(57)【要約】【課題】レーザ距離計を用いて形鋼の断面形状や寸法を測定する形鋼の寸法測定方法において、安価に精度の高い形鋼の寸法測定方法を提供することを目的とする。【解決手段】レーザ距離計走行方向に対して垂直に設置した校正片上をレーザ距離計で走査し、リニアリティー校正データおよび／または傾斜角度校正データに基づいて、形鋼の寸法測定データを補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ距離計を用いて形鋼の断面形状や寸法を測定する形鋼の寸法測定方法において、
レーザ距離計走行方向に対して垂直に設置した校正片上をレーザ距離計で走査し、リニアリティー校正データおよび／または傾斜角度校正データに基づいて、形鋼の寸法測定データを補正することを特徴とする形鋼の寸法測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の形鋼の寸法測定方法において、
前記リニアリティー校正データまたは前記傾斜角度校正データの作成にあたっては、定寸ピッチで間欠的にまたは連続的にレーザ距離計で走査したデータを使用することを特徴とする形鋼の寸法測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の形鋼の寸法測定方法において、
前記リニアリティー校正データまたは前記傾斜角度校正データは、テーブルまたは関数の形で保持することを特徴とする形鋼の寸法測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形鋼の寸法測定方法に関し、特に、レーザ距離計を用いて形鋼の断面形状
や寸法を高精度で測定する形鋼の寸法測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
形鋼の内、例えばＨ形鋼では、ウエブ厚、ウエブ高さ、フランジ厚、フランジ幅、脚長、中心偏りなど、品質管理上必要とされる製品寸法精度を確保するために、製品や圧延中間品の寸法や形状を測定し、この測定データを基に圧延条件を調整することが行われている。
【０００３】
そして、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼などのいわゆる形鋼の断面輪郭を規定する、いくつかの諸元寸法を測定する形鋼寸法測定装置として、例えば特許文献１に開示されているレーザ距離計が一般に使われている。レーザ距離計は、レーザ光の投光器と受光器とを組み合わせた三角測量機能を有する計器であり、計器原点から所定の計測方向線上の被測点（測定対象物におけるレーザ光の到達点）までの距離（計測距離）を計測・出力する。被測点が測定対象物を走査するようにレーザ距離計を走行させることを、「レーザ距離計で走査する」という。
【０００４】
レーザ距離計を用いて形鋼の寸法を精度よく測定する方法としては、これまで以下の方法がある。
（ａ）目標精度に見合った特注レーザ距離計距離計の使用する方法
（ｂ）検出温度を用いて測定データを補正する方法（特許文献２）
（ｃ）遠点・近点の２点近似校正方法（特許文献３）
上記（ａ）の方法は、特注レーザ距離計距離計として、ビーム径・ビームウエスト（強度調整）・レンズおよび受光素子（CCD）の光学系の調整を施したレーザ距離計距離計を使用する方法である。また、上記（ｂ）の方法は、検出温度を用いて、測定環境温度の変動によるレーザ距離計の計測距離の誤差を測定中に補正できるようにした方法である。さらに、上記（ｃ）の方法は、レーザ距離計距離計測定範囲の近い距離と遠い距離の２点校正データにより、直線近似する方法である。
【特許文献１】特開平８−３２７３２９号公報
【特許文献２】特開２０００−７４６３２号公報
【特許文献３】特開平１０−２３９０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記（ａ）目標精度に見合った特注レーザ距離計距離計の使用する方法は、レーザ距離計距離計本体が高額となるという問題がある。汎用型レーザ距離計距離計と比較すると、およそ７倍である。レーザ距離計距離計を複数台使用すると、装置本体の費用が増大してしまうという問題がある。
【０００６】
また、上記（ｂ）検出温度を用いて測定データを補正する方法（特許文献２）では、測定環境温度の変動によるレーザ距離計の計測距離の誤差は補正できるものの、その他の誤差については補正ができない。
【０００７】
さらに、上記（ｃ）遠点・近点の２点近似校正方法（特許文献３）では、中間距離データのリニアリティー（直線性）が正確に校正できず、これが寸法測定の誤差となるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、上記問題を解決し、安価に精度の高い形鋼の寸法測定方法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】
【０００９】
本発明の請求項１に係る発明は、レーザ距離計を用いて形鋼の断面形状や寸法を測定する形鋼の寸法測定方法において、レーザ距離計走行方向に対して垂直に設置した校正片上をレーザ距離計で走査し、リニアリティー校正データおよび／または傾斜角度校正データに基づいて、形鋼の寸法測定データを補正することを特徴とする形鋼の寸法測定方法である。
【００１０】
また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の形鋼の寸法測定方法において、前記リニアリティー校正データまたは前記傾斜角度校正データの作成にあたっては、定寸ピッチで間欠的にまたは連続的にレーザ距離計で走査したデータを使用することを特徴とする形鋼の寸法測定方法である。
【００１１】
さらに本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の形鋼の寸法測定方法において、前記リニアリティー校正データまたは前記傾斜角度校正データは、テーブルまたは関数の形で保持することを特徴とする形鋼の寸法測定方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、リニアリティー校正データおよび／または傾斜角度校正データに基づいて、形鋼の寸法測定データを補正するようにしたので、高精度な形鋼の断面プロフィールを求めることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図1は、本発明を実施するための装置例の概要を示す図である。図中、１は校正片、２ａ〜ｆはレーザ距離計、３はCフレーム、４はCフレーム走行用機構、５はCフレーム高さ設定機構、６は距離計高さ設定機構、および７はＨ形鋼をそれぞれ表している。
【００１４】
レーザ距離計２ａ〜２ｆは、校正片１とＨ形鋼７を上下左右から挟むように上下左右45°と上下90°の計6台配置する。材サイズに応じてレーザ距離計の測定範囲を変化させる距離計高さ設定機構６を有している。なお、上下左右45°の距離計配置で材の距離測定が可能な場合は4台でも構わない。Cフレーム３は、レーザ距離計２ａ〜２ｆを搭載し、サーボモータ等のCフレーム走行用機構４で走行・移動できるとともに、Cフレーム高さ設定機構５によりフレーム高さを変化できる構造になっている。また、レーザ距離計を搭載するCフレーム３は左右分離型でも構わない。その場合は、校正片１は左右それぞれに必要である。
【００１５】
図２は、図１に示した装置を用いた測定概要を示す図である。材停止中において、材上にレーザ距離計を走査させ、測定毎に校正片と材を同時に測定する。距離データ(L)・距離計の傾斜角(θ)・距離計の走査中の位置データ(M)より三角測量の原理を用いて、校正片と材の断面プロフィールを求める。校正片の断面プロフィールを復元することで、各レーザ距離計より得られる断片的な材の断面プロフィールを合成するものである。 
【００１６】
図３〜図６を用いて、校正片を用いた校正方法つまりリニアリティー校正データの求め方を、以下に示す。
（１）レーザ距離計走行方向に対し、取り付け角度が直角となるように寸法が既知である校正片を設置する。
（２）レーザ距離計の傾斜角は 45°±△θ1 とする。△θ1は距離計の取り付け誤差を表す。
（３）レーザ距離計を定寸ピッチで校正片上を走査させる。すなわち、レーザ距離計を搭載したＣフレームを定寸ピッチ走行後停止させ、レーザ距離計で距離データをサンプリングする。この際、走行の基準となる位置（M1）を定める（図３）。なお、定寸ピッチ毎の間欠計測の例を説明したが、Ｃフレーム走行させながら同時にレーザ距離計による距離計測を行う連続計測を行っても構わない。
（４）M1を基点とし、任意の位置(M2)における距離データ(L2)で考える。以下の（１）式で示すように距離データは、真値・（距離計単体での）リニアリティー誤差・距離計傾斜角（45°±△θ1）による誤差の加算と考えることができる。
【００１７】
L2 = Lo2 + L21 + L22   ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（1）
ここで、L2    ：  測定データ（観測データ）
Lo2    ：  真値（未知）
L21    ：  （距離計単体での）リニアリティー誤差
L22    ：  距離計傾斜角（45°±△θ1）による誤差
（５）真値は、サーボモータの走行量を正とし、距離計傾斜角45°の距離データに換算する。
【００１８】
Lo2 = （ M2 - M1 ） / cos45°  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（2）
（６）距離データ全体のリニアリティー誤差△Lは、 （距離計単体での）リニアリティー誤差・距離計傾斜角（45°±△θ1）による誤差の加算と考えることができる（（４）式および図４）。
【００１９】
△L = L2 - Lo2    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（3）
= （ Lo2 + L21 + L22 ） - Lo2
= L21 + L22   ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（4）
（７）上記より、定寸ピッチ毎に距離データ全体のリニアリティー誤差（△L）を求めることで、高精度なリニアリティー校正データを得ることができる。また、定寸ピッチ毎に複数の距離データをサンプリングし、異常値の除去・平均処理を施すことで、距離データのばらつきを軽減させることができる。（図５）さらに、測定範囲全体のリニアリティー校正データを任意範囲で移動平均することで、ばらつき軽減も可能となる（図６）。
（８）測定範囲全体のリニアリティー校正データをテーブル化する。テーブルは測定データ（L2）と距離データ全体のリニアリティー誤差（△L）の関係となる。なお、ここでの例では、測定データ（L2）と距離データ全体のリニアリティー誤差（△L）との関係をテーブルという形で求めているが、これに限られるものでなく、近似関数形など種々適宜な形式で関係を表すものでも構わない。
【００２０】
以上、リニアリティー校正方法つまりリニアリティー校正データの求め方を説明したが、次に求めたリニアリティー校正データを用いて実材測定の距離データを補正する方法を説明する。
（９）レーザ距離計を移動させながら、校正片と実材を測定する（図７）。
（１０）サンプリングした距離データの全てについて、リニアリティー校正データで補正する。ここで、先に求めたリニアリティー校正テーブルを使用する（図８）。
【００２１】
Lb2 = La2 - { ( △L2 - △L1 ) / ( L22 - L21 ) } × ( La2 - L21 )  +  L21  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（5）
ここで、La2   ：  距離データ（観測データ）
Lb2   ：  リニアリティー補正後の距離データ
△Lｎ  ：  リニアリティー校正データ（誤差）（n：1 距離が短い側、n：2 距離が長い側）
L2ｎ   ：  リニアリティー校正データ（距離）（n：1 距離が短い側、n：2 距離が長い側）
上記により、実材および校正片の距離データについて、リニアリティー補正を行うことができる。なお、リニアリティー校正時と実材測定時で傾斜角が変動することも考えられるため、更に以下の処理を施し傾斜角の補正を行う。
（１１）リニアリティー校正片の垂直面データを抽出し、距離データ(L)と位置データ(M)より傾斜角度（θa2）を求める（図９）。
【００２２】
θa2 = cos-1 ( ( Ma2 - Ma1 ) / ( Lb1 - Lb2 ) )   ・・・・・・・・・・（6）
ここで、Lbｎ   ：  リニアリティー校正後の距離データ（n：1 距離が長い側、n：2 距離が短い側）
Maｎ   ：  位置データ（n：1 距離が長い側、n：2 距離が短い側）
（１２）求めた傾斜角度（θa2）と位置データ（Ｍ）より、傾斜角度誤差（つまり傾斜角の違いによる距離データの差）を求める（（7）式の1項）。傾斜角度誤差は、リニアリティー校正時の傾斜角と実材測定時の傾斜角の違いを表す。
（１３）傾斜角度誤差と真の距離データ（（7）式の2項）と差を求め、校正量（△L）を求め傾斜角度校正データとする（図１０）。そして、求めた傾斜角度校正データを、リニアリティー校正データと同様にテーブル化する。（傾斜角度校正テーブル）
△L = M / cos(θa2)  - M / cos 45°  ・・・・・・・（7）
（１４）再度、サンプリング毎に距離データを補正する。補正は傾斜角度校正テーブルを用いて、補間処理する。
【００２３】
Lc2 = Lb2 - △L2
Lb2   ：  リニアリティー補正後の距離データ
Lc2   ：  傾斜角度校正後の距離データ
△L2  ：  傾斜角度校正テーブルの校正量
（１５）再度、プロフィール校正片の垂直面データより、傾斜角度（θ’a2）を求める。
【００２４】
θ’a2 = cos-1 ( ( Ma2 - Ma1 ) / ( Lc1 - Lc2 ) )    
= cos-1 ( ( Ma2 - Ma1 ) / ( Lb1 - △Lb1 - Lb2 - △Lb1 ) )  ・・・・（8）
△L1・△L2   ：  傾斜角度校正テーブルの校正量
（１６）材測定時の全ての距離データに関して、校正テーブルと傾斜角度校正テーブルを用いて補正を行い、また、再算出した傾斜角度を用いて2次元座標（ｘ、ｙ）に展開する。
【００２５】
x = M + ( Lb±△L2 ) ・cos（θ’a2 ）    ・・・・・・・・・・（9）
ｙ = ( Lb±△L2 ) ・sin （θ’a2 ）  ・・・・・・・・・・（10）
Lb  ：  リニアリティー補正後の材測定時の距離データ
（１７）上記の処理により、距離データ全体のリニアリティー誤差（△L）を補正した距離データで、高精度な断面プロフィールを求めることができる。
【実施例】
【００２６】
図１に示す装置を用いた本発明の実施例を以下に示す。使用したレーザ距離計は、測定範囲250〜450mmのものであり、校正片仕様は、高さ260mm、幅50mm、およびワイヤカット面の表面性状を有するものである。定寸ピッチは0.5mmであり、サーボモータの走行移動量の誤差は0.01mm以下である。
今回、リニアリティー校正データの10回測定でのばらつきは0.032mmであり、移動平均処理を行った最終的なリニアリティー校正データは、図６に示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を実施するための装置例の概要を示す図である。
【図２】図１に示した装置を用いた測定概要を示す図である。
【図３】リニアリティー校正の概要を示す図である。
【図４】リニアリティー校正片測定時の真値と測定データの関係を示す図である。
【図５】リニアリティー校正結果（距離値と誤差との関係）を示す図である。
【図６】移動平均後のリニアリティー校正結果（距離値と誤差との関係）を示す図である。
【図７】実材測定の概要を示す図である。
【図８】リニアリティー誤差と測定データの関係を示す図である。
【図９】距離計傾斜角の求め方概要を示す図である。
【図１０】リニアリティー校正片測定時の真値と測定データの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１          校正片
２ａ〜ｆ    レーザ距離計
３          Cフレーム
４          Cフレーム走行用機構
５          Cフレーム高さ設定機構
６          距離計高さ設定機構
７          Ｈ形鋼
【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】
2006275919.tif 000010
【図９】
2006275919.tif 000011
【図１０】
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