(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケルプを円形断面の電縫鋼管に成形し次いで角鋼管にリシェイピングするに当たり、リシェイピング直後の角鋼管の４個の隅角部の曲率をオンラインで連続測定し、測定した曲率が許容限界内になるようにリシェイピングロールを調整することを特徴とする角鋼管の成型方法。
【請求項２】
角鋼管製造ラインの出側に配設され角鋼管の隅角部のプロフィールを測定するプロフィール測定装置と、測定値を解析して曲率を演算する演算装置と、演算結果に基づきすべての隅角部の曲率が設定曲率に一致するようにリシェイピングロールの関係位置を調節する自動位置調整装置とを備えたことを特徴とする角鋼管の成型装置。
【請求項３】
前記プロフィール測定装置は、１又は複数台の２次元レーザ距離計と、該レーザ距離計の測距離方向への前後進機構と、該レーザ距離計の光軸を測定方向に一致させる回動フレームと、該回動フレームを回動自在にその周囲を支持する内フレームと、該内フレームを包囲し、前記回動フレーム中心を角コラムの中心に合わせる昇降ジャッキを備えた外フレームとを備えたことを特徴とする請求項２記載の角鋼管の成型装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電縫鋼管をサイジングして角鋼管を製造する、角鋼管の成型方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電縫鋼管製造ラインに角鋼管成形装置を連接したラインでは、スケルプを曲げ成形して円形素管とし、シーム溶接し、スクイズロール、サイザロールで円形の電縫鋼管を形成、この電縫鋼管をリシェイピングロールによって順次角形に成形して角鋼管とし、ラインから送出する。図１０はこのようなラインを示すものでスケルプ１００は成形工程１０１で断面ほぼ円形に曲げ加工され溶接工程１０２でシーム部を溶接して円形管となり、冷間成形工程１０３で角形断面に成形され切断工程１０４で切断されて角鋼管１０５となる。
【０００３】
従来このようにして成形された角鋼管１０５の形状は、図１１に示すように、各隅角部１０６の外面に１ｍｍ単位で径の異なる１／４円周ゲージ１０７を当てて作業員が観察する測定によって検出されていた。図１１中１０８は補強板である。測定される角鋼管はサイズが２５０〜５５０ｍｍ角、板厚６〜２２ｍｍである。図１２は図１１のＸ部拡大図である。円周ゲージ１０７による隅角部１０６の測定は曲率半径Ｒの中心角で６５度の範囲を測定していた。この測定は円周ゲージ１０７を押し当てて行うため、ライン停止が必要であり、ラインの稼働率低下を生じ、ライン停止による歩止り低下が問題になっていた。また円周ゲージ１０７は例えば１ｍｍピッチで段階的に作られているので、その中間の値は測定者の目分量で判定されるため、個人差が出やすく、測定精度が悪く、手間がかかるものであった。角鋼管の隅角部の形状を精度よく成形し、精度のよい角鋼管を安定的に製造するには隅角部形状の測定を高頻度で行う必要がある。また、その測定結果に基づく冷間成形工程におけるリシェイピングロールの調整は、従来、オペレータの技術に頼っており、数値化されていないので、標準化された適正な調整を短時間に行うことは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
スケルプを円形断面の電縫鋼管に成形し次いで角鋼管にリシェイピングするラインでは、電縫鋼円周に４個のロールを配設した複数連のリシェイピングロールで円形の電縫鋼管を順次角形に形成する。このリシェイピングロールの４個のロールは角鋼管を四方から押圧し角鋼管の外周に４面の平面を形成する。この４面は互いに隣接する部分に４つの隅角部の弧状部を形成する。従って、４つの隅角部に弧状部の曲率が同一となるようにリシェイピングロールの微妙な調整を必要とする。
【０００５】
本発明はスケルプを円形断面の電縫鋼管に成形し次いで角鋼管にリシェイピングするラインにおいて、角鋼管の隅角部のプロフィールをオンラインで正確に測定し、この測定に基いて形状精度の高い角鋼管を製造する角鋼管の成型方法及び装置を開発し、これを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、次の技術手段を講じたことを特徴とするものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、スケルプを円形断面の電縫鋼管に成形し次いで角鋼管にリシェイピングするに当たり、リシェイピング直後の角鋼管の４個の隅角部の曲率をオンラインで連続測定し、測定した曲率が許容限界内になるようにリシェイピングロールを調整することを特徴とする角鋼管の成型方法である。前記測定値は曲率の中心角が例えば６５度である値とし許容限界と比較することとすれば好適である。
【０００８】
本発明では、４個の隅角部の曲率を測定し、これが許容値内に入るようにリシェイピングロールをフィードバック制御する。フィードバック制御はリシェイピングロールの位置と測定値との関係を学習させ自動制御とすることもできる。なお、各隅角部の形状を隅角部の中央で２つに分けて、分割された２つの曲率を求め、この２つの曲率が一様になるようにリシェイピングロールを調整すると、さらに高精度の角鋼管を製造することができ好ましい。
【０００９】
上記本発明方法を好適に実施することができる本発明の装置は、角鋼管製造ラインの出側に配設され角鋼管の隅角部のプロフィールを測定する測定装置と、測定値を解析して曲率を演算する演算装置と、演算結果に基づきすべての隅角部の曲率が設定曲率に一致するようにリシェイピングロールの関係位置を調節する自動位置調整装置とを備えたことを特徴とする角鋼管の成型装置である。
【００１０】
また、前記プロフィール測定装置は、１又は複数台の２次元レーザ距離計と、レーザ距離計の測距離方向への前後進機構と、レーザ距離計の光軸を測定方向に一致させる回動フレームと、回動フレームを回動自在にその周囲を支持する内フレームと、内フレームを包囲し、前記回動フレーム中心を角コラムの中心に合わせる昇降ジャッキを備えた外フレームとを備えると自動的な測定が容易に可能となり好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施例の角鋼管の成型方法を示すフローチャートである。
【００１２】
角鋼管９はプロフィール測定装置３０によって外形のプロフィールを測定される。測定データはコンピュータ（演算装置）１に入力され、ここで角鋼管の４つの隅角部の曲率を演算する。ディスプレイ２は４つの隅角部の形状を示している。演算されたデータはプリンタ３でプリントアウトされ、また、記録媒体４に記録される。
【００１３】
コンピュータ１で数値化された隅角部の曲率のデータはプロセスコンピュータ５に送られる。プロセスコンピュータ５はこれらのデータを基準値の曲率と比較し、その偏差がゼロとなるように制御信号８を出力し、リシェイピングロールの４個のロール２１の関係位置を制御する。ロール２１の位置調整は必要に応じてそれぞれ矢印２２、２３方向に移動させることによって行う。上記制御信号８に基づくリシェイピングロールの各スタンドのロール２１の位置調整の結果をプロフィール測定装置３０が検出してそのデータをコンピュータ１に入力し、プロセスコンピュータ５にフィードバックする。プロセスコンピュータ５は記憶装置６にデータを入出力し、記憶装置６はロール２１の位置調整による影響を他の造管条件、例えば鋼管の寸法、ロール設定精度、シームねじれ、シャーカットの有無、素材の特性、ミル中心の偏り、ロールカルバリなどの条件と共に学習記憶する。その後、学習したデータを利用して精度の高い制御を行うことができる。また、コンピュータ１及びプロセスコンピュータ５は、プロフィール測定装置３０を適切なタイミングで回動させて測定を行うようにシーケンサ７を制御する。
【００１４】
図２はプロフィール測定装置３０の例を示すもので、プロフィール測定装置３０はプロフィールを測定すべき角鋼管９の外周を包囲する回動フレーム３１、内フレーム４１、外フレーム５１から構成されている。外フレーム５１は、縦横フレーム５２、５３を四角形に組み、オンラインオフライン用車輪５４を備えると共に内フレーム４１をジャッキ５５で吊下げ、内フレーム４１の側面を４個のガイドロール５７で支持している。ジャッキ５５は高さ設定モータ５６によって内フレーム４１を上下動させる。これらのオンラインオフライン用車輪５４、ジャッキ５５、ガイドロール５７によって、プロフィール測定装置３０の中心を角鋼管の中心と一致させる。
【００１５】
内フレーム４１は横フレーム４２、縦フレーム４３から成り、外フレームにジャッキ５５で吊下げられて上下動する。内フレーム４１は４個のサポートロール４４を備え、回動フレーム３１の外周を回動自在に支持する。
【００１６】
回動フレーム３１はリングフレーム３２、リブ３３を備えた円形フレームで、４個のサポートロール４４によって外周を支持され回動自在に構成されている。回動フレーム３１に１台又は複数台のレーザ距離計３４が取りつけられている。レーザ距離形３４はリニアウエイ（直動機構）３５を介して軸心を半径方向に一致させて取付けられている。リニアウエイ３５はレーザ距離計３４を半径方向に移動させ、角鋼管９とレーザ距離計３４との距離を調節する。リニアウエイ３５は角鋼管のサイズに応じて角鋼管の隅角部がレーザ距離形３４の測定範囲に入るようにする。
【００１７】
回動フレーム３１はサーボモータ３６によって駆動されるピニオン３７によってレーザ距離計３４が角鋼管９の隅角部に対向する位置に合致するように回動される。距離計が１台なら２７０度、２台なら９０度回動させる。
【００１８】
ケーブル３８はレーザ距離計３４の測定データをコンピュータに伝達する。回動フレーム３１はコンピュータ１及びプロセスコンピュータ５からの指示によって信号を出力するシーケンサ７の指令に基づいて回動制御される。
【００１９】
本発明のプロフィール測定装置の作動を図３〜６を用いて詳しく説明する。図４に示すように、レーザ距離形３４はプロフィール測定時に角鋼管９の隅角部に一致する位置に設定される。図３は角鋼管９の隅角部測定部の斜視図である。レーザ距離計３４はその光軸中心（測定範囲の近距離側の１／２幅と遠距離側の１／２幅を通る線）が角鋼管９の直交する２辺に対し４５度の角度、すなわち、隅角部の頂点と隅角部の曲率半径の中心を通る線に一致するか又はこれに対して平行になるように角度設定を行う。光切断法に基づく２次元のレーザ距離形３４は測定範囲６５にスリット状のレーザ光を照射する。ＣＣＤカメラ６１は測定範囲の画像をレンズ６２を通して２次元イメージセンサ６３に結像させる。
【００２０】
このようにしてレーザ距離計３４で角鋼管９の隅角部の距離データをサンプリングし、このデータに基づきコンピュータは幾何学演算によって角鋼管の隅角部の曲率を求める。図５は曲率演算のフローチャートである。まず、データサンプリング７１により例えば１回当たり２４０データを１０回採取する。ついで異常値除去７２を行い、レンズ収差補正７３，台形視野修正７４を経て曲率半径Ｒの中心を演算する。図６はこれを示す説明図である。図６に置いて、測定範囲７７は曲率半径Ｒを含む幅９０ｍｍ、距離０〜６０ｍｍの範囲である。光学中心Ｓｃで測定したデータは丸印で示されており、ほぼ円弧状をなしている。これらの測定値からＹ軸のゼロ点Ｙｏを求め、このＹ軸のゼロ点ＹｏからＸ軸のゼロ点Ｘｏを求める。Ｘ軸のゼロ点Ｘｏは、曲率半径Ｒを通る。ついで、曲率半径Ｒの中心Ｏの中心角６５度の範囲の測定データ（図６中に白丸で示したデータ）を用いて収束計算を行い、曲率半径Ｒを演算する演算工程７６を実行する。
【００２１】
【実施例】
実施例の測定対象は２５０〜５５０ｍｍ角の角鋼管で、板厚は６〜２２ｍｍ、隅角部の曲率半径Ｒは規格によって板厚の２．５倍となっているため、曲率半径Ｒは１５〜５５ｍｍである。レーザ距離計の測定範囲は角鋼管のパスライン変動を考慮して距離方向は６０ｍｍ、幅方向は９０ｍｍとした。また、レーザ距離計を距離測定方向に前進後退移動させるリニアウエイの移動範囲は角鋼管の寸法範囲２５０ｍｍ×６ｍｍ〜５５０ｍｍ×２２ｍｍに対応させるため２３０ｍｍとした。回動フレームの内径は５５０ｍｍ角の角鋼管を通すため、φ９００ｍｍとし、外径はφ１８００ｍｍとした。回動フレームの外側にはチェーンが巻きつけられており、サーボモータによって駆動されるスプロケットを介して回動可能になっている。この実施例ではレーザ距離計は１台を用いることとした。
【００２２】
曲率半径Ｒはレーザ距離計のデータをパソコンに入力し、幾何学的演算によって求めている。曲率半径Ｒを求めるための距離データは、板厚に対応する基準半径から６５度に対応するデータを抽出する方法によって選び出す。抽出した距離データを用い、収束演算法で曲率半径Ｒを求める。
【００２３】
図７は角鋼管９の１つの隅角部を隅角部分割線１０の両側の２つの弧に分けてそれぞれ曲率半径Ｒ１、Ｒ２が一致するようにロール２１ｂを矢印２２方向にシフトさせる状況を示したものである。
【００２４】
図８〜図９は、本発明の一実施例の測定の結果を示すものである。
【００２５】
曲率は１つの隅角部を２つの弧に区分し、それぞれの曲率を演算することとしたので精度が向上し好適である。基準曲率８１に対して、隅角部８２〜８５の実測データは表１に示す通りであった。
【００２６】
【表１】
0003567801.tif 000002
【００２７】
表１から明らかなように、調整後は精度の高い形状制御が達成されている。
【００２８】
【発明の効果】
スケルプを円形断面の電縫鋼管に成形し次いで角鋼管にリシェイピングする角鋼管の成型方法及び装置は以上のように構成されているので、隅角部のプロフィールを自動的に精密に測定し、これを成形工程にフィードバックして角鋼管の形状を正確に成形することができるようになり、寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の角鋼管の成型方法を示すフローチャートである。
【図２】測定装置の正面図である。
【図３】レーザ距離形の測定の説明図である。
【図４】レーザ距離形の位置設定の説明図である。
【図５】曲率演算工程のフローチャートである。
【図６】曲率演算工程のデータ処理の説明図である。
【図７】角鋼管とリシェイピングロールの部分正面図である。
【図８】実施例の説明図である。
【図９】実施例の説明図である。
【図１０】実施例の角鋼管製造工程図である。
【図１１】従来技術の説明図である。
【図１２】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１    コンピュータ
２    デイスプレイ
３    プリンタ
４    記録媒体
５    プロセスコンピュータ
６    記憶装置
７    シーケンサ
８    信号
９    角鋼管
１０    隅角部分割線
２１    ロール
２２    矢印
２３    矢印
３０    プロフィール測定装置
３１    回動フレーム
３２    リングフレーム
３３    リブ
３４    レーザ距離計
３５    リニアウエイ
３６    サーボモータ
３７    ピニオン
３８    ケーブル
４１    内フレーム
４２    横フレーム
４３    縦フレーム
４４    サポートフレーム
５１    外フレーム
５２    縦フレーム
５３    横フレーム
５４    オンラインオフライン車輪
５５    ジャッキ
５６    高さ設定モータ
５７    ガイドロール
６１    ＣＣＤカメラ
６２    レンズ
６３    ２次元イメージセンサ
６４    測定範囲
６５    スリット光線
７１    データサンプリング
７２    異常値除去
７３    レンズ収差補正
７４    台形視野修正
７５    隅角部曲率中心演算
７６    曲率演算
７７    測定範囲
８１    基準曲率
８２，８３，８４，８５    隅角部
１００    スケルブ
１０１    成形工程
１０２    溶接工程
１０３    冷間成形工程
１０４    切断工程
１０５    角鋼管
１０６    隅角部
１０７    円周ゲージ
１０８    補強板
【図１】
0003567801.tif 000003
【図２】
0003567801.tif 000004
【図３】
0003567801.tif 000005
【図４】
0003567801.tif 000006
【図５】
0003567801.tif 000007
【図６】
0003567801.tif 000008
【図７】
0003567801.tif 000009
【図８】
0003567801.tif 000010
【図９】
0003567801.tif 000011
【図１０】
0003567801.tif 000012
【図１１】
0003567801.tif 000013
【図１２】
0003567801.tif 000014