(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱中又は加熱直後の金属板の形状を形状計測装置により計測すると共に、該計測時点の金属板の温度分布を非接触式温度計により計測し、該計測した温度分布を上記加熱の実施に用いた加熱線の配置と対比させることにより、温度分布を計測した時点の各加熱線の温度を同定し、次に、加熱線が与える固有変形を冷却の過程での温度に対応した固有変形として求められるようにデータが蓄えられた各温度水準における加熱線の固有変形のデータベースを基に、上記同定した各加熱線の温度と対応する固有変形の推定値を求め、更に、該固有変形の推定値を基にＦＥＭ弾性シミュレーションを行うことにより、温度分布を計測した時点の金属板の目標形状を推定して、該推定目標形状と上記計測した金属板の形状とを比較することにより、金属板の曲げ加工形状の評価を行うようにすることを特徴とする線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法。
【請求項２】
金属板の温度分布を非接触式温度計によって計測することに代えて、加熱条件に基づき熱伝達、熱伝導解析を行うことにより、加熱中又は加熱直後の金属板の形状を計測した時点での金属板の温度分布を推定して、金属板の曲げ加工形状の評価を行うようにする請求項１記載の線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法。
【請求項３】
金属板の温度分布を非接触式温度計によって計測することに代えて、接触式温度計により金属板のいくつかの点の部分的な温度を計測し、且つ熱伝導解析又は数値解析により非計測点の温度を補間推定して、加熱中又は加熱直後の金属板の形状を計測した時点での金属板の温度分布を求め、金属板の曲げ加工形状の評価を行うようにする請求項１記載の線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は線状加熱による金属板の曲げ加工形状を評価するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の造船部門での先進的な金属板の曲げ加工方法としては、線状加熱曲げ加工法が採用されている（特開平６−２２６３６０号、特開平７−２４５３４号、特開平７−６０３６８号、特開平７−７５８３５号、特願平８−３０９０４７号等）。これは、有限要素法（ＦＥＭ）を応用して、目的の曲面を与える加熱線の配置と入熱量を算出し、これを平面に与えることで曲面を得るようにしたものである。
【０００３】
上記線状加熱曲げ加工法により平板状の金属板を加工して船殻曲り外板を製作した場合、その曲げ加工形状が目的形状となっているか否かの確認及び評価を行う必要がある。
【０００４】
従来の形状評価方法としては、手作業による線状加熱曲げ加工の場合、曲面のいくつかの断面を表す型板を一定間隔に配置し、その型板同士を平行に且つ型板上の基準点を一直線上に見通せる位置に置くことにより、目的とする曲面形状を対象の金属板の上に表現し、この曲面と金属板の形状との間の隙間を確認することにより曲げ形状を評価するようにしたものがあり、又、自動線状加熱装置による線状加熱曲げ加工の場合は、レーザ距離計をＮＣ台車に搭載し、これを平面内の計画計測位置に導いて、その点における高さを計測し、これを金属板上を格子状にたどりながら繰り返すことにより曲げ加工後の曲面形状を求め、この計測データを計画の形状データと比較することにより評価を行うようにしたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の場合には、型板による計測の誤差が大きく、又、確認も目視で行われるため記録されず、第三者による一般的な評価や後の利用もできない、という問題がある。
【０００６】
一方、後者の場合には、１点毎に計測を繰り返すため、曲面を評価できるだけの点数の計測に時間がかかる。因に、３ｍ×２０ｍ程度の大きさの金属板では、１点当り約１秒、全体で４０分程度かかってしまう。又、加熱直後に計測したのでは、金属板の温度が高く、且つ先に加熱を行った部分と後から加熱を行った部分とでは温度差が大きくなるので、冷却後の曲面形状とは異なってしまい、したがって、これをそのまま計測しても評価ができないという問題があり、更に、金属板が室温になるまで冷却するために、散水による強制冷却を施したとしても、１時間以上待たなければならない。
【０００７】
そこで、本発明は、確認したいときに直ちに計測を行うことができるようにすることにより、計測のために要する時間を大幅に削減することができるような線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、加熱中又は加熱直後の金属板の形状を形状計測装置により計測すると共に、該計測時点の金属板の温度分布を非接触式温度計により計測し、該計測した温度分布を上記加熱の実施に用いた加熱線の配置と対比させることにより、温度分布を計測した時点の各加熱線の温度を同定し、次に、加熱線が与える固有変形を冷却の過程での温度に対応した固有変形として求められるようにデータが蓄えられた各温度水準における加熱線の固有変形のデータベースを基に、上記同定した各加熱線の温度と対応する固有変形の推定値を求め、更に、該固有変形の推定値を基にＦＥＭ弾性シミュレーションを行うことにより、温度分布を計測した時点の金属板の目標形状を推定して、該推定目標形状と上記計測した金属板の形状とを比較することにより、金属板の曲げ加工形状の評価を行うようにし、又、金属板の温度分布を非接触式温度計によって計測することに代えて、加熱条件に基づき熱伝達、熱伝導解析を行うことにより、加熱中又は加熱直後の金属板の形状を計測した時点での金属板の温度分布を推定して、金属板の曲げ加工形状の評価を行うようにしたり、あるいは接触式温度計により金属板のいくつかの点の部分的な温度を計測し、且つ熱伝導解析又は数値解析により非計測点の温度を補間推定して、加熱中又は加熱直後の金属板の形状を計測した時点での金属板の温度分布を求め、金属板の曲げ加工形状の評価を行うようにする線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法とする。
【０００９】
金属板の表面の温度分布の計測データを自動線状加熱装置が内蔵する対象部材のＦＥＭモデルの上に重ねて、加熱線の位置と計測した温度を対応させると、各加熱線の計測時点の温度を知ることができ、この温度に対応した固有変形を知ることで、これを計画の加熱線に与えたＦＥＭによる弾性シミュレーションから、計測時点にあるべき目標形状が求まるので、これを計測形状と比較すれば、加熱直後又は加熱の進行中でも計測、評価が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１乃至図５は本発明の線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法の実施の一形態を示すものである。
【００１２】
先ず、図１のステップＩ及び図２に示す如く、加熱中（又は加熱直後）の金属板１の形状を、ＮＣ架台に搭載されたレーザ距離計による形状計測装置３によって計測すると共に、金属板１の表面温度分布を、非接触式温度計としての赤外線温度計２によって、一度に広範囲に亘って計測する。なお、図２において、４は既に施された加熱線、５は自動線状加熱装置の高周波誘導加熱コイル６によって現在加熱中の加熱線を示す。
【００１３】
上記金属板１の表面温度分布は、加熱中のところでは金属板１を高周波誘導加熱コイル６で加熱したときに該金属板１の表面温度が該高周波誘導加熱コイル６が通過すると下がり始めて金属板１の裏面温度と一致するところの温度をとらえるようにする。この金属板１の表面と裏面の温度が一致する点は、高周波誘導加熱コイル６の移動速度により異なるが、移動速度が１００mm／min 〜３０００mm／min で加熱後１〜３０秒である。
【００１４】
次に、図１のステップII及び図３に示す如く、上記計測温度分布を、上記加熱の実施に用いた加熱線配置と対比させることにより、加熱線４，５の計測時点の温度を同定する。すなわち、温度分布のデータを、自動線状加熱装置が内蔵している対象部材のＦＥＭモデル１′の上に重ねて、その上に配置されている加熱線４，５の位置と計測した温度を対応させることにより各加熱線４，５の計測時点の温度を同定する。なお、図３において、ＦＥＭモデル１′の各メッシュ内の数値は計測温度を示しており、先に加熱された部分の温度が低く、加熱中の部分とその付近の温度が高くなっている。
【００１５】
次いで、図１のステップIII、IVの如く、各温度水準における加熱線の固有変形について、データベースを基に、上記同定した温度に対応する固有変形の推定値を求めるようにする。上記データベースとしては、図４に一例を示す如く、加熱線が与える固有変形（金属板が均一に室温まで冷えた状態）δ０を、冷却の過程での温度（たとえば、１８０℃）に対応した固有変形δ１として求めることができるように、系統的な数値シミュレーション（熱弾性計算）又は実験を行ってデータを予め蓄えておくものとする。なお、実験的に求めるためには非接触の計測が望ましく、ＣＣＤカメラ等を用いた画像処理手法の応用も可能である。
【００１６】
更に、図１のステップＶの如く、上記推定固有変形を基に、ＦＥＭ弾性シミュレーションを行うことにより、計測時点の目標形状を推定する。すなわち、推定固有変形を弾性ＦＥＭ計算の加熱方案に入力して自由変形シミュレーションを行うようにすると、その結果得られる形状がこの計測時点にあるべき目標の形状となる。
【００１７】
しかる後、図１のステップＶ及び図５に示す如く、上記推定目標形状１ａと計測形状１ｂとを比較して、その差について許容できるかどうかの判断を行うことにより、室温まで冷却した後に計測して目的の形状１ｃと比較するのと同等の評価が実現する。
【００１８】
このように、本発明においては、加熱中、又は加熱直後、確認したいときに直ちに計測を行うことができる。これにより、計測のために割かれる時間を大幅に削減することができる。このことは、複数の金属板を連続的に加熱して行く自動化システムにおいてその稼動効率を著しく高める効果がある。又、線状加熱と並行したリアルタイム形状計測が可能になることから、本発明では、加熱の進捗度の異なる時点で各回少数の点を計測し、そのときの計画形状との差をプールして全部のデータを評価することができ、加熱を中断することなく形状の評価を行うことができる。
【００１９】
なお、上記実施の形態では、金属板１の温度分布を赤外線式温度計２によって計測する場合を示したが、これに代えて、算出されている加熱条件（加熱位置、加熱の入力＝熱源の出力と移動速度、加熱順序）に基づき、熱伝達、熱伝導解析を行うことによって形状計測時点の温度分布を推定するようにしたり、あるいは、接触式温度計等により金属板１のいくつかの点の部分的な温度を計測し、且つ熱伝導解析又は数値解析により非計測点の温度を補間推定するようにしてもよく、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法によれば、加熱中又は加熱直後の金属板の形状を形状計測装置により計測すると共に、該計測時点の金属板の温度分布を非接触式温度計により計測し、該計測した温度分布を上記加熱の実施に用いた加熱線の配置と対比させることにより、温度分布を計測した時点の各加熱線の温度を同定し、次に、加熱線が与える固有変形を冷却の過程での温度に対応した固有変形として求められるようにデータが蓄えられた各温度水準における加熱線の固有変形のデータベースを基に、上記同定した各加熱線の温度と対応する固有変形の推定値を求め、更に、該固有変形の推定値を基にＦＥＭ弾性シミュレーションを行うことにより、温度分布を計測した時点の金属板の目標形状を推定して、該推定目標形状と上記計測した金属板の形状とを比較することにより、金属板の曲げ加工形状の評価を行うようにするので、加熱中、又は加熱直後、いつでも直ちに計測を行うことができ、これにより、計測のために要する時間を大幅に削減することができ、又、このことから、複数の金属板を連続的に加熱して行く自動化システムにおいてその稼動率を著しく高めることができるという優れた効果を発揮し、更に、金属板の温度分布を非接触式温度計によって計測することに代えて、加熱条件に基づき熱伝達、熱伝導解析を行うことにより、加熱中又は加熱直後の金属板の形状を計測した時点での金属板の温度分布を推定して、金属板の曲げ加工形状の評価を行うようにしても、あるいは、接触式温度計により金属板のいくつかの点の部分的な温度を計測し、且つ熱伝導解析又は数値解析により非計測点の温度を補間推定して、加熱中又は加熱直後の金属板の形状を計測した時点での金属板の温度分布を求め、金属板の曲げ加工形状の評価を行うようにすることによっても、同様な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の線状加熱による金属板の曲げ加工形状評価方法の実施の一形態を示すフローチャートである。
【図２】赤外線温度計により金属板の表面温度分布を計測している状態を示す概略図である。
【図３】計測した温度分布と加熱線を重ねて見た状態の模式図である。
【図４】温度に伴う加熱が与える固有ひずみ変化の概念図である。
【図５】推定目標形状と計測形状と目的形状との関連の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  金属板
１ａ  目標形状
１ｂ  計測形状
２  赤外線温度計
３  形状計測装置
４，５  加熱線
【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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