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TBK レーザー測定装置非接触測定による製造プロセスの最適化
長尺製品用テイラーメイドの測定技術豊富な経験がイノベーションを生み出します
オーストリアのGrazにあるTBK Automatisierung und Messtechnik GmbHは、SMS groupのレーザー測定技術の主要拠点であり、SMS groupの100%子会社です。
TBK Automatisierung und Messtechnik GmbHは、1986年の創業以来、鉄鋼産業向けの測定技術、特に光切断法を用いたレーザー測定システムを開発してきました。TBKとSMS groupは、2004年から緊密に連携しています。
TBKは、棒材、線材、形鋼、レール、鋼管、または連続鋳造ビレットならびにブルームなどの半完成製品を含む、長尺の圧延製品の寸法管理および表面分析を目的としたテイラーメイドの提案を用意します。特にレール向けの直進度測定機器、および特殊形状製品および車輪の断面測定用機器を揃え、多くの製品に広く対応します。
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TBKは、光切断法を用いて寸法測定をします。この方法は、対象製品の形状にかかわらず、製品の輪郭全周を測定することを可能にします。
寸法測定用に最適化されたレーザーが製品の表面に照射されます。製品表面で反射したレーザーは、カメラによって捕捉され、距離情報に変換されます。TBKのシステムは、これらの情報を用いて製品の正確な断面寸法を計算することが出来ます。高分解能および高密度測定は、測定データから製品の3Dモデルを再構築し、製品の表面欠陥を認識することも可能とします。
従来のレーザー測定システムは、投影法を用い、製品の数点の寸法をランダムに測定するのみでした。
測定データに基づく品質改善 高精度断面測定により、TBKシステムは、圧延プロセス制御に関連する正確な情報を取得し、それを上位生産システムと共有します。現場の要望に応じ、測定結果を操作室内PCに表示させるのみならず、SMS groupの制御システムが自動解析し、製品品質および生産効率の改善をお手伝いすることも可能です。
完璧な測定結果を提供する高精度センサー 高速度測定、短い露光時間、および複数センサーの緻密な同期は、測定器市場でTBKのセンサーの技術的優位性をより際立たせます。これらの機能は、TBKのセンサーが、最高精度でリアルタイムの製品断面の詳細な情報を提供出来ることを意味します。TBKのセンサーは、例え製品が高速圧延中、高速搬送中、もしくは激しく振動する様な、極めて測定が困難と思われる状態下であっても、確実に機能します。
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光切断センサーによる外形寸法測定 高精度測定技術
投影法 光切断法
6測定点 ランダム測定のみ可能
400測定点 実際の製品断面の認識が可能
多種多様な製品に対応する独自技術
多種多様な製品外形の輪郭を完全かつ正確に捕捉するために、TBKのセンサーは複数のレーザー波長を用いて、製品を異なる角度から照らします。これは製品輪郭の全周を捕捉すべく、同一断面を複数のセンサーで同期測定するための基本的なアプローチです。この様に、隣り合うレーザー光線の重複領域を区別して描写し、正確な断面形状を表示することが可能です。TBKで自社開発されたカメラ制御システムと組み合わせて、完全に同期した、死角のない測定を多種多様な製品で行うことが可能です。加えて、この仕様は製品の水平方向の高速振動が測定精度に与える影響を最小限に留めます。
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複数のレーザー波長を組み合わせることにより、製品輪郭全周を正確に捕捉することが出来ます。
シンプルな手順のキャリブレーションが短時間で完了します。各々のTBKセンサーの相対位置を確認するために、キャリブレーションを定期的に実施する必要があります。TBKのソフトウェアは、検査・測定済み標準試験片を用いたキャリブレーションの記録を基に、必要なすべてのパラメーターを自動的に決定します。その結果、測定対象製品ごとの測定システムの再キャリブレーション、または機械的調整が不要であるため、生産ラインの停止は必要とされません。
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測定システム導入のメリット継続的な生産モニタリングによる操業コストの削減
製品の寸法公差および品質に関する要求は日々高まっています。さらに、歩留まりの向上、および生産時間の効率的利用のために生産プロセスを注意深く監視しなければなりません。これらの要求を満たすために、オペレーターは現在の操業状態を把握する必要があり、製造プロセスに異常が確認された場合は迅速に対応しなくてはなりません。
プロセスおよび製品に関する情報は、オペレーターが歩留まり、および生産性を改善することを可能とし、より低コストでの操業を実現させます
TBKの測定装置は、寸法およびメートル当たりの重量に関する直接的かつ連続的なフィードバックを提供します。この機能メリットは以下の通りです。
n 通常の寸法測定やロール交換後のパラメーター確認用の寸法測定のためのオペレーターによるサンプリングが不要 = 待機時間の削減
n 公差外製品の削減 = 歩留まりの向上
n 最小限の製品単重で圧延 = 材料、ユーティリティーコストの削減
n オペレーターが最少もしくは最適な公差内で圧延可能となる情報の提供
これらは操業コストの直接的な削減につなげることが可能です。さらに、生産可能時間の増加は、待機時間分のコスト削減を可能とし、製品情報の直接フィードバックによるロール交換後または寸法確認用のサンプリング時間の短縮は生産性向上を可能とします。
平均販売価格と1時間当たりの標準的な待機コストに基づくコスト削減例
製品公差・歩留まりの向上
重量・歩留 生産 販売価格 総削減コスト まり向上(%) (t/年) (€/t) (€/年) 0.20 500,000 500 500,000
0.50 500,000 500 1,250,000
1.00 500,000 500 2,500,000
2.00 500,000 500 5,000,000
3.00 500,000 500 7,500,000
手動サンプリング回数の削減
シフト毎のサン シフト 停止時 待機コ 総削減コ プリング回数 数/年 間（分） スト(€/時) スト(€) 1 960 20 3,000 960,000 1 960 20 5,000 1,600,000 1 960 20 10,000 3,200,000
2 960 20 3,000 1,920,000 2 960 20 5,000 3,200,000 2 960 20 10,000 6,400,000
3 960 20 3,000 2,880,000 3 960 20 5,000 4,800,000 3 960 20 10,000 9,600,000
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TBKの測定器は下記のユニークな機能を有しています：n 高速度測定n 粗圧延機出口でも測定可能とする高剛性のハウジング設計n TBKの工場でキャリブレーションされたレーザーとカメラが一体の
センサーを採用し、現場ではワンタッチで交換可能なメンテナンス設計
n 測定器本体から可動部位を完全に排除n 長時間の熱間材料測定にも対応する水冷フレームを備えた温度安
定化システムを採用n 測定窓/測定精度を標準化し、お客様仕様に応える幅広いラインナ
ップn センサーの厳格な測定精度と長寿命を保証可能とした水冷/空冷
を併用した冷却コンセプトn オイルフリーの乾燥圧縮エアの常時ブローによるレンズ保護n 測定器はメンテナンス作業のために生産ラインから移動可能n 極限まで簡素化された14 日周期のキャリブレーションn スムーズなメンテナンスが考慮されたセンサー配置デザイン
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機能別製品ラインナップ各製品向けに最適化されたラインナップ
TBKの測定システムは、棒材、線材、形鋼、レール、鋼管、または連続鋳造ビレットならびにブルームを含む、全範囲の長尺製品に採用することが可能です。TBKの各ラインナップは、以下の生産プロセスが対象とします。
n PROgauge 形鋼及びレール(熱間及び冷間測定)向けレーザー測定シス
n MEERgauge® 棒線材、鋼管(熱間及び冷間測定)向けレーザー測定システム
n REBARgauge 異形棒鋼の寸法と単重測定
n PROwave レール・形鋼・鋼管の直真度、レールのうねり用レーザー測定システム
n 連続鋳造ビレット、ブルーム、スラブ、車輪、および特殊断面用寸法測定システム
n SurfTec 形鋼、レール、棒線材、および鋼管向け表面欠陥検出システム
下記のメリットを提供しますn 様々な輪郭の製品の断面測定n 詳細な各測定寸法情報は、プロセスに関連する
最適な判断をサポートしますn 安定した測定結果n 個別の製品仕様、公差を考慮した測定システムn ソフトウェアおよび測定ユニットは、生産条件に
合わせて個別に調整可能n 各製品断面向け測定モードはオペレーターの指
示なしに、ソフトウェアが自動的に切り替えますn 生産の最適化による時間・コスト削減n 各レーザーへの個別電源供給
PROgauge広範囲の各種形鋼材、レール、および特殊断面形状をもつ製品に柔軟に対応出来る測定装置
中小型、大型の形鋼材が多種多様であることは、製品の外形輪郭測定を特に困難なものとします。1メートルを超えるウェブ高さを有するH形鋼のような、特に大きな断面形状では、測定窓もそれに応じて十分な大きなサイズでなければなりません。それ故、各センサーの相対的な機械的安定性は最優先事項となります。この設計思想に基づき、製品および周囲環境から受ける高い熱負荷を効果的に取り除くために空冷、または水冷システムが採用されています。
高い信頼性を有するセンシング技術の特徴n 4 個または8 個のPxD センサーヘッドn 同期表示を目的とした最大4種類のレーザー波長
を採用n 公差と線膨張係数用の内部製品データベースn 上位レベル2システムとのインターフェースn 表面欠陥検出を可能とする高速測定(SurfTec)
迅速な測定断面形状タイプの自動変更 1つの製品断面タイプから次の製品断面タイプへの切り替えは、オペレーターの操作を必要とせずに、上位レベルシステムからの送信される製品情報に基づき、完全に自動で実行されます。これは、生産中の操作時間およびコスト削減によるメリット、ならびに工場の稼働率向上をもたらします。
大型製品向けの特別仕様 TBKの専門エンジニアは、幅広い測定窓サイズ(幅；160～1300㎜)の要望に応えるべく、個別のフレーム設計に対応することが出来ます。最大500MWまでの高いレーザー出力を有するセンサーは、創業以来、長年の研究開発と検証を通じ、TBKの技術ポートフォリオを構成しています。測定窓サイズおよび要求される測定精度に基づき、最適なセンサーの数、配置が決定されます。従って、極めて大きな製品断面を有する製品であっても、確実に測定することが出来ます。
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棒線材用、および鋼管用のMEERgauge® レーザーシステムは、4つのセンサーを使用します。実際の断面形状は、4つのセンサーから取得された各々の情報を同期し、最大4000個の測定点を用いて、最高精度で表示されます。従来のシステムとは異なり、製品輪郭の実際の形状を正確に表示することが出来ます。測定器本体に可動部品または振動部品を採用していないので、メンテナンス頻度を最小限としたシステム構成となっています。
閉ループ制御下でのロールギャップ調整 TBKの測定システムは、製品輪郭測定システムと圧延機制御システムを組み合わせた閉ループ制御を可能とします。システムが出力した測定情報に基づいて、生産中でも圧延機のロールギャップ調整を行うことを可能にします。
特に棒線材製造の分野では、高速/高精度測定のご要望にマーケットリーダーとして挑むTBKの測定システムは、最大120m/秒の圧延速度下でも機能します。すべてのセンサーによる短い露光時間および同期測定は、製品の水平方向の移動・振動が測定に与える影響を最小限に抑えます。
下記のメリットを提供しますn 高密度測定データ: 最大毎秒６万測定点n 各センサーの短い露光時間および高い同期性n 圧延機直後に設置可能n 圧延機制御システムへの測定情報の直接フィ
ードバック (閉ループ制御)n 2ロール圧延機、3ロール圧延機に対応n 直接生産管理による時間とコストの節約
MEERgauge®
棒線材、および鋼管向け状態監視機能付き測定システム
異形棒鋼の圧延中に連続的に測定された製品断面形状から提供される主な情報は、以下の通りです。
n シーム幅(縦リブ)n コア部直径n クロスリブ(上下リブ)の高さn 指定角度方向のリブ高さn 1メートルあたりの重量
REBARgauge異形棒鋼の寸法および生産重量制御
TBKは、オペレーターがリブの状態を制御するだけでなく、マイナス公差に近い寸法精度の圧延を可能とする、異形棒鋼を測定するための測定システムを開発しました。さらに、ロール摩耗に関するリブの状態監視することも可能です。測定器は、異形棒鋼専用のラインだけでなく、または異形棒鋼と通常の棒線材の両方を生産するラインにも設置することが出来ます。
Allrightsreserved• MiddleEastIron&SteelConference,Dec.2018
23.Mai2019
CrosssecAonofrebarasmeasured SecAonsalignedinnormalizedposiAon
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測定した異形 棒鋼の断面
HMI画面上の表示断面
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PROwave真直度とうねりの測定
TBKは棒材、鋼管、形鋼材、レール用の真直度測定システムも提供しています。これは、通常、矯正機または仕上げ圧延機の後流に設置されます。
レールは、真直度に関して最も要求の厳しい製品分野の1つであり、非接触連続測定システムPROwaveの性能が充分に発揮されます。
レールの真直度及び、うねりの水準は、通常、レールテストセンターで試験されます。鉄道事業者からの鉄道車両の更なる高速運用、およびレール耐荷重の増加に伴い、レールの真直度、および水平度に関する要求は日々高まっています。これらの要求に応えるためには、現在の製品の品質水準に対する正確な知識、並びに刻 と々変化する生産パラメーターに対する迅速な応答が必要とされます。公差の検証、生産停止時間の最少化、および高い歩留りは経済的な成功を保証します。
測定原理レール全長に渡り、レールヘッドの断面輪郭が超高精度レーザセンサーで測定されます。レールヘッドの正確な中心線上の表面のうねり、およびレールヘッド部側面上、水平方向に14mm下部の位置が測定されます。操作スクリーンには測定から得られた長さ、位置情報と紐づいた実際の形状の画像を表示し、さらに現在の矯正プロセスに関する直接的な情報が提供可能です。傾向を把握し、要求公差内で信頼性の高い生産と仕上げラインの積極的な補正が可能となります。
コードシフト法ここで使用される技術は、コードシフト法であり、左の図に示されるように、互いに所定の間隔をもつ3つまたは4つのセンサーに沿ってレールが移動し、うねり部分を検出します。少なくとも3つのセンサーは、レールヘッド表面上の所定の点までの距離の情報を同期して提供します。コードシフト法を適用することで、ローラーテーブル上でのレールの移動が影響を与えずにレールのうねりに関する一次情報を提供します。このシステムは、鋼管、丸棒材、および形鋼材にも適用することが可能です。
PROwave真直度測定システム
Anlagen zur Roheisen- und Eisen-schwammerzeugung Headline zweiten Grades
特殊な製造工程への適用リング、車輪、連続鋳造製品への適用
TBKの技術は、既にリング及び車輪等、様々な特殊な製品輪郭の測定に適用された実績があります。用途が何であれ:TBKのセンサーの専門家は、プラントのオペレーターへ明確なメリットを提供し、それぞれの製品の要求仕様に応える提案をするべく、計測技術、自動化、およびソフトウェアの分野で最善を尽くします。
光切断法を用いる測定原理と、測定された製品輪郭に基づく主要寸法の表示は、如何なる種類の製品の形状/寸法制御にも対応可能です。
車輪とリング製造プロセスへの適用n 複数のセンサーで同期測定し、断面輪郭全周を表
示可能n 得られた断面輪郭から必要寸法情報を計算n 製品の偏りを検出n テンプレート、セットポイント、公差許容範囲との
比較
連続鋳造品への適用連続鋳造されたビレット、ブルーム、もしくはスラブも測定することが可能です。サイズおよび形状を測定することに加えて、システムは、表面状態を監視することも可能です。連続鋳造機の後流に1ユニットを設置することも、もしくはスタンド毎に1ユニットを設置することも可能です。これは、鋳造品の状態に関する直接的なフィードバックを提供します。これにより鋳造機の動作を監視し、それに応じて調整することを可能とします。
下記のメリットを提供しますn お客様のニーズに合わせたカスタム設計n 個別の計測技術とソフトウェアを統合n 製品固有のセットポイントおよび公差を考
慮n 測定データを主PCで処理、および各末端
PCへの測定データ配信n 生産プロセスの最適化に伴う時間・コスト
の削減n 表面状態監視を目的とした高速度測定
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SurfTec熱間製品における表面欠陥の自動検出および判別
TBKの測定システムでは、オペレーターは、圧延中であっても、完全自動で製品の表面状態を連続的に分析することが可能です。このために、解析モデルは、高分解能断面測定を基に3Dモデルを作成します。高速測定により、要求される高精度の測定結果を提供し、システムは、表面上の僅かな欠陥さえも正確かつ詳細に表示します。
実績に基づく欠陥解析を用いたトラブルシューティング 例えば、自動車、機械、エンジニアリング産業の様に複雑な用途の製品の場合、寸法保証に最も厳格な公差が適用されます。それにも関わらず、各々の生産ラインは、異物の混入、ロールおよびガイドロールの損傷、その他の要因により、欠陥の検出を避けることは出来ません。オペレーターは次の2つの課題に直面しています:
第一に、圧延直後に肉眼では見えない熱間製品表面上の欠陥を検出し、位置を特定する必要があります。第二に原因を特定し、除去する必要があります。
TBKの表面分析システムは、原因解析のアプローチにおいてオペレーターをサポートします:圧延時の表面欠陥の正確な位置を特定し、専用のアルゴリズムを用いてデータを評価します。そして、欠陥の種類を分類し、原因の特定に必要な情報をオペレーターに提供します。この様にして、ロールの損傷による欠陥、または材料に起因する欠陥かどうかを迅v速に特定することが可能でﾅす。時間的メリットは2倍です:
n 表面欠陥発生時の迅速な対応による歩留まりの向上
n 欠陥の原因がはるかに早く特定されるため、工場全体の生産効率の改善
n 欠陥の分類とプロセス異常の相関の解析
TBKの表面分析システムは、生産時間および生産量の改善を約束します。
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自動トラブルシューティング
表面分析ソフトウェアは、表面上の局所的で非定型の欠陥を探し、その欠陥の種類を分類します。システムは、専用のアルゴリズムを使用して、潜在的な原因に関する重要な情報をオペレーターに提供します。
フランジ端部に表面欠陥があるH形鋼の３Dイメージの再構築。(色は標準寸法からの偏差を示します。)
個々の断面から2Dカラーマップを再構成するプロセスの概要。
周期的に発生する疵は、損傷したロールまたはガイドロールによって引き起こされることがあります。
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経験・実績に基づくアルゴリズムが提供する適切な寸法情報 通常、生産管理に関する決定を行うことがプラントオペレーターの役割であり、適切で正確な寸法情報が、この決定のために必要とされます。TBKの測定システムは、標準的、かつ一般的な寸法測定要求に加えて、お客様固有の寸法測定要求にも対応可能です。創業以来の研究開発の末、有用性が証明されたアルゴリズムが、測定された製品輪郭データから寸法情報を提供します。
全自動プラント制御 SMS groupが提供する先進的な統合システムのコンセプトは、測定システムからオンライン制御システムへのデータの直接出力により、圧延機プロセスを完全に自動制御可能とします。このアプローチにより以下のメリットが提供可能です。
n 正確な測定およびデータ表示は、経験豊富なオペレーターにとってさえ、正しい決定を下す際に価値ある情報となります。
n コンピューター支援システムは、オペレーターが通常必要とする時間の数分の一の時間内に反応します。
n TBKセンサーは、従来の測定装置では認識されず、肉眼では確認できない形状の変化を記録します。
n これらの自動化されたシステムにより、工場の省人化を進めることが可能です。
インダストリー4.0対応 すべてのオペレーターの目的は、高い稼働率および一定の製品品質で安定した運転を維持することです。完全自動化された生産制御およびデータ収集システムは、デジタル化への基本的な必要条件となります。
さらに、新たな生産環境への適合、最適化のために現状の製品とプロセスに関するデータが必要となります。TBKの測定システムは、製品の幾何学的形状、製品輪郭、各種寸法、表面状態、及び温度又は圧延速度に関するデータも収集可能です。
インダストリー4.0に対応した計測技術製品データの自動収集がデジタル化の鍵
本パンフレットに記載されている情報には、当該製品の性能および特性に関する一般的な記述が含まれています。実際の商品は、必ずしも上記のような特性を有しているとは限らず、特に、製品のさらなる開発の結果として変更される場合があります。本情報は、法的な拘束力を有すること、有することを意図したものはありません。特定の機能を有する商品を提供する義務は、契約締結時において明確に合意された場合にのみ発生するものとします。
TBK Automatisierung und Messtechnik
Schmiedlstrasse 88042 Graz Austria
電話: +43 (0) 316 405 [email protected]
SMS group株式会社
100-0005 東京都千代田区丸の内1-7-12サピアタワー １４階
W2-
304J
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