JP3339624B2 - 寸法測定方法 - Google Patents

寸法測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、寸法測定方法に関
し、特に、レーザ距離計を用いて測定対象物の断面形状
や寸法を高精度で測定するのに好適な寸法測定方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】測定対象物、例えばH形鋼では、ウエブ
厚、ウエブ高さ、フランジ厚、フランジ幅、脚長、中心
偏りなど、品質管理上必要とされる製品寸法精度を確保
するために、製品や圧延中間品の寸法や形状を測定し、
この測定データを基に圧延条件を調整することが行われ
ている。
【0003】この測定を行うために、従来、レーザ距離
計を用いた測定装置が用いられている。レーザ距離計は
レーザ光の投光器と受光器とを組み合わせた三角測量機
能を有する計器であり、計器原点から所定の計測方向線
上の被測点(測定対象物におけるレーザ光の到達点)ま
での距離(計測距離)を計測・出力する。被測点が測定
対象物を走査するようにレーザ距離計を走行させること
を、「レーザ距離計で走査する」という。
【0004】そこで、従来、特開平8−327329号公報に
開示されているような、たとえば図6に示すように、搬
送ロール2で支持される形鋼1の上下の空間を横切る軌
道4(添符号a は上、b は下、以下同じ)を延設し、軌
道4に沿わせてレーザ距離計3を往復走行させ、計測角
度θを例えば往路で45°、復路で135 °に設定すること
により形鋼1の断面全輪郭をレーザ距離計3で走査、計
測し、同時に校正片8も走査、計測し、その結果を考慮
して形鋼1の寸法や形状を測定する方法が知られてい
る。
【0005】この場合、計器原点Cと被測点Pとの距離
(計測距離)Lはレーザ距離計3の三角測量機能により
計測され、計測角度θはレーザ距離計3に取り付けた角
度検出器5により計測され、計測位置は、例えば図示の
ように設けたxy座標系での計器原点Cの座標(X,
Y)であり、Y値は上が上下の軌道間隔H、下が0でい
ずれも一定値であり、X値はレーザ距離系3を走行させ
るモータ6の回転数を走行距離に変換するエンコーダ7
等により計測される。
【0006】幾何学的関係から被測点Pの位置座標点
(x,y)は数1式で与えられる。
【0007】
【数1】
【0008】数1式に計測距離(L)、計測位置
((X,Y))、計測角度(θ)を代入して得た被測点
Pの位置座標点(x,y)を往路・復路で走査順につな
ぎ、これらを合成することで形鋼1の断面形状を測定で
きる。そして、かかる合成画像を用いて前記各種寸法を
算出することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この種の測定には種々
の誤差が入り込み、測定精度を悪くする。特に形鋼の寸
法や形状測定では、形鋼が冷却された状態だけでなく高
温の状態でも実施されることが多いので、環境温度の変
動による計測誤差を極力小さく抑える配慮が必要であ
る。この点に関し、例えば特開平7−120224号公報で
は、レーザ距離計を支持する架構に温度検出器を取り付
け、架構の温度変動を検出してその温度変動に伴う熱膨
張によって生じる計測距離のばらつきを吸収することが
開示されている。
【0010】一方、レーザ距離計については、温度によ
って計測距離の誤差が生じることが知られているが、通
常は測定前に誤差発生を抑えるべく校正するだけであ
り、測定中に時々刻々変化する温度変動に伴う誤差を補
正する方法は見当たらない。本発明は、上記の問題点に
鑑み、とくに熱を持った測定対象物に対して生じるレー
ザ距離計の計測距離の誤差を測定中に補正する寸法測定
方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、測定対象物を
レーザ距離計で往復走査、計測して、計測距離、計測位
置および計測角度を採取し、これら計測値を用いて測定
対象物の形状や寸法を算出する寸法測定方法において、
前記測定対象物の傍らに所定形状・寸法の校正片を配置
して測定対象物と一緒に走査、計測するとともに、往復
走査の度毎に、各計測時点でレーザ距離計の温度を検出
し、校正片の計測距離と検出温度を用いて計測距離とレ
ーザ距離計の温度の関係を設定し、その関係を用いて測
定対象物の各計測距離を補正することを特徴とする寸法
測定方法である。
【0012】本発明では、前記校正片の計測距離を少な
くとも2種以上とし、それぞれの計測距離に対し計測距
離とレーザ距離計の温度の関係を設定することが好まし
い。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施形態を示
す説明図であり、図6の従来例と同じ部材には同じ符号
を付し、詳しい説明を省略する。図1では、計測角度θ
を上下とも90°に設定している。図示のように、本発明
では、形鋼(測定対象物)1の傍らに所定形状・寸法の
校正片8を配置して形鋼1と一緒に走査・計測する。こ
の例では校正片8を直方体形状とし、底を水平にして所
定の位置(空間座標値が既知の場所)に1個配置してい
る。また、校正片8を形鋼1の一方の側に1個配置して
いるが、他方の側にもう1個配置してもよい。
【0014】そして、温度センサ(例えば抵抗温度計)
9をレーザ距離計3に装着して、往復走査の度毎に、各
計測時点でのレーザ距離計の温度を検出する。これによ
り、校正片と測定対象物とについての計測距離とレーザ
距離計の温度(以下単に温度と略す)のデータが得ら
れ、例えば上の軌道の往路、復路で得られた校正片の同
一面(レーザ距離計からの垂直距離が一定)に対する計
測距離と温度のデータを(Lo ,To )、(Lf ,Tf
)、測定対象物に対する計測距離と温度のデータを
(Li ,Ti ;i= 1〜n )とする。
【0015】校正片に対する計測距離と温度のデータか
ら計測距離Lと温度Tの関係を直線近似すると数2(1)
式で表される。
【0016】
【数2】
【0017】数2(1) 式の関係は測定対象物でも成立す
ると考えられるから、温度Ti での計測距離がLi であ
る測定対象物がたとえば基準とする温度Tc で計測され
たとすれば、そのときの計測距離Lciは数2(2) 式で表
される。そこで、本発明では、数2(2) 式を用いて測定
対象物の計測距離(Li ;i= 1〜n )を温度Tc で計測
されたとする値Lciに補正する。
【0018】図2は、上記の直線近似による計測距離補
正方法の説明図である。図示のように、この方法は、T
L座標平面内で点(Ti ,Li )を通り直線m1(数2
(1) 式)に平行な直線m2(数2(2) 式)を引き、この直
線m2と直線T=Tc との交点のL座標値Lciを、Li を
補正した値として採用するものである。また、本発明で
は、校正片を測定対象物の向こう側にもう一つ配置し、
往復走査の中間で該校正片についてもデータ(Lm ,T
m )を採取し、これを前記データ(Lo ,To )、(L
f ,Tf )に付加し、図3に示すように、これら3点の
データから校正片における計測距離Lと温度Tの関係を
曲線c1で近似し、この曲線c1を点(Ti ,Li )を通る
ように平行移動して得られた曲線c2と直線T=Tc との
交点のL座標値LciにLi を補正してもよい。
【0019】上述のように、本発明によれば、測定対象
物の走査中にレーザ距離計の温度が変動しても、校正片
によってその場で計測距離に対する温度の影響を評価し
て、その影響を打ち消すような補正を施すことができる
ので、温度変動による計測距離の誤差を補正することが
できるようになり、形鋼製品の形状・寸法精度を向上さ
せることができる。
【0020】一方、レーザ距離計は、測定対象物間隔と
の距離が変わると計測距離の誤差の量も変わる。そのた
め、計測距離の誤差をさらに小さくするためには、これ
も考慮した補正を加えるのが好ましい。そこで、本発明
では、さらなる好適形態として、たとえば前記校正片を
階段形状として、校正片の計測距離を2種以上とし、そ
れぞれの計測距離に対する計測距離と温度の関係を用い
て後述のように補正することにより、計測距離の誤差の
補正をより確実に行うことができる。
【0021】図4は、階段形状の校正片を用いた本発明
実施形態の一例を示す説明図であり、校正片8を、高さ
の異なる水平面(階)10〜12を有し隣接階が段(垂直
面)で連結された階段形状としている。階数は校正片全
体で2つ以上であれば特に限定されない。なお、図4に
おいて、図1と同一または相当部分には同じ符号を付し
説明を省略する。また、上に面した階のみ図示したが、
この例では図示の階と上下対称な下に面した階も有す
る。
【0022】これにより、往路、復路での校正片に係る
計測距離Lと測定時の温度Tが各階毎に得られ、これら
のデータから計測距離Lの温度Tに関する校正線が、例
えば図5に示すようにTL座標平面内の直線m10 〜m12
(m10, m11, m12 は図4の階10,11,12に関するデータ
に対応する)として各階毎に得られる(図5のプロット
(黒点)が測定データ)。
【0023】これら校正線を用いて測定対象物の計測距
離(Li ;i= 1〜n )を基準温度Tc に対応する値Lci
に補正するには、図5において、点(Ti ,Li )を通
る直線m0を引き、この直線m0と直線T=Tc との交点の
L値を求めるという手法によるが、直線m0の勾配を決め
るにあたり、例えば点(Ti ,Li )との距離の昇順に
2本の校正線(図5では直線m11 、m10 )を選択し、こ
れら校正線が平行なら直線m0もこれらに平行とし、非平
行ならそれらの交点を通るようにする。
【0024】なお、校正片での計測距離は、レーザ距離
計の機器固有誤差(同一測定条件下での計測値のばらつ
き)を考慮して、同一面の走査時に複数点採取しその平
均値を採用することが好ましい。
【0025】
【実施例】(実施例1)実施例1では、H形鋼熱間圧延
ラインにおいて、図1に示した形態でH形鋼の形状測定
を行った。レーザ距離計は三角測量機能を有するものを
使用し、その保護筐体内にはエアを流して塵埃侵入や熱
損傷を防止している。レーザ距離計の温度は、計器原点
から半径200 mmの保護筐体内部に取り付けた抵抗温度計
により検出した。校正片はステンレス製の直方体であ
り、往路起点側の所定位置に配置し、内部水冷により温
度を20℃に保持した。なお、計測距離のサンプリング周
期は2msとし、レーザ距離計毎の計測点数は1往復の合
計で約300 点とした。計測距離補正方法は図2に示した
直線近似方法とした。
【0026】この結果、ウエブ厚測定値のばらつきが、
従来(図6の形態)実績の±300 μm 程度から、±250
μm 程度へと減少した。 (実施例2)実施例2では、実施例1と同ラインにて、
図4に示した形態でH形鋼の形状測定を行った。ここで
は図4に示す階段形状の校正片を用い、計測距離補正方
法は図5に示した直線近似方法とした。これ以外の諸条
件は実施例1と同じにした。
【0027】この結果、ウエブ厚測定値のばらつきが、
±200 μm 程度へと、実施例1よりもさらに減少した。
なお、上記の実施例では測定対象物をH形鋼としたが、
本発明は、これ以外の形鋼(L形鋼、I形鋼、C形鋼、
不等片山形鋼など)はもちろん、どんな形状、材質の測
定対象物に対しても適用可能である。
【0028】
【発明の効果】かくして本発明によれば、測定環境温度
の変動によるレーザ距離計の計測距離の誤差を測定中に
補正できるようになり、測定対象物の形状・寸法精度が
向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す説明図である。
【図2】図1の形態での直線近似による計測距離補正方
法の説明図である。
【図3】図1の形態での曲線近似による計測距離補正方
法の説明図である。
【図4】階段形状の校正片を用いた本発明実施形態の一
例を示す説明図である。
【図5】図4の形態での直線近似による計測距離補正方
法の説明図である。
【図6】従来の形鋼断面形状測定方法の一例を示す説明
図である。
【符号の説明】
1 形鋼(測定対象物) 2 搬送ロール 3 レーザ距離計 4 軌道 5 角度検出器 6 モータ 7 エンコーダ 8 校正片 9 温度センサ(抵抗温度計) 10,11,12 階
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−120224(JP,A) 特開 平9−21616(JP,A) 特開 平6−265326(JP,A) 特開 平7−83650(JP,A) 特開 平7−134006(JP,A) 特開 平9−101390(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定対象物をレーザ距離計で往復走査、
    計測して、計測距離、計測位置および計測角度を採取
    し、これら計測値を用いて測定対象物の形状や寸法を算
    出する寸法測定方法において、前記測定対象物の傍らに
    所定形状・寸法の校正片を配置して測定対象物と一緒に
    走査、計測するとともに、往復走査の度毎に、各計測時
    点でレーザ距離計の温度を検出し、校正片の計測距離と
    検出温度を用いて計測距離とレーザ距離計の温度の関係
    を設定し、その関係を用いて測定対象物の各計測距離を
    補正することを特徴とする寸法測定方法。
  2. 【請求項2】 前記校正片の計測距離を少なくとも2種
    以上とし、それぞれの計測距離に対し計測距離とレーザ
    距離計の温度の関係を設定することを特徴とする請求項
    1記載の寸法測定方法。
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