JP2005224823A - ビードトリマ用監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内面ビードの切削状況を明確に監視することができるビードトリマ用監視装置を提供する。
【解決手段】 監視対象となるビードの切削箇所付近を撮像するカメラ20と、このカメラ20の冷却機構と、カメラ20の視野に対して気体を噴射してカメラ20の視界を確保する噴射機構とを有する。カメラ20でビードの切削箇所付近を撮影する際、冷却機構でカメラ20を高温から保護し、噴射機構で監視対象周辺の水蒸気や切削屑を吹き飛ばすことによりカメラの視界を確保することができる。それにより、従来は直接監視することが極めて困難であった内面ビードの切削状況を鮮明に監視することができ、不適正な切削が行なわれていることを早期に検知することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明はビードトリマ用監視装置に関するものである。特に、鋼板をパイプ状に成形して継ぎ目を溶接することで鋼管とし、その鋼管のビードを内面ビードトリマで切削する際、ビードの切削状況を監視することができるビードトリマ用監視装置に関するものである。

従来より、帯状の鋼板を複数のローラ群でパイプ状に成形し、その鋼板の側縁同士を突き合せて溶接することにより鋼管を製造することが行なわれている。このような鋼管には、溶接箇所が肉盛りして鋼管の内外面にビードが形成されるため、このビードを溶接後にビードトリマで切削除去することが行なわれる（例えば特許文献１）。

ビードの切削は、ビードに対してビードトリマの切削バイトが適正な位置に保持される必要がある。ところが、製造ラインで溶接を行いながら得られた鋼管を搬送する際、ビードに対する切削バイトの位置ずれや、切削バイトの摩耗・欠損などにより、切削されるべきビードが十分に除去できず、得られた鋼管が不良となってしまうことがある。そのため、不適正な切削が行なわれていることを早期に検知する必要がある。

特開平９−１０３９１０号公報

しかし、ビードの切削箇所付近、特に内面ビードの切削箇所付近は次述するように非常に過酷な環境下にあり、切削状況を監視する適切な技術が提案されていなかった。

ビードの切削を行なう直前では、パイプ状に成形した鋼板の溶接が行なわれる。例えばレーザー溶接の場合、溶接箇所付近で1300℃程度、ビードトリマの切削バイト付近でも200〜300℃程度と大変な高温環境下にある。そのため、このような高温環境下でも支障なく動作する監視技術を確立することが難しい。

また、鋼板の溶接箇所を冷却するために冷却水が供給されており、その冷却水は前記の高温により水蒸気となって切削バイト付近に広がる。特に、内面ビードの切削箇所付近は、元々暗い鋼管内部であることに加え、ビードの切削屑の飛散と鋼管内部での水蒸気の滞留により視界が遮られ、監視を行なうことが極めて難しい。

従って、本発明の主目的は、内面ビードの切削状況を明確に監視することができるビードトリマ用監視装置を提供することにある。

本発明は、ビードの切削状況の監視にカメラを用い、このカメラに高温対策と視界確保の対策を施すことで上記の目的を達成する。

すなわち、本発明ビードトリマ用監視装置は、監視対象となるビードの切削箇所付近を撮像するカメラと、このカメラの冷却機構と、カメラの視野に対して気体を噴射してカメラの視界を確保する噴射機構とを有することを特徴とする。

以下、本発明の構成をより詳しく説明する。
カメラは、ビードの切削を行なう鋼管内に収納できるサイズのものであれば、種々のものが利用できる。より具体的にはCCDやCMOSを用いた小型のカメラが好適である。

ビードの切削箇所付近は200℃〜300℃程度といった高温にさらされるため、このカメラには冷却機構を設ける。冷却は水冷により行うことが冷却効果の点で好ましい。通常、カメラはケース内に収納される。このケースに水などの冷媒を流通させる空間（冷媒流通空間）を形成すれば良い。冷媒はケースの外部から冷媒流通空間内に供給された後、ケース外部に排出される。その場合、ケースの外部に排出された冷媒は、一定の循環路を通って再度冷媒流通空間に導かれるように循環させても良いし、冷媒流通空間から単にケース外部に排出されるだけでも良い。冷媒を循環させる場合、循環路の途中に冷媒を冷却するための冷却部を設けることが望ましい。また、ビードの切削箇所付近は、パイプ状に成形した鋼板の溶接を行った際の熱を冷却するために元々水が供給されており、カメラの冷媒を単にケースの外部に流出させても何ら支障はない。

また、ビードの切削箇所付近は、溶接箇所の冷却水による水蒸気が常時存在し、かつ切削屑も飛散する環境にある。この環境下でカメラの視界を確保するため、監視装置には水蒸気や切削屑を吹き飛ばす噴射機構を設ける。例えばエアをカメラの視界中に噴射することが挙げられる。より具体的には、上記のケースにエア流路とエアノズルを設け、エア流路を通って供給されてきたエアをエアノズルから噴射するようにすれば良い。エアノズルの方向は、例えば後述するプリズムと監視対象との間に向けることが好ましい。

内面ビードの切削状況を監視するには、鋼管内部にカメラを配置する必要がある。その際、カメラを監視対象であるビード切削箇所付近に向けることができれば、つまり鋼管の軸方向にカメラの光軸を直交させてカメラを配置できれば何ら問題はない。しかし、このような配置ができない細い鋼管などの場合、鋼管の軸方向にカメラの光軸が沿うようにカメラを配置し、監視対象からの反射光を屈折させてカメラに導く必要がある。このような屈折を行なうには、カメラの前面にプリズムを設けることが好ましい。この種の屈折にはミラーを用いることも考えられる。しかし、ミラーをカメラの前面に配置した場合、カメラの端面とミラーとの間に空間ができ、その空間内に水蒸気や切削屑が入り込めばカメラの視界が妨げられる。その点、カメラの端面にプリズムを接触させて配置すれば、カメラとプリズムとの間に水蒸気や切削屑が入り込む空間がなく、カメラの光軸と交差する方向の監視対象をカメラで確実に撮影することができる。

また、一般に鋼管内部は暗く、カメラでの撮影に十分な明るさが確保できない場合もあるため、監視装置には監視対象を照らす照明を設けることが好ましい。例えば、カメラの光軸側に光を照射するように、カメラの端面に照明を設けることが挙げられる。照明にはLED（発光ダイオード）や光ファイバが省スペースで好適である。より具体的には、カメラの光軸を取り囲むように複数のLEDや光ファイバを配置すれば、光軸の周囲を均等に照らし出すことができる。特に、カメラの端面に照明を設け、かつカメラの端面に接触状態でプリズムを配置すれば、照明からの光はプリズム内を透過して監視対象を照らす。その場合、プリズム内を透過する間、光は水蒸気や切削屑の影響を全く受けることがなく散乱されないため、より確実に監視対象を照らし出すことができる。

さらに、カメラの端部に照明を設け、かつカメラ側端面と監視対象側端面とを有するプリズムを用いた場合、監視対象側端面は、光軸に対して非直交の面であることが好ましい。

光の屈折を行うプリズムとして、代表的にはカメラ側端面と監視対象側端面と斜面とを有する断面が直角三角形の三角柱状プリズムが用いられる。カメラの端部に設けられた照明の光は、カメラ側端面からプリズム内に入射し、斜面で反射して監視対象側端面より監視対象へと射光する。その際、光の一部は監視対象側端面で反射されるが、監視対象側端面が光軸に対して直交した平面であれば、この反射光がそのままカメラに戻って干渉や散乱の原因となる。そこで、プリズムの監視対象側端面を光軸と直交しない面とすることで、その面での反射光がカメラに戻ることを抑制し、干渉や散乱の影響がない鮮明な画像を得ることができる。光軸に対して非直交の面とは、光軸に対して直角でない傾斜面や湾曲面が挙げられる。

このように、本発明監視装置によれば、カメラでビードの切削箇所付近を撮影する際、冷却機構でカメラを高温から保護し、噴射機構で監視対象周辺の水蒸気や切削屑を吹き飛ばすことによりカメラの視界を確保することができる。それにより、従来は直接監視することが極めて困難であった内面ビードの切削状況を鮮明に監視することができ、不適正な切削が行なわれていることを早期に検知することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

＜全体構成＞
図１は本発明監視装置を搭載したビードトリマの概略構成図である。このビードトリマAは、溶接により鋼管B2を製造するラインに設けられている。図示しないローラにより帯状の鋼板B1はパイプ状に成形され、その鋼板B1の側縁同士を突き合わせてレーザー溶接機Cで溶接して鋼管B2が構成される。溶接された箇所は、鋼管B2の内外面に肉盛りされて内面ビードB3および外面ビードB4が形成される。ビードトリマAは、このビードB3を切削して除去する。

ビードトリマAは、フレームA1と、フレームに固定された内側切削バイトA2とを有する。フレームA1には、その先端部の上方に内側切削バイトA2が固定され、このバイトA2から根元側（レーザ溶接機C側）に位置決めローラA3、ガイド孔A4およびシリンダA5が設けられている。

位置決めローラA3はフレームA1の上部に回転自在に装着され、内面ビードB3に刻み目を形成する刃部を有している。また、フレームA1にはアームA6が回動自在に取り付けられている。そのアームA6には、先端部にサポートローラA7が回転自在に取り付けられていると共に、中間部にシリンダA5のロッド先端が連結されている。

このロッドを伸長すると、アームA6がフレームA1に対して回動され、アームA6先端のサポートローラA7が鋼管内面を下方に押圧する。この押圧の反力により内側切削バイトA2は鋼管内面に押し付けられる。その状態で、鋼板B1の溶接に伴って得られた鋼管B2が矢印方向（図の左側）に進行されると、内側切削バイトA2が内面ビードB3を切削する。切削された内面ビードB3は、位置決めローラA3の刃部により形成された刻み目で破断されて切り屑となり、ガイド孔A4を通って排出される。一方、外面ビードB4は、鋼管外部に固定された外側切削バイトA8により切削される。

このようなビードトリマAの先端部、つまり内側切削バイトA2の台金端面に本発明監視装置1が固定されている。この装置1は、図２〜図５に示すように、ケース10と、ケースに収納されたカメラ20と、カメラ20の冷却機構と、カメラ20の視界を確保する噴射機構と、内面ビードの切削箇所近傍の反射光を屈折させてカメラ20に導くプリズム30とを有する。このカメラ20は内側切削バイトA2の位置より若干下流における鋼管内面を撮影し、図示しないモニタなどにその画像を表示することで、内面ビードB3の切削状態がどのようになっているかを監視する。なお、図２〜図５では、ビードトリマのフレームA1や切削バイトA2を省略している。

＜ケース＞
ケース10は、図２、図３に示すように、断面が矩形の中空基部11と、中空基部11の一端を封止する第一端面12と、中空基部11の他端を封止する第二端面13とを有する。中空基部11はほぼ中間に仕切り板111が形成され、仕切り板111を挟んで一方に冷媒流通空間14が、他方にプリズム収納部15が形成される。この仕切り板111には冷媒流通空間14からプリズム収納部15に連通するカメラ装着孔112が形成され、その装着孔112にカメラ20が挿入される。

また、中空基部11のプリズム収納部15の上面には円孔113が形成されている。この円孔113は監視対象からの反射光をプリズムを介してカメラ20に導くための開口である。さらに中空基部11の冷媒流通空間の上面には排出口114が形成されている。この排出口114は、冷媒流通空間内に導入された冷媒をオーバーフローさせるための孔である。

一方、冷媒流通空間を封止する第一端面12には、中空基部11への取付ボルト用ボルト孔が４箇所形成されると共に、中央部にカメラ支持孔121が、その支持孔121の両側に冷却水チューブDとエアチューブEの各差込み孔122、123が形成されている（図３）。冷却水チューブDからは冷却水がケース内に導入され、エアチューブEからはエアがケース内を介してカメラ20の視野に供給される。

また、この第一端面12には、カメラ把持金具40が固定される。この把持金具40は、中央にカメラの貫通孔41が形成され、さらに外縁から貫通孔41に達するスリット42を有する（図５）。そして、把持金具40の外周にはスリット42を直交方向に貫通する止めネジ43がねじ込まれ、止めネジ43のねじ込み量を変えることでスリット間隔を変え、これにより貫通孔41に挿入されたカメラ20の締め付けを調整することができる。

さらに、第二端面13には中空基部11への取付ボルト用ボルト孔が４箇所形成されている（図４）。

＜カメラ＞
カメラ20には鋼製のスリーブ21に収納されたCCDカメラを用いた（図２、図３）。カメラ20の対物レンズの周囲には複数の光ファイバの端面がほぼ均等に配置される。この光ファイバは照明として機能し、カメラ20の前方に光を照射する。このカメラ20は電力線と信号線の複合線Fが接続されており、ビードトリマのフレームA1（図１）を介して鋼管外部に引き出され、制御機構やモニタに接続されているが、図２、図３、図５ではこれら複合線、制御機構およびモニタは省略している。

＜冷却機構＞
冷却機構は、冷却水チューブDを介してケース10内に冷却水を導入し、この冷却水の流通空間14をカメラ20の周囲に形成して、この流通空間14を経た後にケース外に冷却水を排出する構成とした。図３に示すように、ケース10の中空基部11内には、冷却水の流路115が形成されている。この流路115は、一端が第一端面の冷却水チューブ用差込み孔122につながり、他端が冷媒流通空間14につながるほぼL型に構成されている。

冷却水チューブDを通って送られてきた冷却水は、第一端面の差込み孔122、中空基部内の流路115を介して冷媒流通空間14に導入される。カメラ20は、一端が仕切り板111の装着孔112に、他端が第一端面12のカメラ支持孔121にＯリング116、124（図２）を介して保持されて、中間部が冷媒流通空間内に浮いた状態に保持されている。そのため、冷媒流通空間14内に冷媒を導入すれば、カメラ20の周囲を冷却水で取り囲むことができ、カメラ20を冷却して溶接時の熱からカメラを保護することができる。冷媒流通空間14でカメラ20の冷却を行った冷却水は、排出口114からケース外に排出される。

＜噴射機構＞
噴射機構にはエアノズル131を用いる（図３）。鋼板の溶接箇所付近には、溶接時の熱を冷却するために冷却水が供給されている。その冷却水は溶接時の高温により水蒸気となって切削バイトA2(図１)付近に広がる。また、切削されたビードB3は切り屑となって鋼管B2内に飛散される。これら水蒸気や切り屑は、いずれもカメラ20の視界を妨げる要因となるため、エアノズル131からのエアの噴射によりカメラ20の視界中から除去する。

エアノズル131は、ケース10の第二端面13の上方に配置される。エアチューブEを通って送られてきたエアは、第一端面12のエアチューブ用差込み孔123からエア流路を介してエアノズル131から噴射される。エア流路は、中空基部内を一端から他端に貫通する直線路117と、第二端面内におけるＬ型路132とから構成される（図２〜図４）。つまり、直線路117の一端がエアチューブ用差込み孔123につながり、直線路117の他端がＬ型路132の一端につながる。そして、Ｌ型路132の他端は、第二端面13の上方に開口される。この開口の上部には、ノズル板133がギャップを開けて第二端面に固定され、このギャップがエアノズル131となる。ノズル板133の下面には三角形状の切欠が設けられ、Ｌ型路132を通ってきたエアは、切欠にガイドされて中空基部11の上面、つまり円孔113側に末広がり状に噴射される。そのため、監視対象となる内面ビード切削箇所付近と円孔113との間にエアを噴射することができ、この間に存在する水蒸気や切り屑を排除してカメラ20の視界を確保することができる。

＜プリズム＞
プリズム30には、断面が直角三角形で、カメラ側端面31、監視対象側端面32および斜面33を具え、外形が三角柱状のものを用いた（図２）。このプリズム30は、ケース10のプリズム収納部15において、カメラ側端面31を仕切り板111に当接し、監視対象側端面32を円孔113に面して配置され、プリズムの斜面33と第二端面13との間の残部空間にはコーキング剤50が充填される。そのため、カメラ側端面31はカメラ20の前面に面して保持されることになり、カメラ20の照明からの光は直接プリズム30内に入射されることになる。

さらに本例では、監視対象側端面32の上部に湾曲部材34を貼り付けている（図２、図３、図５）。湾曲部材34は、下面が平面で上面が上方に突出した湾曲面を有する円盤部材ある。ここでは、プリズム30と同等の屈折率を持つ透明ガラス材で湾曲部材34を構成している。この湾曲部材34は、湾曲面を上方として監視対象側端面32に固定され、ケースの円孔113にはめ込まれる。

湾曲部材34を設けることで、プリズム30の監視対象側の面は湾曲面となる。カメラ20の端部に設けられた照明の光は、カメラ側端面31からプリズム30内に入射し、斜面33で反射して湾曲面より監視対象へと射光する。その際、光の一部は湾曲面で反射されるが、湾曲面は光軸と直交しない面であるため、その面での反射光がカメラ20に戻ることが抑制される。その結果、干渉や散乱の影響がない鮮明な画像をカメラ20で得ることができる。

＜利用手順と動作＞
以上の監視装置は、次のようにして内面ビードの切削状況を監視することができる。

まず、図１に示すように、監視装置１におけるプリズムと一体の湾曲部材の位置を監視対象となるビード切削位置の若干下流に配置する。

その状態で、鋼板の溶接により鋼管B2が製造され、製造された鋼管B2はラインの下流に送られて内側・外側切削バイトA2,A8で内面・外面ビードB3,B4の切削が行なわれる。

ここで、監視装置1には、冷却水チューブDからは冷却水を、エアチューブEからはエアを供給する（図３）。冷却水はケース内の冷媒流通空間14に導入され、カメラ20の冷却が行われる。この冷却により、鋼板の溶接時の熱からカメラ20を保護することができる。同時に、エアはエアノズル131から湾曲部材34の上方、つまり湾曲部材34と監視対象との間に噴射される。このエアの噴射により、水蒸気や切り屑を排除してカメラ20の視界を確保する。

カメラ20の端面に設けられた光ファイバからは照明として光が照射される（図２）。その光はカメラ側端面31からプリズム30に入射され、斜面33で反射されて湾曲面を経て監視対象に投光される。カメラで撮影を行う監視対象は、既に溶接が完了して鋼管B2となった位置であるため通常は暗いが、この照明により撮影に十分な明るさを確保することができる。

監視対象に当たった光は反射され、投光されたときとは逆の経路を通ってカメラ20に入射される。カメラ20では入射された光信号を電気信号に変換し、その電気信号を図示しないモニタに出力する。モニタは送られてきた電気信号を画像として表示する。

この画像は、画像処理プログラムを介することにより、動画としてモニタに映し出したり、断続的に表示される静止画として映し出すことのいずれも可能である。断続的に表示される静止画の表示周期（或いは撮影周期）は任意に切り替えることができるようにすることが好ましい。

監視員はモニタに映し出された監視対象の画像を監視し、内面ビードB3の適正な切削が行なわれているかどうかを判断する（図１）。内面ビードB3の適正な切削が行なわれていないと判断した場合には鋼管の製造ラインを停止し、内側切削バイトA2の位置調整など、必要な調整作業を行なう。

以上説明したように、本発明監視装置は、ビードトリマでビードの切削を行なう場合、特に内面ビードの切削を行なう場合に、その切削状況を監視することに利用できる。

図１は本発明監視装置を搭載したビードトリマの概略構成図である。 図２は鋼管内に配置した本発明監視装置の縦断面図である。 図３は本発明監視装置の平面図である。 図４は本発明監視装置の先端側端面図である。 図５は鋼管内に配置した本発明監視装置の後端側端面図である。

符号の説明

1監視装置 10 ケース 11 中空基部 12 第一端面 13 第二端面
14 冷媒流通空間 15 プリズム収納部
111 仕切り板 112 カメラ装着孔 113 円孔 114 排出口
115 流路 116 Ｏリング 117 直線路
121 カメラ支持孔 122 冷却水チューブ差込み孔
123 エアチューブ差込み孔 124 Ｏリング
131 エアノズル 132 Ｌ型路 133 ノズル板
20 カメラ 21 スリーブ
30 プリズム 31 カメラ側端面 32 監視対象側端面 33 斜面
34 湾曲部材
40 把持金具 41 貫通孔 42 スリット 43 止めネジ
50 コーキング剤
A ビードトリマ A1 フレーム A2 内側切削バイト A3 位置決めローラ
A4 ガイド孔 A5 シリンダ A6 アーム A7 サポートローラ
A8 外側切削バイト
B1 鋼板 B2 鋼管 B3 内面ビード B4 外面ビード C レーザー溶接機
D 冷却水チューブ E エアチューブ F 複合線

Claims (5)

1. 監視対象となるビードの切削箇所付近を撮像するカメラと、
   このカメラの冷却機構と、
   カメラの視野に対して気体を噴射してカメラの視界を確保する噴射機構とを有することを特徴とするビードトリマ用監視装置。
2. カメラを収納するケースを有し、
   冷却機構は、このケース内に形成された冷媒流通空間を有することを特徴とする請求項１に記載のビードトリマ用監視装置。
3. カメラの光軸と交差する方向の監視対象をカメラで撮像するために、カメラの前面に配されたプリズムを有することを特徴とする請求項１に記載のビードトリマ用監視装置。
4. カメラの視野を照らす照明を有することを特徴とする請求項１に記載のビードトリマ用監視装置。
5. カメラの端部に照明を有し、
   プリズムは、カメラ側端面と監視対象側端面とを有し、
   監視対象側端面は、光軸に対して非直交の面であることを特徴とする請求項３に記載のビードトリマ用監視装置。

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