(57)【要約】【課題】作業者の負担や生産性を損なうことなく、鋼板の歪み量及び歪みの位置を適正に評価して、作業者が鋼板の形状の矯正を精度よく行うことを可能とする鋼板の歪み評価方法を提供する。【解決手段】本開示の鋼板の歪み評価方法は、鋼板形状計測装置で鋼板の３次元表面形状データを取得する工程と、前記３次元表面形状データから、鋼板の所定板幅位置における鋼板の長手方向の位置をｘとし、当該位置ｘでの鋼板の高さｙとして、鋼板の表面形状プロファイルとして曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を得る工程と、前記曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を用いて、位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）を所定の条件式（１），（２）の下で求める工程と、を有する。【選択図】図３
2018151222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板形状計測装置で鋼板の３次元表面形状データを取得する工程と、
前記３次元表面形状データから、鋼板の所定板幅位置における鋼板の長手方向の位置をｘとし、当該位置ｘでの鋼板の高さをｙとして、鋼板の表面形状プロファイルとして曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を得る工程と、
前記曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を用いて、位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）を下記の方法で求める工程と、
を有することを特徴とする鋼板の歪み評価方法。
記
Ｌを単位長さとして、以下の式（１）に基づいてδ（ｘ，Ｌ）を求め、
さらに、ｋを０超え１未満の数値として、式（２）に基づいて、複数のｋの値に関してδ（ｘ，ｋＬ）を求め、
得られたδ（ｘ，Ｌ）及び複数のδ（ｘ，ｋＬ）のうち最大値を、前記位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）とする。
【数１】
2018151222.tif 000009
【数２】
2018151222.tif 000010
【請求項２】
複数のｋの値は、０．０５以上０．２以下の間隔で設定する、請求項１に記載の鋼板の歪み評価方法。
【請求項３】
ｋＬの最小値が０．２ｍ以下である、請求項１又は２に記載の鋼板の歪み評価方法。
【請求項４】
鋼板の長手方向の複数の位置ｘについて歪み量δ（ｘ）を求めて、鋼板の長手方向における歪み量プロファイルを得る工程をさらに有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼板の歪み評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の歪み評価方法に関し、特に、圧延工程又は加熱冷却工程において鋼板に発生した歪みを評価する方法に関するものであり、該評価結果をプレス矯正機での形状矯正に用いるのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の製造では、一般に、レベラーと呼ばれる複数のロールを上下に配置し、これらのロールの間に鋼板を搬送することで、製造時に発生した反り、耳波などの形状不良を矯正する。しかし、形状を矯正するのに必要な曲げモーメントは板厚の３乗に比例するため、厚さ４０ｍｍ以上の厚鋼板の場合、レベラーでは形状を矯正しきれない。そのため、厚鋼板に形状不良が発生した場合には、鋼板をラインから外し、所謂オフラインでプレス機を用いて形状矯正を行う。
【０００３】
プレス機による厚鋼板の形状矯正作業では、厚鋼板の表面上の各位置における歪み量を測定し、各位置での歪み量に基づいて、プレス機の加圧ラムによる圧下位置や圧下力を決定する。従来、歪み量の測定は、作業者が鋼板表面上に所定長さのストレッチャー（差し金）をあてがい、ストレッチャーと鋼板表面との隙間の大きさを観察することにより行っていた。歪み量の評価手法としては、ストレッチャーがＱＡ計器として扱われており、この手法で得られる歪み量に基づいて、プレス機での矯正条件を決定すべきものとされている。しかしながら、この方法では、作業者が鋼板表面の多数の位置における歪み量を手作業で調べることになるため、作業者の負担が大きく、生産性の向上を阻害するという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１では、３Ｄスキャナ等の鋼板形状計測装置を用いて、鋼板の３次元表面形状データを取得し、この３次元表面形状データから、鋼板表面上の各位置における歪み量を計算する、鋼板の歪み評価方法が記載されている。具体的には、３次元表面形状データを２階微分することで鋼板の各位置における曲率を算出し、この値を歪み量としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】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】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献１に記載の方法で得た歪み量、すなわち、３次元表面形状データを２階微分した値は、ストレッチャーと鋼板表面との隙間の大きさとして評価した歪み量とはズレが見られることがわかった。すなわち、特許文献１に記載の方法は、プレス機による形状矯正を行う際に用いる歪みの評価手法としては適していないことが判明した。そのため、作業者がストレッチャーで歪み量を実測することなく、すなわち、作業者の負担や生産性の問題を回避しつつ、ストレッチャーで求めた歪み量と極力一致する歪み量の評価手法が求められる。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、作業者の負担や生産性を損なうことなく、鋼板の歪み量及び歪みの位置を適正に評価して、作業者が鋼板の形状の矯正を精度よく行うことを可能とする鋼板の歪み評価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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］鋼板形状計測装置で鋼板の３次元表面形状データを取得する工程と、
前記３次元表面形状データから、鋼板の所定板幅位置における鋼板の長手方向の位置をｘとし、当該位置ｘでの鋼板の高さをｙとして、鋼板の表面形状プロファイルとして曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を得る工程と、
前記曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を用いて、位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）を下記の方法で求める工程と、
を有することを特徴とする鋼板の歪み評価方法。
記
Ｌを単位長さとして、以下の式（１）に基づいてδ（ｘ，Ｌ）を求め、
さらに、ｋを０超え１未満の数値として、式（２）に基づいて、複数のｋの値に関してδ（ｘ，ｋＬ）を求め、
得られたδ（ｘ，Ｌ）及び複数のδ（ｘ，ｋＬ）のうち最大値を、前記位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）とする。
【数１】
2018151222.tif 000003
【数２】
2018151222.tif 000004
【０００９】
［２］複数のｋの値は、０．０５以上０．２以下の間隔で設定する、上記［１］に記載の鋼板の歪み評価方法。
【００１０】
［３］ｋＬの最小値が０．２ｍ以下である、上記［１］又は［２］に記載の鋼板の歪み評価方法。
【００１１】
［４］鋼板の長手方向の複数の位置ｘについて歪み量δ（ｘ）を求めて、鋼板の長手方向における歪み量プロファイルを得る工程をさらに有する、上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の鋼板の歪み評価方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の鋼板の歪み評価方法は、作業者の負担や生産性を損なうことなく、鋼板の歪み量及び歪みの位置を適正に評価できるため、作業者が鋼板の形状の矯正を精度よく行うことを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による鋼板の歪み評価方法を実施可能な、鋼板の形状矯正システムを示す概略全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態において、鋼板の長手方向の位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）を求める計算の一部を説明するための概念図である。
【図３】本発明の一実施形態において、鋼板の長手方向の位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）を求める計算の一例を説明するための概念図である。
【図４】３Ｄスキャナを用いて取得した厚鋼板の表面形状プロファイルである。
【図５】図４から、従来法（２階微分）によって求めた鋼板の長手方向における歪み量プロファイルである。
【図６】図４から、本発明法によって求めた鋼板の長手方向における歪み量プロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態による鋼板の歪み評価方法を実施可能な、鋼板の形状矯正システム１００を説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態で使用可能な鋼板の形状矯正システム１００の概略全体図である。この形状矯正システム１００は、鋼板をオフラインで形状矯正するものである。図中の符号１は、鋼板Ｓの形状を矯正するプレス機であり、プレス機１の入側には入側ベッド３、プレス機１の出側には出側ベッド４が配設されている。ベッド３，４は、いずれも鋼板Ｓを搬送するための多数のローラが配設されており、このローラの回転状態を制御することで鋼板Ｓの搬送状態を制御することができる。すなわち、これらのベッド３，４が鋼板Ｓの搬送装置を構成する。また、特に入側ベッド３には、例えばローラの回転状態から鋼板Ｓの搬送状態を検出するトラッキング装置７，８が設けられている。このトラッキング装置７，８は、例えばローラの回転量及びローラの径から鋼板Ｓの搬送量を算出するなどして、鋼板Ｓがどの位置にあるかを検出することができる。
【００１６】
本実施形態におけるプレス機１の場合、加圧ラム２で鋼板Ｓを上から加圧し、主として鋼板Ｓに曲げモーメントを付与して鋼板の形状を矯正する。鋼板Ｓの形状は、後述する鋼板形状計測装置５によって計測する。鋼板形状矯正の条件としては、例えば、加圧ラム２の圧下位置、加圧ラム２による加圧力、シムと呼ばれる敷棒の位置と間隔、鋼板Ｓの位置などが挙げられる。本実施形態におけるプレス機１による鋼板形状矯正は、鋼板Ｓの下に２本のシムを敷き、そのシムの間の部分の鋼板Ｓを加圧ラム２で加圧する。加圧ラム２による曲げモーメントは、シムの間の部分の鋼板Ｓにのみ生じる。この曲げモーメントによる鋼板Ｓの変形量と加圧開放時の戻り量、所謂スプリングバック量を加味して、前述した種々のパラメータを調整する。
【００１７】
入側ベッド３の側方には、鋼板形状計測装置５及び制御装置６を設置した。このうち、形状計測装置５は、レーザ光によって検出点までの距離を検出するレーザ距離計と、レーザ距離計で検出された距離データから鋼板Ｓの形状を計測するコンピュータシステムとを備える。レーザ距離計で、鋼板Ｓの各検出点までの距離を計測することで、鋼板Ｓの表面形状を求めることができる。レーザ距離計は、レーザ光照射装置と、レーザ光受光装置とを備える。
【００１８】
鋼板形状計測装置５は、好適には３Ｄスキャナである。本実施形態による鋼板の歪み評価方法では、まず、鋼板形状計測装置５で鋼板の３次元表面形状データを取得する。具体的な３次元表面形状データの取得方法は、特許文献１に記載の方法とすることができる。すなわち、レーザ光を鋼板の長手方向及び幅方向に偏光・走査して、例えば、長手方向をＸ軸、高さ方向をＹ軸、板幅方向をＺ軸としたＸＹＺ空間中に、鋼板表面の位置を検出点群として抽出し、検出点群の密度を均一化するための間引き処理を行った後、検出点群のデータから回帰曲面を求め、これを３次元表面形状データとする。
【００１９】
制御装置６は、ホストコンピュータなどのコンピュータシステムを備えて構築され、前記形状計測装置５で計測された鋼板Ｓの３次元表面形状データから、鋼板表面の各位置での歪み量を計算する演算処理を行う。本開示の鋼板の歪み評価方法は、この演算処理に特徴を有する。
【００２０】
そして、制御装置６は、計算された鋼板表面の各位置での歪み量に基づいて、例えば、加圧ラム２の圧下位置、加圧ラム２による加圧力、シムと呼ばれる敷棒の位置と間隔、鋼板Ｓの位置などの鋼板形状矯正の条件を決定し、決定した条件下でプレス機１及びベッド３，４の稼動状態を制御する。矯正条件の決定方法は特に限定されず、例えば特許文献１に記載の方法を用いることができる。
【００２１】
以下、制御装置６による鋼板の歪み評価方法を説明する。まず、形状計測装置５で計測された鋼板の３次元表面形状データから、鋼板の所定板幅位置（例えば、板幅中央位置）における鋼板の長手方向の位置をｘとし、当該位置ｘでの鋼板の高さをｙとして、鋼板の表面形状プロファイルとして曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を得る。つまり、ＸＹＺ空間中の回帰曲面（３次元表面形状データ）の、板幅中央位置におけるＸＹ断面が、曲線ｙ＝ｆ（ｘ）となる。実際の厚鋼板における表面形状プロファイルの一例を、図４に示す。
【００２２】
次に、曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を用いて、位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）を下記の方法で求める。
記
まず、Ｌを単位長さとして、以下の式（１）に基づいてδ（ｘ，Ｌ）を求め、さらに、ｋを０超え１未満の数値として、式（２）に基づいて、複数のｋの値に関してδ（ｘ，ｋＬ）を求め、得られたδ（ｘ，Ｌ）及び複数のδ（ｘ，ｋＬ）のうち最大値を、前記位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）とする。
【数３】
2018151222.tif 000005
【数４】
2018151222.tif 000006
【００２３】
式（１）について、図２を参照して説明する。図２において、表面形状プロファイルを曲線ｙ＝ｆ（ｘ）としたとき、単位長さをＬとしたときのｘ＝ｘ1における歪み量δ（ｘ1，Ｌ）は、図２に示したように、
【数５】
2018151222.tif 000007
となる。
【００２４】
しかし、例えば表面形状プロファイルを曲線ｙ＝ｆ（ｘ）が図３に示す形状の場合、単位長さをＬとしたときのｘ＝ｘ1における歪み量δ（ｘ1，Ｌ）よりも、式（２）に基づいて計算するｋ＝1/2としたときのｘ＝ｘ1における歪み量δ（ｘ1，1/2Ｌ）の方が大きくなる。
【数６】
2018151222.tif 000008
【００２５】
矯正作業の際に必要な歪み量の情報としては、最大歪み量を用いる必要がある。そのため、矯正作業者に提示するｘ＝ｘ1における歪み量δの情報として適切なのは、δ（ｘ1，Ｌ）ではなく、δ（ｘ1，1/2Ｌ）となる。
【００２６】
そこで本開示の鋼板の歪み評価方法では、δ（ｘ，Ｌ）を求めるだけではなく、δ（ｘ，ｋＬ）を０＜ｋ＜１の範囲で複数のｋ値について求めて、その中の最大値を、位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）とする。これにより、位置ｘでの鋼板の歪み量を適正に評価でき、作業者が鋼板の形状の矯正を精度よく行うことが可能となる。
【００２７】
ここで、単位長さＬは特に限定されないが、１ｍ以上４ｍ以下とすることができる。
【００２８】
δ（ｘ，ｋＬ）を計算する際の複数のｋの値は、０．０５以上０．２以下の間隔で設定することが好ましく、ｋＬの最小値は０．２ｍ以下とすることが好ましい。ｋの間隔を０．２以下とすることにより、位置ｘでの鋼板の歪み量をより適正に評価できる。また、ｋの間隔を０．０５程度とすれば、歪み量の最大値の精度は飽和する。また、ｋＬの最小値を０．２ｍ以下とすれば、歪み量の最大値の精度は飽和する。好適な実施形態としては、例えば、ｋ＝０．９〜０．２の範囲で０．１刻みでδ（ｘ，ｋＬ）を求め、δ（ｘ，Ｌ）と、８つのδ（ｘ，ｋＬ）のうちの最大値を位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）とすることができる。
【００２９】
このような方法で、ｘ＝ｘ1における歪み量δだけでなく、鋼板の長手方向の複数の位置ｘについて歪み量δ（ｘ）を求めれば、鋼板の長手方向における歪み量プロファイルを得ることができる。実際の厚鋼板における歪み量プロファイルの一例を、図６に示す。矯正作業者は、この歪み量プロファイルに基づいて、鋼板形状矯正の条件を決定し、決定した条件下で制御装置６がプレス機１及びベッド３，４の稼動状態を制御する。
【実施例】
【００３０】
圧延後の厚鋼板（板厚：200ｍｍ、板長：6000ｍｍ、板幅：1337ｍｍ）について、３Ｄスキャナで鋼板表面を測定し、３次元表面形状データを取得した。取得した３次元表面形状データから、鋼板の板幅中央位置における鋼板の長手方向の位置をｘとし、当該位置ｘでの鋼板の高さをｙとして、鋼板の表面形状プロファイルとして曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を得た。この表面形状プロファイルを図４に示す。
【００３１】
（比較例）
図４の表面形状プロファイルを２階微分して得た鋼板の長手方向における歪み量プロファイルを、図５に示す。
【００３２】
（発明例）
図４の表面形状プロファイルから本発明法によって求めた鋼板の長手方向における歪み量プロファイルを、図６に示す。長手方向の各位置での歪み量は、Ｌ＝２ｍとして、式（１）を用いてδ（ｘ，Ｌ）を求め、ｋ＝０．９〜０．５の範囲で０．１刻みでδ（ｘ，ｋＬ）を求め、δ（ｘ，Ｌ）と、５つのδ（ｘ，ｋＬ）のうちの最大値を位置ｘにおける歪み量δ（ｘ）とした。
【００３３】
（評価）
厚鋼板のｘ＝1000ｍｍの位置において、長さ２ｍのストレッチャーを鋼板表面に当てて、ストレッチャーと鋼板表面との隙間の大きさを測定した。測定値を図５及び図６に合わせて示した。図６から明らかなように、本発明法で求めた歪み量は、ストレッチャーで求めた実測値と精度よく一致していた。これに対して、図５から明らかなように、比較例で求めた歪みは、ストレッチャーで求めた実測値とズレが見られた。このように、本発明法は、ストレッチャーで求めた歪み量と高精度に一致する歪みの評価手法であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の鋼板の歪み評価方法は、作業者の負担や生産性を損なうことなく、鋼板の歪み量及び歪みの位置を適正に評価できるため、作業者が鋼板の形状の矯正を精度よく行うことを可能とする。
【符号の説明】
【００３５】
１００  形状矯正システム
１  プレス機
２  加圧ラム
３  入側ベッド
４  出側ベッド
５  鋼板形状計測装置（３Ｄスキャナ）
６  制御装置
７，８  トラッキング装置
【図１】
2018151222.tif 000011
【図２】
2018151222.tif 000012
【図３】
2018151222.tif 000013
【図４】
2018151222.tif 000014
【図５】
2018151222.tif 000015
【図６】
2018151222.tif 000016