(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の金属板の幅方向中心を互いに合わせる中心合わせ装置と、中心合わせされた金属板の端部を切断するシャー装置と、このシャー装置によって切断された端縁を互いに接合する溶接装置とを供えた金属板接続装置に於いて、
上記中心合わせ装置が、先行金属板及び後行金属板を夫々把持する入側クランプ装置及び出側クランプ装置を有する一対のクランプ装置と、上記シャー装置に設けられて上記両金属板の端部近傍の側縁の位置を検出する画像センサと、この検出情報にもとづいて先行金属板と後行金属板との中心線ずれを演算する演算装置と、この演算された中心線ずれに基づいて上記入側クランプ装置および上記出側クランプ装置の少なくとも一方を上記金属板と共に移動させて、金属板同志の中心を一致させる駆動装置とを備えたことを特徴とする金属板接続装置。
【請求項２】
上記画像センサが、上記金属板の端部近傍の各側縁にそれぞれ対応した位置で、上記シャー装置の上部シャー上に設けられていることを特徴とする請求項１記載の金属板接続装置。
【請求項３】
上記画像センサが、供給されると想定される金属板の側縁の様々な異なる位置に対応して設けられていることを特徴とする請求項２記載の金属板接続装置。
【請求項４】
先行金属板を把持した出側クランプ装置を移動させて、両金属板の中心位置を合致させる特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか記載の金属板接続装置。
【請求項５】
後行金属板を把持した入側クランプ装置を移動させて、両金属板の中心位置を合致させる特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか記載の金属板接続装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は金属板を突合わせるか重ね合わせた後、レーザビーム溶接・アーク溶接・フラッシュ溶接・電子ビーム溶接・シーム溶接法等によって溶接を行って金属板を互いに接続する金属板接続装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にこの種の金属板接続装置においては、一対の金属板同志の板巾方向の中心線合わせを、小さい幅ずれで精度良く、早く、自動的にかつ確実に行うことが必要である。
【０００３】
従来より所望の金属板接続を行うために種々の工夫がなされており、これ等は通板材のセンター合わせ装置を記載している特開昭６１−１３２２６９号公報等に開示されている。図２３には、従来の鉄鋼プロセスラインの代表例が示されている。このラインでコイル状に巻かれた金属板は溶接機７１及びルーパ装置７２を経由して、例えば亜鉛メッキ槽等のプロセスライン処理ゾーン７３を通過して、例えば亜鉛メッキを行っている。コイルとなっていいる１枚の金属板は有限長であるため、先行金属板２の尾端と後行金属板１の先端とを溶接機７１で接続している。ルーパ装置７２は金属板１、２を溶接接続中にため込んでおくもので、溶接中にも金属板は処理ゾーン７３を連続的に流れるように構成されている。
【０００４】
先行金属板２の尾端と後行金属板１の先端の位置関係は図２１に示すようであって、板巾方向のセンターずれが発生することがしばしばある。また図２２に示すように、中心線が平行にならずに互いに角度を持った関係となり、くの字形にずれている場合も多い。このような中心ずれの状態で先行金属板２と後行金属板１とを溶接すると金属板製品の歩留まりが悪くなると共に接続部の継手強度の点で問題が生ずる。
【０００５】
図１８には、従来の金属板接続装置に用いられている金属板のセンター合わせを行う方法が示されている。即ち、この金属板のセンター合わせは、サイドガイドパッド４３、４５、４７、４９をそれぞれのシリンダ４４、４５、４８、５０により先行金属板２及び後行金属板１に押し付けて金属板を移動させてセンター合わせを行うものである。
【０００６】
図１９のものは、フォトセンサ５７、５８を移動させて、金属板の側縁位置を検出して、そのずれ量を演算して金属板を移動させるものである。即ち、フォトトセンサ５７、５８はラック・ピニオン５５およびセンサ駆動用モータ５４によって前進後退させられて先行金属板２および後行金属板１の端部側縁を検出し、フォトトセンサ６１、６２はラック・ピニオン６０およびセンサ駆動用モータ５９によって前進後退させられて先行金属板２および後行金属板１の端部側縁を検出し、その中心ずれ量を演算して駆動用モータ５３、ボールネジ５２、入側クランプ接続バー５１を介して入側クランプ装置１０１を作動させてセンター合わせを行っている。
【０００７】
図２０、図２１に示す従来の中心合わせ装置に於いては、蛍光灯６４、６６の光をフォトセンサ６３、６５が受光した位置を金属板の側縁の位置として光学的に認識させ、中心線のずれ量をコントローラ７０で演算して中心線のずれ量ｅ１、ｅ２を算出する。このようにして演算したずれ量ｅ１、ｅ２に応じた制御量を油圧制御バルブ６９に与え、油圧源６８より供給された油圧がクロスアジャストメント用シリンダ６７に与えられて、後行金属板１を把持した入側クランプ装置１０１が移動してセンター合わせを行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の金属板の中心合わせ装置には次のような欠点があった。
図１８の従来方法に於いては、金属板の側縁部を直接、機械的に押して移動させるため薄板の場合には、腰折れ（座屈）現象が発生してセンター合わせができない。また、この様な機械的サイドガイドを用いる装置は構成上サイズが大きくなって、入側クランプ装置と出側クランプ装置との間に収納できないため、金属板端部から離れた位置に設けられており、図２２に示すように金属板が角度を持って突き合わせされて、くの字となっている場合には、測定位置でずれを無くしても突き合わせ端部近くでは巾ずれ誤差が発生することがある。
【０００９】
図１９の方法に於いては、金属板１あるいは２の端部を検出する時にフォトセンサを移動させるため、板端検出完了までに時間がかかる欠点があった。鉄鋼プロセスラインに於いても、金属板のセンター合わせから溶接完了までの時間が短いことが絶対的な必要条件であるので、この欠点は重大である。
【００１０】
図２０および図２１の方法に於いては、先行金属板２、後行金属板１のずれ量を検出するフォトセンサは、入側クランプ装置及び出側クランプ装置の外側に配置されている。これは、特にフォトセンサの走査機構等の機械的な構成や位置関係を考慮した場合、入側クランプ装置と出側クランプ装置との間に設置する事は困難であったからである。従って、側縁の計測が溶接位置から離れた位置で行われるため、金属板にキャンバがある場合に金属板がライン方向に曲がっている場合も含めて、金属板がくの字になっている場合には、センターずれ量を正確に補正する事ができない。
【００１１】
この発明はこのような従来装置の問題点を解消するためになされたもので、本発明の目的は、溶接部において板巾方向にずれが無く、高品質の継手を短時間にかつ安定して行うことができるコンパクトな金属板接続装置を得ることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、２枚の金属板の幅方向中心を互いに合わせる中心合わせ装置と、中心合わせされた金属板の端部を切断するシャー装置と、このシャー装置によって切断された端縁を互いに接合する溶接装置とを供えた金属板接続装置であって、上記中心合わせ装置が、先行金属板及び後行金属板を夫々把持保持する入側クランプ装置及び出側クランプ装置を有する一対のクランプ装置と、上記シャー装置に設けられて上記両金属板の端部近傍の側縁の位置を検出する画像センサと、この検出情報にもとづいて先行金属板と後行金属板との中心線ずれを演算する演算装置と、この演算された中心線ずれに基づいて上記入側クランプ装置および上記出側クランプ装置の少なくとも一方を上記金属板と共に移動させて、金属板同志の中心を一致させる駆動装置とを備えてなる金属板接続装置が提供される。
【００１３】
また、上記画像センサを、上記金属板の端部近傍の各側縁にそれぞれ対応した位置で、上記シャー装置の上部シャー上に設けることもできる。
【００１４】
また、上記画像センサを、供給されると想定される金属板の側縁の様々な異なる位置に対応して設けることもできる。
【００１５】
更に、先行金属板を把持した出側クランプ装置を移動させて、両金属板の中心位置を合致させることも、あるいは後行金属板を把持した入側クランプ装置を移動させて、両金属板の中心位置を合致させることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下にこの発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、この説明に於いて従来と同一または相当部分には同一の符号を付して行う。
【００１７】
図１乃至図１０は本発明の実施形態１に係る金属板接続装置を示している。まず図１および図２に基づいて全体構成を説明する。図１は全体構成を示す正面図で、図２はその側面図である。金属板接続装置は装置全体を支持しているコモンベース３を備えている。コモンベース３上には、先行金属板２を把持する出側クランプ装置１０２及び後行金属板１を把持する入側クランプ装置１０１が取付けられており、また、コモンベース３上を移動出来るようにキャリッジ４が設けられていて、ギロチンシャー装置１０３とシーム溶接装置１０４はこのキャリジ４に搭載されていて、コモンベース３上を移動できる。
【００１８】
このベース３上に入側クランプ装置のクロスアジャストメントガイド７９、クロスアジャストメント用シリンダ６７が取付けられていて、その上に入側のクランプ移動シリンダ１９及び入側クランプ５が取付けられている。この入側クランプ５は入側クランプ昇降シリンダ１８によって後行金属板１を把持する。出側クランプ６は出側クランプ昇降シリンダ２０によって、先行金属板２を把持する。この出側クランプ装置１０２は先行金属板２を把持した状態で出側クランプ傾動軸２７を支点として出側クランプ傾動シリンダ２１で出側クランプ６は傾動することとなる。一方キャリッジ４は、コモンベース３の上に設置されたキャリッジ移動ガイド７を介して支持されている。このキャリッジ４はボールネジ８及びキャリッジ駆動用モータ９によって移動する。そして下部シャー１１及び上部シャー１０が取付けられている。
【００１９】
下部シャー１１は下部シャー昇降ガイド１２を案内として、下部シャー昇降用シリンダ１３によって昇降する。一方、上部シャー１０は上部シャー昇降ガイド１４を案内として上部シャー昇降用シリンダ１５によって昇降する。このキャリッジ４には、溶接装置１０４も装着されている。つまり、下部シーム電極２２と上部シーム電極２３が夫々取付けられていて、上部シーム電極２３は上部シーム電極昇降ガイド２４を案内として、上部シーム電極昇降シリンダ２５によって昇降する構成となっている。
【００２０】
そして、上部シャー１０にはＣＣＤカメラ（画像センサ）１６，１７が取付けられている。図３、図４はそのＣＣＤカメラ（画像センサ）１６，１７の位置関係を説明する図である。図５はＣＣＤカメラ（画像センサ）の機能について説明するための図である。７４（７５）はＣＣＤカメラ（画像センサ）１６，１７の視野を示し、ＣＣＤカメラ（画像センサ）によって検出した情報はコントローラ７６によって処理され、その信号は油圧制御バルブ７７に与えられ油圧源６８より油圧制御バルブ７７を経てクロスアジャストメント用シリンダ６７に供給され入側クランプ装置１０１に把持された後行金属板１は移動する。
【００２１】
図６は先行金属板２及び後行金属板１とＣＣＤカメラ（画像センサ）１６，１７の位置関係を示し、金属板１，２を切断する前のギロチンシャー装置１０３、と入側クランプ装置１０１、出側クランプ装置１０２の位置関係を示している。図７は先行金属板２及び後行金属板１を切断する時の動作説明図で、まず下部シャー１１が上昇し、しかる後切断工程となる。
【００２２】
図８は金属板１，２を切断後、先行金属板２を傾動させている状態図で、図９は図８の状態で入側クランプ装置１０１をインデックスさせている図である。図１０はこのようにして先行金属板２の尾端と後行金属板１の先端を重ね合わせた後、シーム溶接電極２２，２３によってシーム溶接している状態図である。
【００２３】
次いで動作を説明する。図１に示すように先行金属板２の尾端及び後行金属板１の先端がギロチンシャー装置１０３の中に入ると、両金属板は出側クランプ装置６及び入側クランプ装置５によって把持される。しかる後、図５に示すようにＣＣＤカメラである画像センサ１６、１７によって金属板１、２のＹ方向をスキャンして、先行金属板２および後行金属板１の板巾方向の中心位置ずれを検出する。なお、画像センサによってＹ軸方向にスキャンして最初の板端を検出して座標を求める方法で、濃淡が明るくなる方向の板端を検出するか、暗くなる方向の板端を検出するかは金属板の表面状態や周囲の明るさ等によって選択する。また、先行金属板と後行金属板の中心線を合わせるための方法は絶対位置合わせと相対位置合わせとがあり、或る基準位置に対する側縁の位置を検出して位置合わせをする絶対位置検出の方が望ましいが、相対位置合わせによってもほぼ同等の効果が得られる。
【００２４】
検出後、後行金属板１を移動させて板巾中心位置合わせ（クロスアジャストメント）を行って、ギロチンシャー装置１０３によって両金属板１，２を切断する。（ギロチンシャー切断後にクロスアジャストメントを行っても良い。）また、両金属板の中心位置合わせは、先行金属板を把持した出側クランプ装置を移動させて行っても良いし、後行金属板を把持した入側クランプ装置を移動させて行っても良い。そして、図８に示すように出側のクランプ装置１０２を傾動させて図９に示すように入側クランプ装置１０１を前進（インデックス）させて先行金属板２の尾端と後行金属板１の先端部を重ね合わせる。図１０に示す状態として、図２に示すようにキャリッジ４を左方向に移動させながら溶接する。当然、この時、上部シーム電極２３は下降している。尚、シーム溶接以外は金属板の端面同志を突き合わせることは言うまでもない。図１１はレーザビーム金属板接続装置である。また、画像センサで、物体を認識する時、被検出物とその下方に存在する物体（空間も含む）が同じ色の場合、誤認識する可能性があるが、この場合、はっきりと認識をさせるため下方に被検出物と異なる色の物体を設けるとより安定した高精度の検出が行えることは言うまでもない。
【００２５】
実施の形態２．
図１２および図１３に示すものはこの発明の金属板接続装置に適用できる中心合わせ装置の別の実施形態であり、上部シャー１０に設けられたＣＣＤカメラである画像センサ１６、１７、３０、３１が合計４台、金属板の幅方向に配置されている。このような構成によれば、各画像センサ１６、１７、３０、３１の受け持ち領域が小さくてすむので、金属板の幅が大きく異なる場合あるいは金属板の位置ずれが極めて大きい場合でも、金属板の側縁の検出を迅速かつ確実に行うことができる。
【００２６】
本発明の金属板接続装置の溶接装置としては公知の様々な適当な溶接装置を使用したり変更を加えたりすることができる。例えば、図１４はシーム溶接後にスエージングをかけて溶接部をつぶす方法を示すもので、下部スエージングロール３２に対して、上部スエージングロール昇降ガイド３４を案内して、加圧シリンダ３６によって、上部スエージングロール３３を下降させて溶接部を加圧するものである。図１５はレーザビーム溶接装置を用いたレーザビーム金属板接続装置で、レーザ発振器３６から出たレーザビームはベンドミラー３７によって曲げられて、レーザ加工ヘッド２９に集光されレーザビーム溶接が行われる。３９はレーザ加工ヘッドの昇降シリンダである。図１６はレーザ発振器３６がキャリッジ４以外に配置されている例を示す。図１７はアーク溶接装置でアーク溶接電源４１から溶接トーチ４２に供給されている。アーク溶接としては、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接あるいはプラズマアーク溶接等が使用できる。尚、図示はしてないが、先行金属板２の尾端と後行金属板１の先端とを突き当てて両金属板間にフラッシュ電流を流してフラッシュ溶接する方法を用いても同様の効果が得られる。また電子ビーム溶接装置を用いて溶接することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明した通りこの発明の金属板接続装置に於いては、２枚の金属板の幅方向中心を互いに合わせる中心合わせ装置に設けられて、両金属板の端部近傍の側縁の位置を検出する手段が画像センサであり、この画像センサがシャー装置に取り付けられていて、溶接すべき金属板端部近傍位置にあるので、板ずれ量を一瞬に検出できて処理時間（ダウンタイム）が短縮でき、非接触検出であるため薄板でも板のエッジが曲がってしまう腰折れ現象が発生せず、溶接部において板巾方向にずれが無く高精度の中心合わせができ、高品質の継手を短時間にかつ安定して行うことができ、金属板接続装置がコンパクトにできる。
【００２８】
また、画像センサが、金属板の端部近傍の各側縁にそれぞれ対応した位置で、シャー装置の上部シャーに設けられているので、金属板の両側の側縁を同時に検出することができる。
【００２９】
また、画像センサが、供給されると想定される金属板の側縁の様々な異なる位置に対応して設けられているので、金属板の板幅の変化が大きくともあるいは急激であっても迅速に対応できる。
【００３０】
また、先行金属板を把持した出側あるいは入側クランプ装置を移動させて、両金属板の中心位置を合致させるために移動させるクランプ装置は出側クランプ装置でも入側クランプ装置でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属板接続装置の正面図である。
【図２】本発明の金属板接続装置の側面図である。
【図３】本発明の金属板接続装置の動作原理を示す概略正面図である。
【図４】本発明の金属板接続装置の動作原理を示す概略側面図である。
【図５】本発明の金属板の中心合わせシステムの構成図である。
【図６】中心合わせのための金属板の側縁位置検出工程を示す図である。
【図７】金属板を切断する工程を示す図である。
【図８】金属板を重ね合わせるための準備工程を示す図である。
【図９】金属板を重ね合わせた状態を示す図である。
【図１０】重ね合わせた金属板のシーム溶接を示す図である。
【図１１】突き合わせた金属板のレーザビーム溶接を示す図である。
【図１２】シャー装置に複数個の画像センサを配置した正面図である。
【図１３】シャー装置に複数個の画像センサを配置した側面図である。
【図１４】本発明によるスエージングロール付きシーム溶接装置を示す側面図である。
【図１５】本発明のレーザビーム金属板接続装置を示す側面図である。
【図１６】図１５の金属板接続装置の変形例を示す側面図である。
【図１７】本発明によるアーク溶接金属板接続装置を示す側面図である。
【図１８】従来の金属板接続装置の板センター合わせ装置の説明図である。
【図１９】従来の別の金属板接続装置の板センター合わせ装置の説明図である。
【図２０】従来の金属板接続装置に用いられる板センター合わせ装置を示す概略正面図である。
【図２１】図２０の板センター合わせ装置の概略平面図である。
【図２２】中心線が角度を持った金属板の関係を示す説明図である。
【図２３】鉄鋼プロセスラインの代表例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  後行金属板、２  先行金属板、３  ベース、４  キャリッジ、５  入側クランプ、６  出側クランプ、１０  上部シャー、１１  下部シャー、１６、１７画像センサ（ＣＣＤカメラ）、７６  演算装置、１０３  シャー装置、１０４
溶接装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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