(57)【要約】      （修正有）【課題】板材を搬送中に、オンラインで板材の溶接部における段差量を正確に測定することができる板材溶接部の段差量の測定方法および装置を提供する。【解決手段】溶接により複数の板材をつなぎ合わせた板材Ｓを搬送しながら、前記板材Ｓの溶接部Ｓ３の溶接線を横切る線上において前記板材Ｓまでの距離を非接触でかつ同時に多点計測し、前記計測した距離をもとに前記溶接部Ｓ３における前記鋼板Ｓの段差量を算出する。好ましくは、前記溶接線を横切る線上に配列した複数のレーザ距離計４１ａにより前記多点計測を行なう。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接により複数の板材をつなぎ合わせた板材を搬送しながら、前記板材の溶接部の溶接線を横切る線上において前記板材までの距離を非接触でかつ同時に多点計測し、前記計測した距離をもとに前記溶接部における前記鋼板の段差量を算出することを特徴とする板材溶接部の段差量の測定方法。
【請求項２】
前記溶接線を横切る線上に配列した複数のレーザ距離計により前記多点計測を行なうことを特徴とする請求項１に記載の板材溶接部の段差量の測定方法。
【請求項３】
前記板材の溶接部から所定の距離だけ離間して形成された溶接部検出用穴が所定の位置を通過したことをトリガとして前記同時多点計測を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の板材溶接部の段差量の測定方法。
【請求項４】
前記板材の幅方向の略中央において前記多点計測を行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の板材溶接部の段差量の測定方法。
【請求項５】
溶接により複数の板材をつなぎ合わせた板材を搬送しながら、前記板材の溶接部における段差を測定する装置であって、
前記溶接部の溶接線を横切る線上において前記板材までの距離を同時に多点計測する多点計測部と、
前記多点計測部が計測した距離をもとに前記溶接部における前記鋼板の段差量を算出する段差算出部と、
を備えることを特徴とする板材溶接部の段差量の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接により複数の鋼板などの板材をつなぎ合わせた板材を搬送しながら溶接部における段差量を測定する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧延工程や酸洗工程などの連続処理を行なう際には、ルーパ等を用いてラインを停止させずに、溶接機によって複数の鋼板を溶接してつなぎ合わせ、つなぎ合わせた鋼板を連続処理ラインに搬送し、連続処理を行なうようにしている。この際、つなぎ合わせた鋼板間の段差が許容量よりも大きいと、後続の工程において溶接部の破断などが発生するおそれがある。したがって、安定した操業のためには、鋼板間の溶接部の段差量を正確に測定することが重要である。
【０００３】
従来、鋼板間の溶接部の形状を測定する方法が開示されている（特許文献１〜４参照）。たとえば特許文献１、２に開示されるような光切断法を用いる場合、光源が、鋼板の表面に対して所定の角度αで傾斜した方向から、溶接部に対して溶接線と垂直なスリット状の光を照射する。そして、撮像装置が、光を照射した溶接部を鋼板の表面に対して垂直方向から撮像する。溶接した先行鋼板と後行鋼板との間に段差がある場合、撮像した先行鋼板上の光の像と後行鋼板上の光の像とが一直線上にならず、鋼板の幅方向にずれが生じる。このずれ量は、鋼板間の段差の量と傾斜角度αとで定まる量である。したがって、既知の傾斜角度αと、撮像したデータから求めたずれ量とから、鋼板間の段差の量を算出することができる。また、特許文献３、４に開示される方法は、鋼板を固定した状態で、フラッシュトリマー内にて溶接部を鋼板の幅方向に走査計測して、トリミング後のビード形状を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０３３２２号公報
【特許文献２】特開平１０−２９６４８１号公報
【特許文献３】特開平５−１５４５１０号公報
【特許文献４】特開平１０−９８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した光切断法を用いる方法は、段差量の算出に傾斜角度αを用いている。したがって、鋼板を搬送しながらオンラインで段差の測定を行おうとすると、鋼板が振動等によって上下動して鋼板と光源との距離が変動するため、傾斜角度αが変動してしまう。たとえば、振動によって鋼板が光源に近づくと傾斜角度αが大きくなり、光源から遠ざかると傾斜角度αが小さくなる。その結果、段差量を正確に測定することができないという問題がある。また、特許文献３、４に開示される方法は、もともと鋼板を固定した状態で測定を行なう方法である。このように、上述した方法では、鋼板を搬送中に、オンラインで段差量を正確に測定することが困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、鋼板などの板材を搬送中に、オンラインで板材の溶接部における段差量を正確に測定することができる板材溶接部の段差量の測定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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る板材溶接部の段差量の測定方法は、溶接により複数の板材をつなぎ合わせた板材を搬送しながら、前記板材の溶接部の溶接線を横切る線上において前記板材までの距離を非接触でかつ同時に多点計測し、前記計測した距離をもとに前記溶接部における前記鋼板の段差量を算出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る板材溶接部の段差量の測定装置は、溶接により複数の板材をつなぎ合わせた板材を搬送しながら、前記板材の溶接部における段差を測定する装置であって、前記溶接部の溶接線を横切る線上において前記板材までの距離を同時に多点計測する多点計測部と、前記多点計測部が計測した距離をもとに前記溶接部における前記鋼板の段差量を算出する段差算出部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、板材の溶接部の溶接線を横切る線上において板材までの距離を非接触でかつ同時に多点計測し、計測した距離をもとに溶接部における段差量を算出するので、板材を搬送中であっても、オンラインで段差量を正確に測定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る段差量の測定方法を適用する圧延処理装置の模式図である。
【図２】図２は、図１に示す段差測定装置の構成を説明する側面図である。
【図３】図３は、図２に示す距離測定センサの配置を説明する図である。
【図４】図４は、図２に示す距離測定センサの動作を説明する図である。
【図５】図５は、鋼板の平坦部および溶接部近傍の距離計測結果を示す図である。
【図６】図６は、距離測定センサと鋼板との距離が変動した場合の計測結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照して本発明に係る板材溶接部の段差量の測定方法および装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係る板材溶接部の段差量の測定方法を、鋼板の圧延処理装置の連続圧延ラインに適用する場合について説明する。図１は、本実施の形態１に係る段差量の測定方法を適用する圧延処理装置の模式図である。図１に示すように、この圧延処理装置１００は、上流側から順次配置された、供給側コイル１、レーザ溶接機２、加工装置３、段差測定装置４、ガイドロール５、６、ルーパ７、圧延機８、および巻取側コイル９を備えている。
【００１３】
レーザ溶接機２は、供給側コイル１から供給された鋼板を溶接してつなぎ合わせて鋼板Ｓとする。加工装置３は、溶接部の位置を検出するための溶接部検出用穴を、鋼板Ｓ上において溶接部から所定の距離だけ離間した位置に形成し、かつ溶接部を含む鋼板の幅方向の両端部にノッチを形成する。
【００１４】
ルーパ７は、鋼板Ｓのループを形成し、鋼板Ｓに一定の張力を与えるとともに、鋼板Ｓが常に所定の搬送速度で圧延機８に搬送するように構成されている。なお、搬送速度は、たとえば３０ｍｐｍであるが、特に限定はされない。圧延機８は、５台の圧延スタンドを順次配置したタンデム圧延機であり、ルーパ７より搬送された鋼板Ｓを圧延する。そして、巻取側コイル９は、圧延後の鋼板Ｓを巻き取る。
【００１５】
つぎに、段差測定装置４について説明する。図２は、図１に示す段差測定装置４の構成を説明する側面図である。図２に示すように、段差測定装置４は、多点計測部である距離測定センサ４１と、距離測定センサ４１に接続した信号処理・制御装置４２と、信号処理・制御装置４２に接続したトリガ信号生成器４３と、トリガ信号生成器４３を介して信号処理・制御装置４２に接続した光学式穴検出器４４と、信号処理・制御装置４２に接続した段差算出装置であるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４５とを備えている。
【００１６】
また、図３は、図２に示す距離測定センサ４１の配置を説明する図である。なお、図３は図２の紙面下方側から見た図である。図２、３に示すように、鋼板Ｓは、レーザ溶接機２により先行鋼板Ｓ１と後行鋼板Ｓ２とが溶接部Ｓ３において溶接されたものであり、加工装置３によって、溶接部Ｓ３から所定の距離Ｌ２だけ離間した位置に溶接部検出用穴Ｓ１ａが形成されるとともに、溶接部Ｓ３を含む鋼板Ｓの幅方向の両端部にノッチＮが形成されて、通板方向に搬送される。なお、距離Ｌ２は、たとえば１５０ｍｍであるが、特に限定はされない。また、溶接部Ｓ３は線状に形成されている。以下では溶接部Ｓ３が形成する線を溶接線と呼ぶ。
【００１７】
図２、３を参照して、段差測定装置４の各構成要素について説明する。距離測定センサ４１は、鋼板Ｓの下方であって、板厚方向において鋼板Ｓから所定の距離Ｌ１だけ離間した位置であり、かつ鋼板Ｓの幅方向の略中央の位置に、鋼板Ｓと対向するように配置されている。また、距離測定センサ４１は、複数のレーザ距離計４１ａが配列長Ｌ３でアレイ状に配列して構成されている。また、レーザ距離計４１ａは、溶接部Ｓ３の溶接線と略直交するように配列している。レーザ距離計４１ａの配列数については、図２では８個を図示しているが、たとえば１０〜２０個とできる。距離Ｌ１は、たとえば２００ｍｍであるが、特に限定はされない。配列長Ｌ３は、通板方向における溶接部Ｓ３の長さよりも長く設定するが、たとえば６０ｍｍである。
【００１８】
なお、レーザ距離計４１ａは、測定対象物にレーザ光を照射するとともに、測定対象物で反射して戻ってきたレーザ光を受光するように構成されている。そして、照射したレーザ光と戻ってきたレーザ光との位相差から、測定対象物までの距離を計測できるものである。
【００１９】
光学式穴検出器４４は、溶接部検出用穴Ｓ１ａが通過する位置の下方に、鋼板Ｓと対向するように配置されている。光学式穴検出器４４は、例えばフォトダイオード等を備え、溶接部検出用穴Ｓ１ａが光学式穴検出器４４の上方を通過した際に溶接部検出用穴Ｓ１ａから漏れる室内灯や検出用の光源等からの光を検出すると検出電流を出力するように構成されている。トリガ信号生成器４３は、光学式穴検出器４４から検出電流が入力されると、トリガ信号Ｓｔ１を出力するように構成されている。
【００２０】
信号処理・制御装置４２は、トリガ信号生成器４３からトリガ信号Ｓｔ１が入力されると、距離測定センサ４１にトリガ信号Ｓｔ２を出力するとともに、距離測定センサ４１からの計測データ信号Ｓｍを受信してＰＣ４５に出力するように構成されている。
【００２１】
つぎに、段差測定装置４を用いた本実施の形態１に係る段差の測定方法について説明する。まず、供給側コイル１から供給された先行鋼板Ｓ１と後行鋼板Ｓ２とがレーザ溶接機２によって溶接されてつなぎ合わされた鋼板Ｓが、加工装置３によって溶接部検出用穴Ｓ１ａとノッチＮとが形成され、段差測定装置４の上方を通過するようにルーパ７へと搬送される。
【００２２】
すると、光学式穴検出器４４が、鋼板Ｓの溶接部検出用穴Ｓ１ａがその上方を通過したことを検出し、検出電流を出力する。トリガ信号生成器４３は、検出電流が入力されて、信号処理・制御装置４２にトリガ信号Ｓｔ１を出力する。信号処理・制御装置４２は、トリガ信号Ｓｔ１が入力されて、距離測定センサ４１にトリガ信号Ｓｔ２を出力する。
【００２３】
つぎに、図４に示すように、距離測定センサ４１の各レーザ距離計４１ａが、トリガ信号Ｓｔ２の入力をトリガとして、同期して距離計測用のレーザ光ＬＬを出射することによって、鋼板Ｓまでの距離を非接触でかつ同時に多点計測する。このように距離測定センサ４１が多点計測した距離によって、鋼板Ｓの溶接部Ｓ３の近傍の表面形状を測定することができる。
【００２４】
つぎに、距離測定センサ４１は、計測データ信号Ｓｍを信号処理・制御装置４２に送信し、信号処理・制御装置４２は、受信した計測データ信号ＳｍをＰＣ４５に出力する。ＰＣ４５は、計測データ信号Ｓｍをもとに溶接部Ｓ３における先行鋼板Ｓ１と後行鋼板Ｓ２との段差量を算出する。
【００２５】
以下、段差量の算出方法について説明する。図５は、距離測定センサ４１によって鋼板Ｓの溶接部Ｓ３以外の平坦部を計測した場合と、溶接部Ｓ３近傍を計測した場合とでの測定結果を示す図である。なお、図５（ａ）は平坦部の測定結果を示し、図５（ｂ）は溶接部Ｓ３近傍の測定結果を示しており、黒丸が測定したデータ点であり、実線はデータ点をつないだものである。また、横軸は溶接部Ｓ３の溶接線と垂直な方向（すなわち本実施の形態１ではレーザ距離計４１ａの配列方向）を示し、縦軸は距離測定センサ４１と鋼板Ｓとの距離の計測結果を示している。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、鋼板Ｓの平坦部を計測した場合は、溶接線と垂直な方向において計測した距離は一定であり、鋼板Ｓの表面が平坦であることが測定される。一方、図５（ｂ）に示すように、溶接部Ｓ３近傍を計測した場合は、計測した距離は溶接部Ｓ３近傍の表面形状を反映して一定ではなくなる。ここで、データ点群Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、それぞれ先行鋼板Ｓ１、後行鋼板Ｓ２、溶接部Ｓ３の表面形状に対応している。この場合、データ点群Ｄ１とデータ点群Ｄ２との計測距離の差から、溶接部Ｓ３における先行鋼板Ｓ１と後行鋼板Ｓ２との段差量Ｂを算出することができる。
【００２７】
ここで、本実施の形態１に係る測定方法では、距離測定センサ４１の各レーザ距離計４１ａが、鋼板Ｓまでの距離を非接触でかつ同時に多点計測し、計測した距離をもとに溶接部Ｓ３における段差を算出するので、鋼板Ｓを搬送中であっても、オンラインで段差量Ｂを正確に測定することができる。
【００２８】
以下、具体的に説明する。上述したように、鋼板Ｓを搬送しながらオンラインで段差量の測定を行おうとすると、鋼板Ｓが搬送時の振動等によって上下動するため、鋼板Ｓと距離測定センサ４１との距離が変動する。
【００２９】
図６は、距離測定センサと鋼板との距離が変動した場合の計測結果を示す図である。図６に示すように、距離測定センサ４１と鋼板Ｓとの距離が近い場合と遠い場合とでは、計測される距離が異なる。しかしながら、本実施の形態１に係る測定方法では、距離を同時に多点計測しているため、計測データ点群は鋼板Ｓの上下動に応じて上下に平行移動するだけであり、このデータ群から算出される段差量Ｂ自体は変化しない。したがって、本実施の形態１によれば、鋼板Ｓが振動しても、その影響を受けずに、オンラインで段差量Ｂを正確に測定することができる。
【００３０】
なお、上記実施の形態では、距離測定センサはレーザ距離計を用いたものであるが、距離測定センサは非接触にて距離を計測できるものであれば特に限定されず、たとえば超音波距離計を用いたものでもよい。
【００３１】
また、上記実施の形態では、溶接部検出用穴が所定の位置を通過したことを検出し、これをトリガとして距離測定センサが同時多点計測を行なうようにしているが、計測開始のトリガは特に限定されない。たとえば、供給側コイルに回転数を検出するセンサを設け、検出した回転数から供給した鋼板の長さを算出し、この長さが所定長に達したときに計測開始のトリガを掛けるようにしてもよい。また、鋼板の表面を撮像する撮像装置を所定の位置に設け、撮像データにより溶接部の通過を検出し、これをもとに計測開始のトリガを掛けるようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施の形態では、距離測定センサのレーザ距離計を、溶接線と略直交するように配列しているが、溶接線を横切る線上において多点計測をすればよいので、たとえばレーザ距離計を溶接線に対して傾斜するように配列してもよい。
【００３３】
また、上記実施の形態では、距離測定センサは、鋼材の幅方向の略中央において多点計測を行なっているので、たとえば連続処理する鋼材の幅を変更する場合でも、そのまま段差量の測定を行なうことができる。ただし、本発明はこれに限らず、多点計測を行う位置は鋼材の幅方向の中央から端部までの間であればよい。なお、段差測定装置全体または距離測定センサが鋼材の幅方向に移動できるような移動機構を設け、鋼材の幅や溶接条件等に応じて多点計測を行なう位置を移動させてもよい。さらには、鋼材の幅方向に複数の距離測定センサを並列配置させて、幅方向の複数個所または幅方向全体にわたって多点計測を行なうようにしてもよい。
【００３４】
また、上記実施の形態では、本発明を圧延処理装置の連続圧延ラインに適用しているが、本発明は酸洗工程、焼鈍工程などの他の連続処理ラインにも適用することができる。また、段差量の測定を行なう位置についても、溶接を行なった後であれば特に限定はされない。
【００３５】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。本実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１  供給側コイル
２  レーザ溶接機
３  加工装置
４  段差測定装置
５、６  ガイドロール
７  ルーパ
８  圧延機
９  巻取側コイル
４１  距離測定センサ
４１ａ  レーザ距離計
４２  信号処理・制御装置
４３  トリガ信号生成器
４４  光学式穴検出器
１００  圧延処理装置
Ｂ  段差量
Ｄ１〜Ｄ３  データ点群
Ｌ１、Ｌ２  距離
Ｌ３  配列長
ＬＬ  レーザ光
Ｎ  ノッチ
Ｓ  鋼板
Ｓ１  先行鋼板
Ｓ１ａ  溶接部検出用穴
Ｓ２  後行鋼板
Ｓ３  溶接部
Ｓｍ  計測データ信号
Ｓｔ１、Ｓｔ２  トリガ信号
【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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