JP2012148355A - 剪断装置のナイフギャップ測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】危険な部位に立ち入ることを無くして安全にナイフギャップを測定することができ、且つ精度も高い剪断装置のナイフギャップの測定方法を提供する。
【解決手段】固定刃４又は可動刃３の内側面４ａ，３ａに接触可能な基準面１２ａを持つ測定冶具１１を用意する。固定刃４又は可動刃３から測定冶具１１の基準面１２ａの一部が露出するように、固定刃４又は可動刃３の内側面４ａ，３ａに測定冶具１１を着脱可能に取り付ける。測定冶具１１の基準面１２ａの一部と直交する方向に配置されたセンサ１８によって、測定冶具１１の基準面１２ａまでの距離ａを測定する。センサ１８が測定した測定冶具１１の基準面１２ａまでの距離ａに基づいて、ナイフギャップｇを算出する。
【選択図】図６

Description

本発明は、剪断装置の固定刃の内側面と可動刃の内側面との間のナイフギャップを測定するナイフギャップの測定方法および測定装置に関する。

固定刃に向かって可動刃を移動させてワークを剪断する剪断装置として、鋼板を切断するアップカットシャー、ダウンカットシャー、ドラムシャー、及びトリマ等のシャーが知られている。例えば、厚板を製造する製鉄所の厚板工場では、所定の厚さに圧延された鋼板の形状を矩形にすべく、幅方向の両端部をダウンカットシャーであるサイドシャーで切断し、長手方向の両端部をダウンカットシャーであるエンドシャー切断している。他方、薄板を製造する製鉄所の薄板工場では、ホットコイルから切板を切り出すために、アップカットシャーであるストップカットシャー又はアップカットシャーであるダイカットシャーを使用している。

剪断装置の一種であるダウンカットシャーは、固定刃としての下刃と、固定刃に向かって下降する可動刃としての上刃と、を備える。下刃は、その側面を垂直にしてフレームに固定される。上刃は、その側面を垂直にしてフレームに上下方向にスライド可能にガイドされる。下刃と上刃との間には、鋼板がテーブルローラ等の送り装置により送り込まれる。油圧シリンダ、ラックギヤ、ウォームギヤ、クランク機構等の駆動装置によって上刃を下降させると、鋼板が下刃と上刃との間に挟まれて剪断される。

剪断面の品質に最も影響を及ぼす因子として、ナイフギャップがある。下刃の内側面と上刃の内側面とは所定の隙間を空けて平行であり、この隙間がナイフギャップと呼ばれる。ナイフギャップが過大だったり、小さ過ぎたりする場合には、鋼板の剪断面にたれ、かえり、機械割れ等の形状不良が発生するので、ナイフギャップは最適値になるように調節されている。ナイフギャップの最適値は、鋼板の板厚、鋼板の強度、温度等によって決定される。

ナイフギャップを最適値に調節するためには、ナイフギャップを正確に測定する必要がある。従来のナイフギャップの測定方法として、測定対象部位ごとに、人が隙間測定用のシックネスゲージ、テーパーゲージ、ダイヤルゲージ、インサイドマクロメータ、シリンダーゲージ等の測定具を用いて上下のナイフ間やナイフホルダ間の寸法を測定する方法が知られている。この測定方法は人が測定具を持って直接ナイフギャップを測定する方法であり、装置内に立ち入って、狭隘部に潜り込む作業になる。剪断装置内は危険なライン内であったり、開口部や滑りやすい等の危険な箇所が多かったりするので、危険度の高い不安全な作業になる。また、悪環境下でギャップ値を読み取る方法であるので、測定誤差が大きく、個人差があるという問題もあった。

このような問題を解決するため、特許文献１には、手作業による危険なナイフギャップの測定の代わりに、非接触の距離計を用いたナイフギャップ測定方法が提案されている。当該特許文献１では、下刃の側方及び上刃の側方に非接触に下刃測定用距離計及び上刃測定用距離計を配置し、下刃測定用距離計が測定した下刃の外側面までの距離、及び上刃測定用距離計が測定した上刃の内側面までの距離に基づいてナイフギャップを測定している。すなわち、下刃測定用距離計が測定した下刃の外側面までの距離に下刃の厚みを合算して下刃の内側面までの距離とみなし、上刃測定用距離計が測定した上刃の内側面までの距離からこの合算値を減算することによって、ナイフギャップを算出している。

他方、特許文献２には、手作業によるナイフギャップの測定方法であるが、下刃の内側面に所定の厚みの円板を磁石を用いて着脱可能に吸着させ、上刃の外側面と円板の外側面が同一レベルになるように厚さを異ならせた円板を順次選定し、選定した円板の厚みからナイフギャップを算出する測定方法が記載されている。例えば上刃の幅が１０±０ｍｍに対して円板の板厚が１０＋０．０１０ｍｍであれば、ナイフギャップは＋０．０１０ｍｍと算出される。

特開平６−２６２４２５号公報 実開昭５７−１０５１２０号公報

しかし、特許文献１に記載の測定方法にあっては、下刃測定用距離計が測定した下刃の外側面までの距離に下刃の厚みを合算した値を下刃の内側面の位置とみなしている。このため、下刃の外側面までの距離をいくら正確に測定したとしても、下刃の厚みに誤差があれば、下刃の内側面の位置を正確に測定することができない。特に下刃が摩耗したときは、下刃の厚みも変化する。さらに、ナイフギャップの測定にあたり、上刃用と下刃用の二つの距離計が必要であるという問題もある。

他方、特許文献２に記載の測定方法にあっては、厚みの異なる円板を順次選定する作業は手間のかかる作業になるし、従来の手作業による測定方法と同様に危険度の高い作業となる。

そこで本発明は、危険な部位に立ち入ることを減らして安全にナイフギャップを測定することができ、且つ精度も高い剪断装置のナイフギャップ測定方法および測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の一態様は、固定刃に向かって可動刃を移動させてワークを剪断する剪断装置における、固定刃の内側面と可動刃の内側面との間のナイフギャップを測定するナイフギャップ測定方法であって、前記固定刃又は前記可動刃の内側面に接触可能な基準面を持つ測定冶具を用意する工程と、前記固定刃又は前記可動刃から前記測定冶具の基準面の一部が露出するように、前記固定刃又は前記可動刃の内側面に前記測定冶具を着脱可能に取り付ける冶具取付け工程と、前記測定冶具の基準面の一部と直交する方向に配置されたセンサによって、前記測定冶具の基準面の一部までの距離を測定する基準面測定工程と、を備え、前記センサが測定した前記測定冶具の基準面の一部までの距離に基づいて、ナイフギャップを算出する剪断装置のナイフギャップ測定方法である。

本発明の他の態様は、固定刃に向かって可動刃を移動させてワークを剪断する剪断装置における、固定刃の内側面と可動刃の内側面との間のナイフギャップを測定するナイフギャップ測定装置であって、前記固定刃又は前記可動刃の内側面に接触可能な基準面を有すると共に、この基準面の一部が露出するように前記固定刃又は前記可動刃の内側面に着脱可能に取り付けられる測定冶具と、前記測定冶具の基準面の一部と直交する方向に配置され、前記測定冶具の基準面の一部までの距離を測定するセンサと、を備え、前記センサが測定した前記測定冶具の基準面の一部までの距離に基づいて、ナイフギャップを算出する剪断装置のナイフギャップ測定装置である。

本発明によれば、固定刃の内側面の位置が測定冶具の基準面の位置に転写される（言い換えれば、固定刃の内側面が固定刃から露出する測定冶具の基準面に延長される）ので、測定冶具の基準面の位置を測定することによって、固定刃の内側面の位置を測定することができる。このため、ナイフギャップを正確に測定することができる。また、センサ及び測定冶具を用いてナイフギャップを測定するので、危険な部位に立ち入ることを減らして安全にナイフギャップを測定することができる。

剪断装置の概要を示す正面図 ワーク剪断時の下刃と上刃の位置関係を示す正面図 ワーク剪断時の下刃と上刃の位置関係を示す側面図 測定冶具を示す図（図４（ａ）は側面図を示し、図４（ｂ）は正面図を示す） 本発明の一実施形態のナイフギャップ測定方法の工程図（図中（ａ）は測定冶具の基準面の位置を測定している状態を示し、図中（ｂ）は上刃の位置を測定している状態を示す） ナイフギャップの測定方法の原理を示す概念図

以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態における剪断装置のナイフギャップ測定装置を詳細に説明する。図１は剪断装置の一例であるダウンカットシャーの構造を示す模式図を示し、図２は固定刃としての下刃及び可動刃としての上刃の模式図を示す。図１において、１はダウンカットシャー、２は上刃ホルダ、３は上刃、４は下刃、５は下刃ホルダ、６は上刃ホルダを鉛直方向へ移動させる切断用駆動装置、７は鋼板、８はフレームを示す。

上刃３は細長い直方体形状に形成される。上刃３には、その下端部の長手方向すなわち刃幅方向に伸びる稜に刃が加工されている。正面からみて上刃３は所定のレーキ角θを有するように傾けられる。上刃３は上刃ホルダ２にボルト等の結合手段によって交換可能に保持される。門型のフレーム８には切断用シリンダ装置、クランク機構等の切断用駆動装置６が取り付けられていて、駆動装置６の下端には上刃ホルダ２が取り付けられる。上刃ホルダ２は門型のフレーム８に鉛直方向に移動可能にガイドされる。上刃ホルダ２に保持される上刃３は、駆動装置６によって鉛直方向に上下させられる。

下刃４は細長い直方体形状に形成される。下刃４には、その上端部の長手方向すなわち刃幅方向に伸びる稜に刃が加工されている。下刃４は下刃ホルダ５にボルト等の結合手段によって交換可能に保持される。下刃ホルダ５はフレーム８に固定されている。

下刃４の上方には、図示しない送り装置によって鋼板７が搬送される。図２に示すように、上方に吊り下げた上刃３を降下させると、上刃３と下刃４との間に鋼板７が挟まれる。さらに上刃３を下降させると、図３に示すように鋼板７の剪断が開始する。

図３における上刃３と下刃４との左右方向の隙間がナイフギャップｇであり、剪断性能に大きく影響する。ナイフギャップｇは、互いに平行な下刃４の内側面４ａと上刃３の内側面３ａとの間の隙間である。ナイフギャップｇが過大だったり、小さ過ぎたりする場合には、鋼板７の剪断面にたれ、かえり、機械割れ等の形状不良が発生する。このためナイフギャップｇは最適値になるように調節されている。そのためには、ナイフギャップｇの正確な測定が欠かせない。

ナイフギャップｇを正確に測定するために、測定冶具として下刃端面ゼロ点リセット冶具１１（以下、単に冶具１１という）を用意する。この冶具１１は、下刃４の内側面４ａに取り付けられ、下刃４の内側面４ａの位置を測定するのに使用される。図４に示すように、冶具１１は、正面図が長方形状に形成される板状の冶具本体１２と、冶具本体１２に直交する方向に伸びる柄１３を備える。冶具本体１２には、下刃４の内側面４ａに接触可能な平らな基準面１２ａが形成される。下刃４の内側面４ａに冶具本体１２を取り付けた状態で、冶具本体１２の基準面１２ａの一部が下刃４から露出する。冶具本体１２には、冶具本体１２を下刃４に着脱可能に取り付けるための一対のリング形状の磁石１５ａ，１５ｂが埋め込まれる。柄１３は、冶具本体１２に接続される小径部１３ｂと、作業員が把持する大径部１３ａと、を有する。柄１３の小径部１３ｂには、長手方向に伸びるスリット１３ｃが形成される。このスリット１３ｃは後述するセンサ１８を冶具本体１２の基準面１２ａと直交する方向に配置するのに利用される。

下刃４に冶具を取り付ける際、上刃３は下刃４から離間させられている。作業員は冶具１１の柄１３をつかみ、冶具本体１２を下刃４の内側面４ａに吸着させる。下刃４の内側面４ａと冶具本体１２の基準面１２ａとが接触するので、下刃４の内側面４ａの位置は冶具本体１２の基準面１２ａに転写される。冶具本体１２の基準面１２ａの一部は下刃４から露出しており、基準面１２ａは垂直上方向に延長されている。後述するセンサ１８によって冶具本体１２の基準面１２ａの水平方向の位置を測定することによって、下刃４の内側面４ａの水平方向の位置を測定することが可能になる。

図５は、ナイフギャップｇを測定する測定方法の工程図の一例を示す。この図５には、剪断装置として鋼板の幅方向の両端部を切断するサイドシャーのナイフギャップを測定する例が示されている。サイドシャーは、ナイフギャップ測定作業がその設備特性から非常に危険度が高く、本発明の測定方法を適用する意義が大きい。

まず、図５（ａ）に示すように、上刃３を上昇限の位置まで上昇させる。そして、板状の測定用鋼板１９を送り装置としてのテーブルローラ２０の上に載せ、搬送する。測定用鋼板１９は、その幅方向の端面が下刃４に接触しないように図示しないピンチローラに挟まれている。この測定用鋼板１９はセンサを取り付けるのに使用されるが、ナイフギャップ測定時のライン内立入り用の足場も兼ねている。測定用鋼板１９を使用することによって、テーブルローラ２０間に開口部がなくなり、測定用鋼板１９上から容易に測定作業ができるようになる。

次に、下刃４の内側面４ａの所定の位置に冶具１１を取り付ける。作業員は冶具１１の柄１３を掴んで冶具本体１２を下刃４の内側面４ａに冶具本体１２を吸着させる。そして、測定用鋼板１９の上にセンサーベース（図示せず）を固定する。ここで、冶具１１の基準面１２ａに直交する方向にセンサ１８を配置できるように、センサベースの長手方向と冶具１１の柄１３の長手方向が一致するようにセンサベースが位置決めされる。

次に、センサベース上にセンサ１８をセットする。センサ１８には、セットの容易さから市販の非接触の光学式のセンサ（例えばキーエンス社製のIL-100）が用いられる。光学式のセンサの他に機械式のストロークセンサも使用することもできる。センサ１８は、例えば市販品のマグネットスタンドを介してセンサベースに取り付けられる。

センサ１８は、下刃４の長手方向に複数配置される（図１のＡ〜Ｄ点参照）。例えば、刃替え測定時は３点（Ａ，Ｂ，Ｃ）にセンサ１８がセットされ、保全時には４点（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）にセンサ１８がセットされる。

なお、センサ１８の測定方向が、冶具１１の基準面１２ａに対して完全に垂直になっていることが理想であるが、概ねの目分量で垂直になっていれば、精度上問題はない。センサ１８の測定方向の目分量による角度誤差をΔθとすると、ナイフギャップｇの測定値への影響は、単純な幾何学により、１−ｃｏｓ（Δθ）で与えられるからである。仮にΔθが５°の場合でもナイフギャップｇへの影響は０．４％以下と微小である。

次に、センサ１８から冶具１１の基準面１２ａまでの距離を測定する。センサ１８のアンプ２１は運転室等の遠隔操作室に配置される。アンプ２１にはセンサ１８の出力信号である距離が表示される。センサ１８によって距離を測定後、センサ１８のアンプ２１にリセット機能がある場合は、リセットしてアンプ２１の表示をゼロにする。リセット機能がない場合は、アンプ２１に表示されている値を記録する。

次に、図５（ｂ）に示すように、冶具１１を下刃４から取り外し、センサ１８の測定可能な高さまで、上刃３を下降させる。そして、センサ１８から上刃３の内側面３ａまでの距離を測定する。アンプ２１に表示されたセンサ１８の出力信号の値がナイフギャップｇを示しており、これを記録すれば、測定作業は完了する。センサ１８にリセット機能がない場合も、アンプ２１に表示されている値から、先に測定した、冶具１１の基準面１２ａまでの距離の測定値を差し引くだけで、ナイフギャップｇの値を得ることができる。

図６は、センサ１８の出力信号である距離とナイフギャップｇとの関係を示す模式図である。センサ１８から下刃４の内側面４ａまでの水平方向の距離は、冶具１１の基準面１２ａまでの水平方向の測定「ａ」で表される。センサ１８がリセット可能な場合には、距離「ａ」＝０となる。

次に、センサ１８を動かさずに、冶具１１を取り外し、上刃３をセンサ１８の測定可能な位置まで下降させる。この時のセンサ１８の出力は、上刃３の内側面３ａまでの距離「ｂ」となる。ナイフギャップｇは「ｂ」−「ａ」で与えられるが、「ａ」をリセットしてゼロにしている場合は、「ｂ’」が測定結果となる。このように、冶具１１を使用することにより、一つのセンサ１８でナイフギャップｇを精度よく測定することができる。

さらなる自動化を進めるために、センサ１８のアンプ２１にプログラマブルコントローラ等のコンピュータを電気的に接続し、図示しないコンピュータでナイフギャップｇが適正範囲にあるか否かの良否判定を行ってもよい。この場合、コンピュータには、予めナイフギャップの適正値が入力される。コンピュータはセンサ１８のアンプ２１からナイフギャップｇの信号を受け、ナイフギャップｇが所定の適正範囲にあるかどうかを判定する。良否の判断の結果は、コンピュータのタッチパネル等の表示装置に表示されるのが望ましい。コンピュータの表示装置には、上刃３の降下量（上刃３を降下させる油圧シリンダのロッドの突出量やクランク軸の回転角度等で代替えしてもよい）も表示するのが望ましい。表示装置に上刃３の降下量を表示すれば、上刃３をセンサ１８で測定可能な位置まで降下させるのが容易になる。測定したナイフギャップｇは、測定ポイント（Ａ〜Ｄ）、日付等と共にコンピュータの記憶装置に記憶されることが望ましい。

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更可能である。

本発明は、ダウンカットシャーだけでなく、アップカットシャー、ドラムシャー、トリマ、サイドシャー、スリッター、分割シャー、フライングシャー、エンドシャー、オフライン装置の剪断機等、種々の剪断装置に適用可能である。また、大型だけではなく、小型のものにも適用可能である。

冶具は固定刃の替わりに可動刃に取り付けられてもよい。また、一つのセンサでナイフギャップを測定する替わりに、固定刃及び可動刃それぞれに対応して二つのセンサを設け、二つのセンサの出力信号からナイフギャップを算出してもよい。

３…上刃（可動刃）
３ａ…上刃の内側面
４…下刃（固定刃）
４ａ…下刃の内側面
１１…下刃端面ゼロ点リセット冶具（測定冶具）
１２…冶具本体
１２ａ…基準面
１３…柄
１５ａ，１５ｂ…磁石
１８…センサ
ｇ…ナイフギャップ

Claims (9)

1. 固定刃に向かって可動刃を移動させてワークを剪断する剪断装置における、固定刃の内側面と可動刃の内側面との間のナイフギャップを測定するナイフギャップ測定方法であって、
   前記固定刃又は前記可動刃の内側面に接触可能な基準面を持つ測定冶具を用意する工程と、
   前記固定刃又は前記可動刃から前記測定冶具の基準面の一部が露出するように、前記固定刃又は前記可動刃の内側面に前記測定冶具を着脱可能に取り付ける冶具取付け工程と、
   前記測定冶具の基準面の一部と直交する方向に配置されたセンサによって、前記測定冶具の基準面の一部までの距離を測定する基準面測定工程と、を備え、
   前記センサが測定した前記測定冶具の基準面の一部までの距離に基づいて、ナイフギャップを算出する剪断装置のナイフギャップ測定方法。
2. 前記冶具取付け工程において、前記測定冶具が前記固定刃に着脱可能に取り付けられ、
   前記ナイフギャップ測定方法はさらに、
   前記固定刃から前記測定冶具を取り外す工程と、
   前記センサが前記可動刃の内側面までの距離を測定できる位置まで、前記可動刃を前記固定刃に向かって移動させる工程と、
   前記センサが前記可動刃の内側面までの距離を測定する可動刃測定工程と、を備え、
   前記センサが測定した前記測定冶具の基準面の一部までの距離と前記可動刃の内側面までの距離との差に基づいて、ナイフギャップを算出する請求項１に記載の剪断装置のナイフギャップ測定方法。
3. 前記基準面測定工程において、前記センサが前記測定冶具の基準面の一部までの距離を測定した後、前記センサの表示がゼロになるようにリセットされ、
   前記可動刃測定工程において、前記センサは、前記可動刃の内側面までの距離を測定した後、前記測定冶具の基準面の一部から前記可動刃の内側面までの距離を表示することを特徴とする請求項２に記載の剪断装置のナイフギャップ測定方法。
4. 前記測定冶具は、
   前記固定刃又は前記可動刃の内側面に接触可能な基準面が形成される冶具本体、
   前記冶具本体を前記固定刃又は前記可動刃に着脱可能に取り付けるための磁石、
   及び前記冶具本体の基準面から直交する方向に伸びる柄を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の剪断装置のナイフギャップ測定方法。
5. 固定刃に向かって可動刃を移動させてワークを剪断する剪断装置における、固定刃の内側面と可動刃の内側面との間のナイフギャップを測定するナイフギャップ測定装置であって、
   前記固定刃又は前記可動刃の内側面に接触可能な基準面を有すると共に、この基準面の一部が露出するように前記固定刃又は前記可動刃の内側面に着脱可能に取り付けられる測定冶具と、
   前記測定冶具の基準面の一部と直交する方向に配置され、前記測定冶具の基準面の一部までの距離を測定するセンサと、を備え、
   前記センサが測定した前記測定冶具の基準面の一部までの距離に基づいて、ナイフギャップを算出する剪断装置のナイフギャップ測定装置。
6. 前記測定冶具は、前記固定刃に着脱可能に取り付けられ、
   前記センサは、前記固定刃から前記測定冶具を取り外した後、前記固定刃に向かって移動させた前記可動刃の内側面までの距離を測定し、
   前記センサが測定した前記測定冶具の基準面の一部までの距離と前記可動刃の内側面までの距離との差に基づいて、ナイフギャップを算出する請求項５に記載の剪断装置のナイフギャップ測定装置。
7. 前記センサは、前記測定冶具の基準面の一部までの距離を測定した後、センサの表示がゼロになるようにリセットされ、
   前記センサは、前記可動刃の内側面までの距離を測定した後、前記測定冶具の基準面の一部から前記可動刃の内側面までの距離を表示することを特徴とする請求項６に記載の剪断装置のナイフギャップ測定装置。
8. 前記ナイフギャップ測定装置はさらに、
   前記固定刃に向かって移動する前記可動刃の移動量を表示すると共に、
   算出されたナイフギャップが適正範囲にあるか否かを判定する制御装置を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の剪断装置のナイフギャップ測定装置。
9. 前記測定冶具は、
   前記固定刃又は前記可動刃の内側面に接触可能な基準面が形成される冶具本体、
   前記冶具本体を前記固定刃又は前記可動刃に着脱可能に取り付けるための磁石、
   及び前記冶具本体の基準面から直交する方向に伸びる柄を含むことを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の剪断装置のナイフギャップ測定装置。

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