，因設置有所述雷射光吸收體8，故而如圖4(b)所例示，遍及鋼板S的整個長度方向範圍而不存在先前例般的測定異常，結果使用該不含測定異常的測距資料所導出的鋼板形狀測量結果如圖5(b)所例示，不含偏離真正形狀的異常區域，可容易地對鋼板S實施適當的形狀矯正。

Claims (3)

  1. 一種鋼材形狀測量裝置，使用藉由振鏡使來自一個雷射光源的雷射光轉向並利用經轉向的雷射光掃描鋼材並測距的雷射距離計，對所述鋼材的被掃描面上的檢測點群進行測距，並根據所得的測距資料來測量所述鋼材的形狀，並且於在所述鋼材的被掃描面上發生正反射的雷射光的照射範圍內的至少一個部位，具備45°0°擴散反射率為10%以下的物體作為雷射光吸收體。
  2. 一種鋼材形狀矯正裝置，具有具備加壓衝壓柱的壓機、以及設於所述壓機的入側以及出側且搬送鋼材的搬送裝置，並且於所述壓機的入側以及出側具備如申請專利範圍第1項所述的鋼材形狀測量裝置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的鋼材形狀矯正裝置，其中所述鋼材形狀測量裝置的所述雷射光吸收體的設置部位包含所述壓機的外表面中所述照射範圍內的面內的部位。
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