Ｈ形鋼の断面寸法測定方法

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【発明の名称】	Ｈ形鋼の断面寸法測定方法
【発明者】	【氏名】前田孝三
【要約】	【課題】Ｈ形鋼の測定時にフランジの傾きとウエブの傾きが複合的に発生しても精度良く各部の寸法が測定できるＨ形鋼の断面寸法測定方法。【解決手段】複数のスキャン型レーザー距離計３～１２を同一平面上にＨ形鋼１の断面を囲むように配置して、各々のレーザー距離計のスキャンによる前記Ｈ形鋼までの距離と角度から測定点の各座標を求め、これらの座標データからウエブ面のプロフィールデータの直線近似線及びフランジ内側のプロフィールデータの直線近似線を求め、これら２つのプロフィールデータの直線近似線を用いてフランジの厚さ、フランジ上部又は下部の脚長及びフランジ幅を求める。

【特許請求の範囲】
【請求項１】複数のスキャン型レーザー距離計を同一平面上にＨ形鋼の断面を囲むように配置して、各々のレーザー距離計のスキャンによる前記Ｈ形鋼までの距離と角度から測定点の各座標を求め、これらの座標データから前記Ｈ形鋼の各種断面寸法を測定する方法において、前記複数のうちのいずれかのスキャン型レーザー距離計のスキャンにより得た各座標データからフランジ内側のプロフィールデータの直線近似線を求め、この直線近似線に対してフランジ外側の測定点から垂線を下し、前記フランジ外側の測定点から前記直線近似線までの垂線の長さをフランジ厚さとすることを特徴とするＨ形鋼の断面寸法測定方法。
【請求項２】複数のスキャン型レーザー距離計を同一平面上にＨ形鋼の断面を囲むように配置して、各々のレーザー距離計のスキャンによる前記Ｈ形鋼までの距離と角度から測定点の各座標を求め、これらの座標データから前記Ｈ形鋼の各種断面寸法を測定する方法において、前記複数のうちのいずれかのスキャン型レーザー距離計のスキャンにより得た各座標データからウエブ面のプロフィールデータの直線近似線及びフランジ内側のプロフィールデータの直線近似線を求め、また前記各座標データからフランジ上部又は下部の足先の測定点座標を求めて、前記フランジ内側のプロフィールデータの直線近似線を前記フランジ上部又は下部の足先の測定点座標を通るように平行移動させ、前記ウエブ面のプロフィールデータの直線近似線と交わる交点座標を求めて、前記フランジ上部又は下部の足先の測定点座標から前記交点座標までの直線長さをフランジ上部又は下部の脚長とすることを特徴とするＨ形鋼の断面寸法測定方法。
【請求項３】複数のスキャン型レーザー距離計を同一平面上にＨ形鋼の断面を囲むように配置して、各々のレーザー距離計のスキャンによる前記Ｈ形鋼までの距離と角度から測定点の各座標を求め、これらの座標データから前記Ｈ形鋼の各種断面寸法を測定する方法において、前記請求項２に記載の方法により前記Ｈ形鋼のフランジ上部のフランジ脚長とフランジ下部のフランジ脚長をそれぞれ求め、前記上部と下部のフランジ脚長の和にウエブ厚さを加算した長さをフランジ幅とすることを特徴とする請求項２記載のＨ形鋼の断面寸法測定方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数のスキャン型レーザー距離計を同一平面上にＨ形鋼の断面を囲むように配置して、各々のレーザー距離計のスキャンによる前記Ｈ形鋼までの距離と角度から測定点の各座標を求め、これらの座標データから前記Ｈ形鋼の各種断面寸法を測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】複数の距離計を同一平面上にＨ形鋼の断面を囲むように配置して、走間中のＨ形鋼の寸法を測定する場合、搬送で生じる振動や傾きによって測定誤差が発生する。このため、寸法測定のほか傾きを測定する手段が必要となる。
【０００３】前記傾き補正手段は、例えば特開平８－２７１２２６号公報（以下公知文献１という）に開示されている。前記公知文献１によれば、Ｈ形鋼の上下方向に対向配置された２次元レーザ距離センサと１次元レーザ距離センサを用いて、Ｈ形鋼のフランジ幅、脚長、中心偏りなどの断面寸法を測定する際に、外面形状センサを用いてフランジ外面の形状を測定し、この形状測定結果からフランジ傾き角度を演算し、この傾き角度に基づいて断面寸法の測定値を補正するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公知文献１による測定方法は、フランジの傾きを測定する専用の外面形状センサとフランジ傾き角度演算装置と測定寸法補正装置が必要で、装置が高価になるばかりか外面形状センサの測定誤差が寸法測定誤差につながる。また、フランジの傾きをフランジの両エッジの中心座標の上下で個別に求め、寸法演算装置の各測定寸法を補正することになっているが具体的な記載がない。さらに前記公知文献１による測定方法は、フランジの傾きや形状によって各種断面寸法を補正するが、ウエブに傾きが発生したり、フランジの傾きとウエブの傾きが複合的に発生した場合においては、正確な補正ができない。走間中のＨ形鋼はフランジの傾きとウエブの傾きが複合的に発生しながら搬送されているものと考えられ、このような状態で断面寸法を測定する場合、高精度での測定は望めない等の問題点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係るＨ形鋼の断面寸法測定方法は、複数のスキャン型レーザー距離計を同一平面上にＨ形鋼の断面を囲むように配置して、各々のレーザー距離計のスキャンによる前記Ｈ形鋼までの距離と角度から測定点の各座標を求め、これらの座標データから前記Ｈ形鋼の各種断面寸法を測定する方法において、前記複数のうちのいずれかのスキャン型レーザー距離計のスキャンにより得た各座標データからフランジ内側のプロフィールデータの直線近似線を求め、この直線近似線に対してフランジ外側の測定点から垂線を下し、前記フランジ外側の測定点から前記直線近似線までの垂線の長さをフランジ厚さとするものである。
【０００６】本発明の請求項２に係るＨ形鋼の断面寸法測定方法は、複数のスキャン型レーザー距離計を同一平面上にＨ形鋼の断面を囲むように配置して、各々のレーザー距離計のスキャンによる前記Ｈ形鋼までの距離と角度から測定点の各座標を求め、これらの座標データから前記Ｈ形鋼の各種断面寸法を測定する方法において、前記複数のうちのいずれかのスキャン型レーザー距離計のスキャンにより得た各座標データからウエブ面のプロフィールデータの直線近似線及びフランジ内側のプロフィールデータの直線近似線を求め、また前記各座標データからフランジ上部又は下部の足先の測定点座標を求めて、前記フランジ内側のプロフィールデータの直線近似線を前記フランジ上部又は下部の足先の測定点座標を通るように平行移動させ、前記ウエブ面のプロフィールデータの直線近似線と交わる交点座標を求めて、前記フランジ上部又は下部の足先の測定点座標から前記交点座標までの直線長をフランジ上部又は下部の脚長とするものである。
【０００７】本発明の請求項３に係るＨ形鋼の断面寸法測定方法は、複数のスキャン型レーザー距離計を同一平面上にＨ形鋼の断面を囲むように配置して、各々のレーザー距離計のスキャンによる前記Ｈ形鋼までの距離と角度から測定点の各座標を求め、これらの座標データから前記Ｈ形鋼の各種断面寸法を測定する方法において、前記請求項２に記載の方法により前記Ｈ形鋼のフランジ上部のフランジ脚長とフランジ下部のフランジ脚長をそれぞれ求め、前記上部と下部のフランジ脚長の和にウエブ厚さを加算した長さをフランジ幅とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明のＨ形鋼の断面寸法測定方法を適用した実施形態に係る測定装置の構成の説明図であり、図２はＨ形鋼の断面寸法を演算するための２次元座標を示す図である。また図３は本発明のＨ形鋼の断面寸法測定方法のうちウエブ厚さの測定の説明図であり、図４は本発明のＨ形鋼の断面寸法測定方法のうちフランジ脚長とフランジ幅とフランジ厚さの測定の説明図である。
【０００９】図１において、１は断面方向に搬送中のＨ形鋼、２はＨ形鋼の断面寸法測定装置のＣ形フレーム構造の測定台車で下部に配置された車輪で移動可能である。３は前記Ｃ形フレームの上側フレームの先端部に設けられている昇降機構、４はＣ形フレームの上側フレームの基部に設けられている昇降機構であり、前記昇降機構３および４はＨ形鋼１の断面寸法測定中は下降し非測定中は上昇する。５，６，７は前記Ｃ形フレーム先端部の昇降機構３の内部に設けられているスキャン型レーザー距離計、８，９，１０は前記Ｃ形フレーム基部の昇降機構４の内部に設けられているスキャン型レーザー距離計、１１，１２は前記Ｃ形フレームの下側フレームに設けられているスキャン型レーザー距離計、１３は前記Ｃ形フレームの上側フレームに設けられている光波測距式のレーザー距離計、１４は前記Ｃ形フレームの下側フレームに設けられている光波測距式のレーザー距離計である。前記レーザー距離計５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４はＨ形鋼１の断面を囲むように同一平面上に配置されている。
【００１０】そしてＨ形鋼１の断面寸法測定中は、レーザー距離計７とレーザー距離計１０の測定値が同じ値になるように、測定台車２の位置を制御し常に前記Ｈ形鋼１が測定空間の中央にくるようにしている。レーザー距離計５は、Ｈ形鋼１のウエブ上面の中央付近を起点に対向する一方の上部フランジ内側をスキャンしながらレーザー光を照射し、スキャンした範囲の距離を測定する。レーザー距離計６は前記Ｈ形鋼１の手前側の一方のフランジ外側の上部１／４の点にレーザー光を照射し、照射点までの距離を測定する。レーザー距離計７は前記Ｈ形鋼１の手前側の一方のフランジ外側の下部１／４の点にレーザー光を照射し、照射点までの距離を測定する。レーザー距離計８はＨ形鋼１のウエブ上面の中央付近を起点に対向する他方の上部フランジ内側をスキャンしながらレーザー光を照射し、スキャンした範囲の距離を測定する。レーザー距離計９は前記Ｈ形鋼１の手前側の他方のフランジ外側の上部１／４の点にレーザー光を照射し、照射点までの距離を測定する。レーザー距離計１０は前記Ｈ形鋼１の手前側の他方フランジ外側の下部１／４の点にレーザー光を照射し、照射点までの距離を測定する。
【００１１】レーザー距離計１１はＨ形鋼１のウエブ下面の中央付近を起点に対向する一方の下部フランジ内側をスキャンしながらレーザー光を照射し、スキャンした範囲の距離を測定する。レーザー距離計１２はＨ形鋼１のウエブ下面の中央付近を起点に対向する他方の下部フランジ内側をスキャンしながらレーザー光を照射し、スキャンした範囲の距離を測定する。レーザー距離計１３は前記Ｈ形鋼のウエブ上面中央にレーザー光を照射し、照射点までの距離を測定する。レーザー距離計１４は前記Ｈ形鋼のウエブ下面中央にレーザー光を照射し、照射点までの距離を測定する。
【００１２】図５はスキャン型レーザー距離計の説明図であり、図６はガルバノミラーの入力電圧と振れ角度との関係を示す図である。図５、６を参照し、スキャン型レーザー距離計を先に説明する。スキャン型レーザー距離計は、周知構造のスポット型で光波測距式のレーザー距離測定装置２２の前方にガルバノミラー２３を配置し、このガルバノミラー２３を振動させることによって、照射されるレーザー光をスキャンしている。前記レーザー距離測定装置２３は、測定箇所に照射するレーザー光と、測定箇所から反射するレーザー光の位相の差から、実際の距離を極めて高い精度で測定できるものである。
【００１３】一方、前記ガルバノミラー２３は、図６に示すように、ガルバノミラー２３に加える電圧によってその振れ角度θが変位するもので、例えば、電圧Ｖ₁～Ｖ₄の場合には、それぞれの電圧に比例してその振れ角度がθ₁～θ₄に変わるものである。従って、最初の所定時間（時刻ｔ₀～ｔ₁）間で電圧をＶ₁からＶ₃に一次元的に上げると、ガルバノミラー２３がθ₁ からθ₃の位置に徐々に角度を振り、次の所定時間（時刻ｔ₁～ｔ₂）間でその電圧をＶ₃からＶ₁に下げると、ガルバノミラー２３がθ₃からθ₁に首を振ることになり、これらの交番電圧を与えると、ガルバノミラー２３が振動的に首を振って、ガルバノミラー２３からの反射レーザー光が２（θ₃－θ₁）の変位でスキャンすることになる。
【００１４】従って、図５に示すように、レーザー距離測定装置２２の前方に配置されるガルバノミラー２３のスキャン中心位置Ｐ₀（ｘ₀、ｙ₀）は決まっているので、ガルバノミラー２３から対象物２４までの距離、及びレーザー光のスキャン角度に比例するガルバノミラー２３の入力電圧Ｖが分かっていれば、スキャンされたレーザー光が照射した位置が連続的に測定できることになる。
【００１５】ここでレーザー距離測定装置２２のスキャン角度（θ₃－θ₁）の状態から、（θ₄－θ₂）の状態に変えようと思う場合には、図６に示すように、ガルバノミラー２３の入力電圧を（Ｖ₄－Ｖ₂）間で制御すればよいことになり、その動作が極めて簡単であり、レーザー距離測定装置２２自体の取付け角度を物理的に動かす必要がなく変えることができる。
【００１６】図１のスキャン型レーザー距離計５～７、８～１０、１１及び１２は、上記のようにスキャンしながらレーザー光を照射し、このスキャンした範囲の距離を測定する。またレーザー距離計１３及び１４は、スキャン型を用いてもよいが、本実施形態ではスキャンをさせないで、一定方向（図２のＹ軸方向）のみの距離を測定している。
【００１７】前述のように測定したレーザー距離計５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４の距離データは、図２に示す２次元座標系に座標データとして変換する。２次元座標系は図２の如くＨ形鋼の中央の垂直線をＹ軸、前記Ｈ形鋼が搬送される際のパスライン位置の水平線をＸ軸としている。次に各部寸法の演算方法を説明するが、まず、ウエブ厚さの演算方法について説明する。図３においては、Ｈ形鋼１のウエブ上面にレーザー距離計１３から照射した点をウエブ上面特定点座標Ｕとし、前記Ｈ形鋼１のウエブ下面にレーザー距離計１４から照射した点をウエブ下面特定点座標Ｌとし、前記ウエブ上面特定点座標Ｕとウエブ下面特定点座標Ｌ間の長さをウエブ厚さとする。
【００１８】次に、フランジ脚長の演算方法について説明する。フランジ脚長の測定は４箇所あるが、上部フランジ脚長の１箇所のみ説明する。図４において、レーザー距離計５のレーザービームをＨ形鋼１のウエブ上面から対向する上部フランジ内側を連続的にスキャンすると、ＰＵのようなプロフィールデータを得る。まず前記プロフィールデータＰＵのフランジ内側直線範囲のデータを最小二乗法で近似した近似直線Ｌｃを求める。次に前記プロフィールデータＰＵのウエブ上面直線範囲のデータを最小二乗法で近似した近似直線Ｌａを求める。次に前記プロフィールデータＰＵのＹ座標の最大値の座標をフランジ上部の足先Ａとして特定する。次に前述で求めたフランジ内側の近似直線ＬｃをＸ座標方向にフランジ上部足先特定点Ａを通るように平行移動させ直線Ｌｅとし、前記直線Ｌｅとウエブ上面の近似直線Ｌａとの交点座標Ｃを求める。そしてフランジ上部の脚長は、フランジ上部足先特定点の座標Ａと、前記直線Ｌｅとウエブ上面の近似直線Ｌａとの交点座標Ｃとの間の長さで求める。
【００１９】次に、フランジ幅の演算方法について説明する。フランジ幅の測定は２箇所あるが一方のフランジ幅のみ説明する。図４において、レーザー距離計１１のレーザービームをＨ形鋼１のウエブ下面中央付近を起点に対向するフランジ下部内側を連続的にスキャンすると、ＰＬのようなプロフィールデータを得る。まず前記プロフィールデータＰＬのフランジ内側直線範囲のデータを最小二乗法で近似した近似直線Ｌｄを求める。次に前記プロフィールデータＰＬのウエブ下面直線範囲のデータを最小二乗法で近似した近似直線Ｌｂを求める。次に前記プロフィールデータＰＬのＹ座標の最小値の座標をフランジ下部足先Ｂとして特定する。次に前述で求めたフランジ内側の近似直線ＬｄをＸ座標方向にフランジ下部足先特定点Ｂを通るように平行移動させ直線Ｌｆとし、前記直線Ｌｆとウエブ下面の近似直線Ｌｂとの交点座標Ｄを求める。次にフランジ下部足先特定点の座標Ｂと、前記直線Ｌｆとウエブ下面の近似直線Ｌｂとの交点座標Ｄとの間の長さで下部フランジ脚長を求め、この下部フランジ脚長に前述で求めた上部フランジ脚長とウエブ厚さを加算してフランジ幅とする。
【００２０】次にフランジ厚さの演算方法について説明する。フランジ厚さの測定は４箇所あるが上部フランジ厚さの１箇所のみ説明する。前記Ｈ形鋼１のフランジ外側で幅方向１／４の点にレーザー距離計９から照射した点をフランジ外側の特定点座標Ｅとし、前述で求めたフランジ内側の近似直線Ｌｃに対して垂直を下ろし、フランジ内側の特定点Ｇとして、前記フランジ外側の特定点座標Ｅとフランジ内側の特定点座標Ｇとの間の長さをフランジ厚さとする。
【００２１】以上説明した本実施形態においては、複数のスキャン型レーザー距離計を同一平面上にＨ形鋼の断面を囲むように配置して、各々のレーザー距離計のスキャンによる前記Ｈ形鋼までの距離と角度から測定点の各座標を求め、これらの座標データからウエブ面のプロフィールデータの直線近似線及びフランジ内側のプロフィールデータの直線近似線を求め、これら２つのプロフィールデータの直線近似線を用いてフランジの厚さ、フランジ上部又は下部の脚長及びフランジ幅を求めるようにしている。そして前記ウエブ面のプロフィールデータの直線近似線及びフランジ内側のプロフィールデータの直線近似線には、被測定材の傾きに応じた情報が含まれており、この情報を直接寸法演算に使用することによって、オンライン測定時にフランジの傾きとウエブの傾きが複合的に発生しても、上記各部の断面寸法が正確に測定できる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明のＨ形鋼の断面寸法測定方法によれば、複数のスキャン型レーザー距離計を同一平面上にＨ形鋼の断面を囲むように配置して、各々のレーザー距離計のスキャンによる前記Ｈ形鋼までの距離と角度から測定点の各座標を求め、これらの座標データから前記Ｈ形鋼の各種断面寸法を測定する方法において、前記複数のうちのいずれかのスキャン型レーザー距離計のスキャンにより得た各座標データからウエブ面のプロフィールデータの直線近似線及びフランジ内側のプロフィールデータの直線近似線を求め、これら２つのプロフィールデータの直線近似線を用いてフランジの厚さ、フランジ上部又は下部の脚長及びフランジ幅を算出するようにしたので、圧延中又は走行中のオンライン測定時にフランジの傾きとウエブの傾きが複合的に発生しても、各部の断面寸法が正確に測定できるので、精度の良い測定結果が安定して得られる。

【出願人】	【識別番号】０００００４１２３【氏名又は名称】日本鋼管株式会社
【出願日】	平成１２年１月１３日（２０００．１．１３）
【代理人】	【識別番号】１０００６１２７３【弁理士】【氏名又は名称】佐々木宗治（外３名）
【公開番号】	特開２００１－１９４１２０（Ｐ２００１－１９４１２０Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】	特願２０００－４１９２（Ｐ２０００－４１９２）