(57)【要約】【課題】フランジ厚（Ｆ厚）、ウェブ厚（Ｗ厚）、幅、高さ、直角度、反りを高精度にかつ高速に測定し、演算する溝型鋼寸法演算方法および装置を提供することを目的とする。【解決手段】上下左右に傾斜させた状態で配置されたレーザ距離計を走査して溝型鋼の断面形状や寸法を測定および演算する溝型鋼寸法演算方法であって、前記レーザ距離計の距離データ、傾斜角、および走査中の位置データから前記溝型鋼の断面形状を求め、この断面形状に基づき前記溝型鋼の各部寸法を演算する。【選択図】図１
2007240303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下左右に傾斜させた状態で配置されたレーザ距離計を走査して溝型鋼の断面形状や寸法を測定および演算する溝型鋼寸法演算方法であって、
前記レーザ距離計の距離データ、傾斜角、および走査中の位置データから前記溝型鋼の断面形状を求め、この断面形状に基づき前記溝型鋼の各部寸法を演算することを特徴とする溝型鋼寸法演算方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溝型鋼寸法演算方法において、
前記各部寸法は、
フランジ厚（Ｆ厚）、ウェブ厚（Ｗ厚）、幅、高さ、直角度、および反りのいずれか又はそれらの組合わせであることを特徴とする溝型鋼寸法演算方法。
【請求項３】
上下左右に傾斜させた状態で配置されたレーザ距離計を走査して溝型鋼の断面形状や寸法を測定および演算する溝型鋼寸法演算装置であって、
前記レーザ距離計の距離データ、傾斜角、および走査中の位置データから前記溝型鋼の断面形状を求め、この断面形状に基づき前記溝型鋼の各部寸法を演算する演算装置を備えることを特徴とする溝型鋼寸法演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形鋼の寸法演算方法および装置に関し、特に、溝型鋼（以下、ＣＢ（チャンネルベース）と略称する）の断面形状や寸法を高精度で測定し演算する溝型鋼寸法演算方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
形鋼成品を測定する方法または装置としては、大別して(1)複数のセンサを固定した状態で配置し、その直下を成品が搬送される材搬送中の測定、および(2)材長手方向の測定箇所に成品を搬送停止させ、成品上をセンサが走査する材停止中の測定、の２種類はあるものの、特にＣＢすなわち溝型鋼を測定し寸法を求める方法は開示されてない。
【０００３】
これまでは、専用の測定治具による手測定により、ＣＢのフランジ厚(Ｆ厚)、ウェブ厚(Ｗ厚)、幅、高さ、直角度、反りなどを測定する方法が行われてきていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、専用の測定治具による手測定では、測定時間がかかるため、ピッチダウンが発生する、また、測定者による測定値のバラツキが生じる、さらに、ベテランと経験年数の浅い者との差も生じる、といった問題があった。
【０００５】
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、ＣＢのフランジ厚（Ｆ厚）、ウェブ厚（Ｗ厚）、幅、高さ、直角度、反りを高精度にかつ高速に測定し、演算する溝型鋼寸法演算方法および装置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】
【０００６】
本発明の請求項１に係る発明は、上下左右に傾斜させた状態で配置されたレーザ距離計を走査して溝型鋼の断面形状や寸法を測定および演算する溝型鋼寸法演算方法であって、前記レーザ距離計の距離データ、傾斜角、および走査中の位置データから前記溝型鋼の断面形状を求め、この断面形状に基づき前記溝型鋼の各部寸法を演算することを特徴とする溝型鋼寸法演算方法である。
【０００７】
また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の溝型鋼寸法演算方法において、前記各部寸法は、フランジ厚（Ｆ厚）、ウェブ厚（Ｗ厚）、幅、高さ、直角度、および反りのいずれか又はそれらの組合わせであることを特徴とする溝型鋼寸法演算方法である。
【０００８】
さらに本発明の請求項３に係る発明は、上下左右に傾斜させた状態で配置されたレーザ距離計を走査して溝型鋼の断面形状や寸法を測定および演算する溝型鋼寸法演算装置であって、前記レーザ距離計の距離データ、傾斜角、および走査中の位置データから前記溝型鋼の断面形状を求め、この断面形状に基づき前記溝型鋼の各部寸法を演算する演算装置を備えることを特徴とする溝型鋼寸法演算装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、レーザ距離計の距離データ、傾斜角、および走査中の位置データからＣＢの断面形状を求め、この断面形状に基づきＣＢの各部寸法を演算するようにしたので、高精度にかつ高速にＣＢの各部寸法を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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ＣＢをそれぞれ表している。
【００１１】
レーザ距離計２ａ〜２ｆは、校正片１とＣＢ７を上下左右から傾斜させた状態で挟むように配置されており、具体的には上下左右45°(X（エックス）型とし、傾斜角は30°未満ではレーザ光の乱反射光の受光ができないもしくは誤差がでる可能性があるので、30°以上とし、好ましくは 45°±△θ1 とする)と上下90°の計6台配置する。
【００１２】
材(以下、測定対象ＣＢを材と略称する)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90°に設置したレーザ距離計２ｅおよび２ｆはより測定精度を上げるためのものであり、上下左右45°の距離計配置で十分な精度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。
【００１３】
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。
【００１４】
図６は、本発明の処理フロー例を示す図である。以下、図６に従って処理の詳細を説明していく。なお、以下の処理・演算は、既存のプロコンまたはパソコンで構成される演算装置(図示せず)で行うようにする。
【００１５】
１）材に対して平行にレーザ距離計を走行させ、校正片およびＣＢまでの距離データをサンプリングする(Step０１)。なお、校正片は、上下左右のレーザ距離計の測定データである断面プロフィールを復元させるものである。
【００１６】
２）距離データより2次元平面座標（x、y）を以下の式により求める(Step０２)。
（1）左上のレーザ距離計
x1 = M + L1・cosθ1   ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（1）
y1 = H - L1・sinθ1    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（2）
（2）左下のレーザ距離計
x2 = M + L2・cosθ2   ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（3）
y2 = L2・sinθ2        ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（4）    
（3）右上のレーザ距離計
x3 = M + D - L3・cosθ3   ・・・・・・・・・・・・・・・・・（5）
y3 = H - L3・sinθ3     ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（6）   
（4）右下のレーザ距離計
x4 = M + D - L4・cosθ4   ・・・・・・・・・・・・・・・・・（7）
y4 = L4・sinθ4         ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（8）   
Ln (n = 1 〜 4) ：  測定データ
θn (n = 1 〜 4) ：  傾斜角
D  ：  左右距離計の間隔（設定値）
H  ：  上下距離計の間隔
【００１７】
３）各距離計のＣＢ の2次元平面座標を、校正片の2次元平面座標を復元することにより、ＣＢの断面プロフィールを求める(Step０３)。さらに、断面プロフィールのデータのばらつきを軽減させるために、前後数点の移動平均処理を行うことも有効である。
【００１８】
次にＣＢの各寸法の演算方法を示す。説明上、特長点は括弧付き英字とし、また特長点のxy座標は下付き文字で表すものとする。一例として、特長点Aのxy座標は、それぞれ（Ax）および（Ay）として表す。
【００１９】
材は搬送姿勢のケースで以下説明する。
４）底面両端下エッジを検出する(Step０４)。ある傾き（θk）をもった仮想線を底面に近づけ、仮想線と接する座標を底面下両エッジ（A・B）とする。（図４を参照のこと、なお図４は傾きの一例として−θcの状態を示す。）
【００２０】
５）材の傾きを求める(Step０５)。底面下両エッジ間（A・B）の座標を基準に、ある範囲内側に左右位置を決め、ある範囲で平均化する。（I・J）
ウェブ面の内側左右位置（I・J）より、材の傾きaを求める。（θc）
θc = tan-1 ( （Iy-Jy）/（Jx-Ix） )   ・・・・・・・・・(9)
【００２１】
６）座標を回転させる(Step０６)。材の傾きで反時計方向にプロフィールを回転させる。つまり、ロールに水平の状態とする。xy座標全ての点について、半径および角度をもとめ、材の傾き（θc）に応じ座標を回転させて、図５のように断面を正立させる。そして、回転後の座標は（X、Y）とする。
r = SQRT（x2+y2）     ・・・・・・・・・・・・(10)
θ = tan-1 ( x / - y )     ・・・・・・・・・・・・(11)
X = -r・sin ( θ±θc )   ・・・・・・・・・・・ (12)
Y =  r・cos( θ±θc )    ・・・・・・・・・・・ (13)
【００２２】
７）フランジ両端エッジを検出する(Step０７)。ある傾き（θk）をもった仮想線を底面に近づけ、仮想線と接する座標をフランジ端両端エッジとする。左フランジ両エッジ（C・E）、および右フランジ両エッジ（D・F）である。
８）フランジ両端突端を検出する(Step０８)。左右フランジ両エッジ（C・E）・（D・F）を移動平均し、ピークを底面突端（G・H）とする。
【００２３】
９）高さを算出する(Step０９)。左右フランジ突端（G・H）とのウェブ面の内側左右位置（I・J）の間隔とする。
B1 = Gy - Iy       ・・・・・・・・・・・ (14)
B2 = Hy - Jy      ・・・・・・・・・・・ (15)
１０）幅を求める(Step１０)。底面下両エッジ（A・B）の間隔を幅とする。
W1 = Bx - Ax       ・・・・・・・・・・・ (16)
また、フランジ部の幅については、左右フランジ両エッジ（C・E）・（D・F）の間隔とする。
W2 = Dx - Cx      ・・・・・・・・・・・ (17) 
【００２４】
１１）幅中心を求める(Step１１)。底面下両エッジ（A・B）より、幅中心位置を求める。
W1/2 = ( Bx - Ax ) / 2 + Ax      ・・・・・・・・・・・ (18)
１２）厚みを算出する(Step１２)。幅中心位置(W1/2)の厚みをウェブ厚とする。ある範囲で平均化する。  幅中心位置  ：  (K・L)
Wt = Ky - Ly       ・・・・・・・・・・・ (19)
【００２５】
１３）高さ中心を算出する(Step１３)。
FB1y = ( B1 - Wt ) / 2  ・・・・・（20）
FB2y = ( B2 - Wt ) / 2  ・・・・・（21）
１４）フランジ厚を算出する(Step１４)。上記高さ中心算出位置（FB1・FB2）を基準にある範囲を平均化する。（M・O）・（N・P）
Ft1 = Ox - Mx  ・・・・・（22）
Ft2 = Nx - Px  ・・・・・（23）
【００２６】
１５）直角度を算出する(Step１５)。左右フランジ両エッジ（C・E）・（F・D）と底面下両エッジ（A・B）の隙間を直角度とする。なお、直角度は符号付きとし、内側倒れを-、外側倒れを+とする。
T1 = Ax - Cx  ・・・・・（24）
T2 = Dx - Bx  ・・・・・（25）
θs1 = tan-1( （ Cx - Ax ） / ( Cy - Ay ) ) ・・・・・(26)    
θs2 = tan-1 ( （ Bx - Dx ） / ( Dy - By ) ) ・・・・・(27) 
【００２７】
１６）反りを求める(Step１６)。ウェブ面の内側左右位置（I・J）を結ぶ線と、ウェブ面の内側左右位置（I・J）間で最も凹凸のある位置（y）との間隔を反り（S）とする。S点の座標（Sx、Sy）とする。なお反りは猫背と反りがある。
θs = tan-1 ( S / ( Sx - Ix ) ) ・・・・・(28)
図5であわらすと、反りは上方向の湾曲、猫背は下方向の湾曲である。
【００２８】
１７）傾き補正厚みを算出する(Step１７)。反り（θs ）より、以下の式にてウェブ厚傾き補正を行う。
Wt’ = Wt × COS( θs )  ・・・・・・・・(29)
１８）傾き補正フランジ厚みを算出する(Step１８)。左右直角度（θs1、θs2）よりフランジ厚傾き補正を行う。
Ft1’ = Ft1 × COS( θs1 )  ・・・・・・・・(30)
Ft2’ = Ft2 × COS( θs2 )  ・・・・・・・・(31)
上述のように図５に示すＣＢ各部位の寸法を演算することにより、高精度なＣＢ寸法測定ができる。
【実施例】
【００２９】
本発明の実施例を以下に示す。図1に本発明の装置概要を示す。装置構成は、校正片・レーザ距離計・レーザ距離計を搭載するＣフレーム・Ｃフレームを走行させる移動機構・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である。レーザ距離計の配置は、上下左右45°と上下90°の計6台である。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。また、レーザ距離計を搭載するＣフレームは左右分離型でも構わない。その場合は、校正片は左右に必要である。
【００３０】
図2に測定概要、図3に断面プロフィール合成概要を示す。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、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。 
【００３１】
図4に合成後のＣＢの断面プロフィールを示す。図5に材の傾きを補正した断面プロフィールを示す。また部位の説明を示す。この断面プロフィールを基にＣＢのフランジ厚（Ｆ厚）、ウェブ厚（Ｗ厚）、幅、高さ、直角度、反りを求める。
【００３２】
ＣＢ測定結果は以下の通りであり、良好な結果が得られた。また測定結果を圧延機または矯正機にフィードバックすることで品質コントロールも可能となる。測定時間についても従来2〜3分かかっていたものが10秒以内で求めることができ、測定によるピッチダウンも大幅に削減することができる。
・寸法  ：  高さ300mm  幅90mm  Ｗ厚み9mm  Ｆ厚み13mm
・確認方法  ：  ＣＢピースをマイクロメータ等で測定し、真値とする。
【００３３】
測定し求めた寸法 - 真値 = 誤差とする。
・測定回数  ：  10回
・結果  ：  高さ-0.20  Ｆ厚み+0.26  直角度-0.2    
2σ  0.09mm
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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】断面プロフィール測定の概要を示す図である。
【図４】断面プロフィール合成後の断面プロフィールを示す図である。
【図５】ＣＢの寸法演算の概要を示す図である。
【図６】本発明の処理フロー例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
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          ＣＢ
【図１】
2007240303.tif 000003
【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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