(57)【要約】      （修正有）【課題】設置向きにおける回転軸への重力モーメントを低減することが可能な、鋼板の反りなどの形状測定を行う形状測定装置に用いる重力補償冶具、および重力補償冶具を備えた形状測定装置を用いて鋼板の形状の矯正を行う鋼板の形状矯正装置を提供する。【解決手段】レーザ光源１９を備えた鋼板の形状測定装置１５に用いる重力補償冶具１であって、形状測定装置を固定する測定装置固定部２と、測定装置固定部を形状測定装置の回転方向に回転させる回転機構部３と、回転機構部を支持する支持はり部４と、形状測定装置の自重により支持はり部が受ける負荷を補償する重力補償部５とを有する。【選択図】図３
2020041844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源を備えた鋼板の形状測定装置に用いる重力補償冶具であって、
前記形状測定装置を固定する測定装置固定部と、
前記測定装置固定部を前記形状測定装置の回転方向に回転させる回転機構部と、
前記回転機構部を支持する支持はり部と、
前記形状測定装置の自重により前記支持はり部が受ける負荷を補償する重力補償部と
を有することを特徴とする重力補償冶具。
【請求項２】
前記回転機構部は、測定される鋼板の表面に対して水平に設置されたことを特徴とする請求項１に記載の重力補償冶具。
【請求項３】
前記回転機構部は、前記レーザ光源の光路を遮らないように設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の重力補償冶具。
【請求項４】
前記重力補償部は、弾性部材、カウンターウェイトのいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の重力補償冶具。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の重力補償冶具を備えた形状測定装置を有することを特徴とする鋼板の形状矯正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の反りなどの形状測定を行う形状測定装置に用いる重力補償冶具、および重力補償冶具を備えた形状測定装置を用いて鋼板の形状の矯正を行う鋼板の形状矯正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の製造では、圧延および冷却工程において鋼板の反り、耳波、歪などの形状不良が発生する場合がある。特に、板厚４０ｍｍ以上の厚鋼板の場合、圧延時の高荷重により形状不良を生じやすい。鋼板に形状不良が生じた場合には、形状不良を取り除くために後工程で形状矯正をしている。十分な矯正効果を得るためには、鋼板の反りなどの形状を精度よく測定することが望まれている。
【０００３】
鋼板の形状を測定する方法として、従来よりレーザ光源を用いた測定装置を使用して鋼板形状の測定を行なうものがある。例えば、特許文献１には、複数の光学系距離計で構成される計測装置を鋼板の搬送ライン上に設置し、この計測装置を通過する鋼板からの光の反射状態より鋼板表面までの距離、すなわち鋼板表面の高さを検出し、この高さを連続させて鋼板表面の形状を測定する技術が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、単一のレーザ光源からのレーザ光で多軸回転走査して距離データを測定する装置（いわゆる三次元スキャナー）を用いて、搬送ライン上に静止した鋼板の表面形状を測定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２３７５４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５５２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１、２に記載の鋼板形状を測定する装置は、鋼板の上方に設けたレーザ光源を用いて鋼板までの距離を測定する。これらの測定装置は、レーザ光源を鋼板表面に対して垂直に設置している。
【０００７】
ここで、図７を用いて、上記のレーザ光源（図示は省略）を用いた鋼板の形状測定装置１５における測定値の誤差を検討した。誤差には「高さ方向の測定誤差（以下、高さ誤差と称する）ｄｚ」、「回転角誤差ｄφ」、「距離誤差ｄｒ」、「旋回角誤差ｄθ」を用いた。なお、図７には、一例としてレーザ光源を鋼板表面に対して垂直に設置した場合の側面図を示す。図７に示すように、測定対象の鋼板Ｓの幅方向長さをｘ、測定対象の鋼板Ｓの長手方向長さをｙ、形状測定装置１５と鋼板Ｓの表面との距離（すなわち、形状測定装置１５の設置高さ）をＺ、形状測定装置１５と鋼板Ｓの端部との距離をＲとするとき、高さ方向の測定誤差ｄｚとは、全誤差を含む鋼板形状の測定結果の誤差を指す。回転角誤差ｄφとは、ガルバノミラーの回転による誤差を指す。距離誤差ｄｒとは、測定対象の位置（測定距離）が及ぼす誤差を指す。旋回角誤差ｄθとは、形状測定装置１５の旋回が及ぼす誤差を指す。
【０００８】
レーザ光源を鋼板表面に対して垂直に設置した場合、高さ方向の測定誤差ｄｚは以下に示す式（１）で表せる。式（１）より、レーザ光源を鋼板表面に対して垂直方向に設置した場合には、形状測定装置１５と鋼板Ｓの長手方向ｙおよび形状測定装置１５と鋼板Ｓの幅方向ｘの各距離Ｒが離れることで、回転角誤差ｄφが大きくなる。
【０００９】
これに対し、レーザ光源を鋼板表面に対して水平に設置した場合、高さ方向の測定誤差ｄｚは以下に示す式（２）で表せる。式（２）より、レーザ光源を鋼板表面に対して水平方向に設置した場合には、形状測定装置１５と鋼板Ｓの長手方向ｙの距離Ｒが離れるほど回転角誤差ｄφは大きくなるが、形状測定装置１５と鋼板Ｓの幅方向ｘの距離Ｒが離れるほど回転角誤差ｄφの影響は小さくなる。
【００１０】
【数１】
2020041844.tif 000003
【００１１】
【数２】
2020041844.tif 000004
【００１２】
以上のことより、形状測定装置の回転軸が測定対象である鋼板の表面と水平になるように設置（横置き）することで、測定精度を向上できることが分かっている。しかしながら、形状測定装置の回転軸が鋼板表面に対して水平となるように設置した場合には、形状測定装置の自重により回転軸に重力モーメントがかかるために、回転軸の負荷が増大する。これにより、形状測定装置の回転速度が不安定になる等の回転動作不良の原因となる問題があった。
【００１３】
また、このような問題があるため、形状測定装置を横置きにした構成が存在しないのが実情である。
【００１４】
本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、形状測定装置に用いる重力補償冶具、および重力補償冶具を備えた形状測定装置を用いて鋼板の形状の矯正を行う鋼板の形状矯正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記した目的を達成するため、鋭意検討をした結果、次の知見を得た。
【００１６】
上述のように、鋼板の反りなどの測定を行う形状測定装置は、その設置向きにより生じる回転軸への重力モーメントを低減することが重要である。レーザ光源を備えた形状測定装置の設置向きにより生じる回転軸への重力モーメントを低減するためには、形状測定装置の重力補償を行う治具を設けることが有効であることを見出した。具体的には、冶具は、形状測定装置本体を固定するとともに、形状測定装置の回転動作や走査範囲の妨げとらないように構成することで、形状測定装置の自重によって回転軸にかかる負荷を低減させることができることを見出した。
【００１７】
本発明は上述の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。
［１］  レーザ光源を備えた鋼板の形状測定装置に用いる重力補償冶具であって、
前記形状測定装置を固定する測定装置固定部と、
前記測定装置固定部を前記形状測定装置の回転方向に回転させる回転機構部と、
前記回転機構部を支持する支持はり部と、
前記形状測定装置の自重により前記支持はり部が受ける負荷を補償する重力補償部と
を有することを特徴とする重力補償冶具。
［２］  前記回転機構部は、測定される鋼板の表面に対して水平に設置されたことを特徴とする［１］に記載の重力補償冶具。
［３］  前記回転機構部は、前記レーザ光源の光路を遮らないように設けたことを特徴とする［１］または［２］に記載の重力補償冶具。
［４］  前記重力補償部は、弾性部材、カウンターウェイトのいずれかであることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１つに記載の重力補償冶具。
［５］  ［１］〜［４］のいずれか１項に記載の重力補償冶具を備えた形状測定装置を有することを特徴とする鋼板の形状矯正装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、測定対象の鋼板表面に対して水平に配設されたレーザ光源を用いた鋼板の形状測定装置の回転軸に重力補償冶具を設置するため、形状測定装置の重力（自重）による回転軸への負荷を補償することができる。これにより、形状測定装置の測定精度が向上する。また、本発明の重力補償冶具を備えた形状測定装置を鋼板の形状矯正装置に適用することで、適正な鋼板形状に基づく形状矯正が可能となり、鋼板形状に優れた鋼板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における、レーザ光源を有する形状測定装置を備えた鋼板の形状矯正装置を説明する全体構成図である。
【図２】図２は、図１に示した鋼板の形状矯正装置における形状測定装置を説明する構成図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態における重力補償冶具の一例であり、この重力補償冶具を設置した形状測定装置の側面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態における重力補償冶具の他の一例であり、この重力補償冶具を設置した形状測定装置の側面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態における重力補償冶具の他の一例であり、この重力補償冶具を設置した形状測定装置の側面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例における形状測定装置の旋回角差分を示すグラフである。
【図７】図７は、鋼板の形状測定装置における測定値の誤差を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００２１】
本発明は、レーザ光源を備えた鋼板の形状測定装置に用いる重力補償冶具であって、形状測定装置を固定する測定装置固定部と、測定装置固定部を形状測定装置の回転方向に回転させる回転機構部と、回転機構部を支持する支持はり部と、形状測定装置の自重により支持はり部が受ける負荷を補償する重力補償部とを有する重力補償冶具である。また、本発明は、この重力補償冶具を備えた形状測定装置を有する鋼板の形状矯正装置である。
【００２２】
本発明の重力補償冶具とは、形状測定装置の重力補償を行う冶具である。本発明は、例えば、製鉄所等において、レーザ光源を用いて鋼板の形状測定を行なう形状測定装置に適用することができる。ここでは、一例として、形状測定装置を備えた鋼板の形状矯正装置に本発明を適用する場合について説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
まず、図１および図２を用いて、後述する本発明の重力補償冶具を取り付ける形状測定装置およびこの形状測定装置を備える形状矯正装置について説明する。図１には、本発明の一実施形態である形状測定装置１５を有する鋼板の形状矯正装置１０の全体構成を示す。図２には、図１に示したレーザ光源を備える形状測定装置１５の構成を示す。
【００２４】
図１に示すように、鋼板の形状矯正装置１０（以下、形状矯正装置と称する）は、鋼板Ｓを矯正するプレス機１１、プレス機１１の入側に配設される入側搬送テーブル１３、プレス機１１の出側に配設される出側搬送テーブル１４、入側搬送テーブル１３の側方に配設される形状測定装置１５、制御装置１６およびトラッキング装置１７、１８を有する。入側及び出側搬送テーブル１３、１４には、鋼板Ｓを搬送するための多数のローラが配設されている。形状測定装置１５および制御装置１６は、架台２２の上方に並べて設けられている。トラッキング装置１７、１８は、例えば入側搬送テーブル１３のローラの回転量などを用いて鋼板Ｓの搬送量を求めることにより、鋼板Ｓの位置の検出を行う。
【００２５】
形状矯正装置１０は、圧延工程などで生じた鋼板の反りや歪などの形状不良を取り除くために、プレス機１１の加圧ラム１２で鋼板Ｓを上から加圧し、鋼板Ｓに曲げモーメントを作用させる。これにより、形状矯正装置１０は、鋼板形状の矯正を行う。この際、制御装置１６は、適切な矯正ができるように、形状測定装置１５によって測定された鋼板Ｓの形状に基づいて、プレス機１１および入側及び出側の搬送テーブル１３、１４を制御する。
【００２６】
形状測定装置１５は、図２に示すように、レーザ光源１９、回転台２０、ガルバノミラー２１を有する。レーザ光源１９は回転台２０に搭載され、レーザ光源１９のレーザ出射口に対向してガルバノミラー２１が配設される。本発明の形状測定装置１５では、回転台２０の回転軸は、図示しない搬送テーブル１３、１４上を搬送される鋼板表面に対して水平となる。ガルバノミラー２１の回転軸は、回転台２０の回転軸に対して直交する。すなわち、形状測定装置１５は、測定対象である鋼板Ｓの表面に水平となるように横置きされる。
【００２７】
レーザ光源１９からのレーザ光は、ガルバノミラー２１を回転させることにより、主として鋼板Ｓの幅方向（すなわち、図１中に両矢印で示した搬送方向と直交する方向）に偏光する。ガルバノミラー２１から偏光されるレーザ光は、回転台２０を回転させることにより、主として鋼板Ｓの長手方向（すなわち、上記搬送方向）に走査する。形状測定装置１５は、鋼板Ｓの偏光および走査範囲内における、レーザ光の反射位置（すなわち検出点）までの距離をそれぞれ検出し、検出された距離データの点群データから鋼板Ｓの長さ、幅、厚さなどの形状を計測する。なお、距離データの検出には、例えば公知の位相差法を用いることができる。
【００２８】
上述したように、一般的な鋼板の形状矯正装置では、形状測定装置の回転台の回転軸は、測定対象である鋼板Ｓの表面に対して垂直、すなわち回転台が架台に逆さ吊りとなるように配設する。しかし、本発明では、測定精度を向上させる観点より、形状測定装置１５の回転台２０の回転軸は測定対象である鋼板Ｓの表面に対して水平に配設する。このように配設したことにより、形状測定装置１５の自重で回転動作不良の影響が生じたため、この影響を補償することが重要となる。そこで、本発明では、形状測定装置１５の回転動作不良のリスクを低減することができる重力補償冶具を完成させた。
【００２９】
以下に、図３〜図５を用いて、本発明の重力補償冶具について説明する。図３〜図５には、図２に示した形状測定装置１５を重力補償冶具１で固定した状態を説明する側面図を示す。なお、形状測定装置１５は、架台２２に対して横置きに設置している。
【００３０】
図３〜図５に示すように、本発明の重量補償冶具１は、測定装置固定部２、回転機構部３、支持はり部４、重力補償部５により構成される。
【００３１】
測定装置固定部２とは、形状測定装置１５の筐体を囲むように挟み込むことで固定するものである。測定装置固定部２は、例えば側面視でコの字状に形成される。
【００３２】
回転機構部３とは、測定装置固定部２を形状測定装置１５の回転方向に回転させるものである。回転機構部３は、重力補償冶具１を形状測定装置１５に取付けた状態で、測定装置固定部２と形状測定装置１５の間に位置するように設ける。回転機構部３により、測定装置固定部２と形状測定装置１５の回転を同期させることができる。回転機構部３として、例えば、ベアリング、ブッシュ（すべり軸受）等を用いることができる。
【００３３】
なお、回転機構部３は、測定される鋼板Ｓの表面に対して水平に設置するとよい。また、回転機構部３は、形状測定装置１５のレーザ光源の光路から外れる（光路に重ならない）ように設けることが好ましい。これにより、形状測定装置の走査範囲が狭くなることを防止し、鋼板Ｓを置く位置を制限することなく測定が可能となる。
【００３４】
支持はり部４とは、回転機構部３を支持するものである。支持はり部４は、形状測定装置１５の重心位置の上方に配設され、回転機構部３を介して測定装置固定部２と接続される。
【００３５】
重力補償部５とは、形状測定装置１５の自重により支持はり部４が受ける負荷を補償するものである。重力補償部５として、例えば、定荷重バネなどの弾性部材、滑車と重りなどを用いたカウンターウェイト、モーターでの吊り上げなどのいずれかを用いることができる。
【００３６】
上記した構成を有する重力補償冶具１は、形状測定装置１５の本体（筐体）を測定装置固定部２で挟み込むことで固定し、測定装置固定部２と形状測定装置１５が同期できるように回転機構部３（例えばベアリング）を接続する。このとき、ベアリング３は測定装置固定部２とは別に、形状測定装置１５の重心位置の上部に延ばした支持はり部４と繋がっている。支持はり部４と形状測定装置１５を取り付けた架台２２とは重力補償部５（例えば定荷重バネ）で接続されることで、形状測定装置１５の自重によって回転台２０の回転軸にかかる負荷を低減することができる。
【００３７】
なお、図３では、重力補償冶具１と形状測定装置１５を取り付けている架台２２とを接続する重力補償部５として、定荷重バネを用いた場合を示したが、本発明はこの実施形態に限るものでなく、重力を補償できる機構であれば良い。例えば、定荷重バネに替えて、図４に示すようにモーターでの吊り上げを用いて接続する場合や、図５に示すように滑車と重りを用いて接続する場合が挙げられる。なお、図３〜図５に示した太矢印は、形状測定装置の自重によるモーメントを解消する力を示す。
【００３８】
次に、本発明の鋼板の形状矯正装置について説明する。
【００３９】
本発明は、製鉄所等における鋼板の形状を矯正する形状矯正装置に適用できる。なお、上述のとおり、形状矯正装置１０については図１、２を用いて説明しているため、ここでは詳細の説明は省略する。
【００４０】
本発明の鋼板の形状矯正装置１０は、上述した重力補償冶具１を備えた形状測定装置１５を備えており、圧延工程後に鋼板に生じた形状不良を矯正する装置である。形状矯正装置１０は、入側搬送テーブル１３の側方に設けた形状測定装置１５に、上述した図３〜図５の構成を有する重力補償冶具１のいずれかを備えていればよい。これにより、形状測定装置１５の回転軸にかかる重力モーメントを低減できる。
【００４１】
本発明の鋼板の形状矯正装置１０は、例えば、重力補償冶具１を取り付けた形状測定装置１５により、入側搬送テーブル１３上の鋼板Ｓを走査し、圧延工程後の鋼板Ｓの形状を測定する。測定された鋼板Ｓの形状に基づいて、鋼板の反りなどの形状不良を取り除く必要があるときには、プレス機１１の加圧ラム１２で鋼板Ｓを上から加圧し、鋼板Ｓに曲げモーメントを作用させて、鋼板形状の矯正を行う。
【００４２】
以上説明したように、本発明によれば、形状測定装置１５の自重を重力補償冶具１によって補償することで、形状測定装置１５の回転台２０の回転軸を測定対象の鋼板Ｓの表面と水平に設置した際に発生する回転軸の負荷が低減される。これにより、回転動作不良のリスクを低減することができるようになる。
【００４３】
また、本発明の重量補償冶具１により、レーザ光源１９を用いた鋼板の形状測定装置１５における測定精度が良い設置向き、すなわち、鋼板表面と測定装置の回転軸を水平に設置したときの形状測定装置１５の重力を補償することで、回転動作不良のリスクを低減する。これにより、回転速度が安定するため、形状測定装置１５の測定精度が向上する。
【００４４】
さらに、本発明の重力補償冶具１を備えた形状測定装置１５を鋼板の形状の矯正を行う鋼板の形状矯正装置１０に適用することで、適正な鋼板形状に基づいて鋼板を矯正することが可能となる。これにより、矯正効果も向上する。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例に基づいて本発明を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。
【００４６】
本実施例では、製鉄所のプレス矯正の設備において、公知の方法で圧延等された圧延工程後の鋼板Ｓを用いて形状測定および形状矯正を行った。
【００４７】
本発明例として、上述した図３の重力補償冶具１を取り付けた形状測定装置１５を備えた形状矯正装置１０を用いて、鋼板Ｓの形状測定および形状矯正を行った。なお、形状測定装置１５は、図２に示すように、架台２２に対して横置きとなるように設置した。
【００４８】
一方、従来例（比較例）として、形状測定装置１５を備えた形状矯正装置１０を用いて、鋼板Ｓの形状測定および形状矯正を行った。従来例では、本発明の重力補償冶具１は用いずにこれらの作業を行った。なお、形状測定装置１５は、架台２２に対して横置きとなるように設置した。
【００４９】
ここでは、各形状測定装置１５に旋回異常が発生するか否かを調べた。その結果を図６に示す。図６（ａ）は、重力補償冶具１を用いずに形状測定を行なった場合（従来例の場合）の旋回角制御の様子を示すグラフであり、図６（ｂ）は、重力補償冶具１を用いて形状測定を行なった場合（本発明例の場合）の旋回角制御の様子を示すグラフである。図６において、横軸はデータ収集点（単位：点）であり、縦軸は収集点数毎の旋回した角度（単位：rad）である。
【００５０】
図６に示したように、本発明例（図６（ｂ）を参照）の場合には旋回角制御異常が発生しなかったのに対し、従来例（図６（ａ）を参照）の場合には旋回角制御異常が発生した。図６（ａ）に示す例では、データ収集点が０〜４００の間で特に測定異常および制御異常が発生していた。これは、形状測定装置１５の自重により、旋回軸にスラスト力およびモーメントが作用したことに起因していた。なお、正常時は一定の誤差を含みながら一定範囲内で動作していることがわかった。
【００５１】
以上より、本発明によれば、レーザ光源を用いた鋼板の形状測定装置に重力補償冶具を備えることにより、レーザ光源を用いた鋼板の測定装置において測定精度が良い設置向き（鋼板表面と測定装置の回転軸が水平）での測定装置の重力を補償することが可能となる。その結果、回転動作不良のリスクを低減できるようになることがわかった。
【符号の説明】
【００５２】
１      重力補償冶具
２      測定装置固定部
３      回転機構部
４      支持はり部
５      重力補償部
１０    形状矯正装置
１１    プレス機
１２    加圧ラム
１３    入側搬送テーブル
１４    出側搬送テーブル
１５    形状測定装置
１６    制御装置
１７、１８    トラッキング装置
１９    レーザ光源
２０    回転台
２１    ガルバノミラー
２２    架台
Ｓ      鋼板
【図１】
2020041844.tif 000005
【図２】
2020041844.tif 000006
【図３】
2020041844.tif 000007
【図４】
2020041844.tif 000008
【図５】
2020041844.tif 000009
【図６】
2020041844.tif 000010
【図７】
2020041844.tif 000011