JP2006153545A - レーザ走査式鋼材同一断面外径測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、鋼材の外径寸法検査をする為の装置に関し、特に鋼材を搬送しながら同一断面円周上の外径を全長に渡って高精度で測定することができる外径測定装置を提供する。
【解決手段】 投光器と受光器から成るレーザ走査式寸法測定器において、その光軸を円周方向に前後２段に配置された寸法測定器を鋼材搬送テーブルの流れ方向に対して垂直の方向に据え付け、搬送テーブル走行中の鋼材の外径を前記寸法測定器にて鋼材の全長に渡って計測し、該データを各々のアンプユニットを通してパソコンに取り込み、前後２段で測定時期の異なる外径値を同一断面円周上の外径値となるように演算処理することを特徴とするレーザ走査式鋼材同一断面外径測定装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼管や棒鋼等の鋼材の外径寸法検査をする為の装置に関し、特に鋼材を搬送しながら同一断面円周上の外径を全長に渡って高精度で測定することができる外径測定装置に関する。

一般的なレーザ走査式寸法測定器の動作原理を図４に示す。この図に示すように、レーザ走査式寸法測定器は、投光器１、受光器２で構成され、その動作原理は、投光器１のレーザ３がポリゴンミラー４の回転によって光学レンズ５を介して投光器１から照射され、投光器１と受光器２との間に置かれた被測定物体６によって遮光された領域を外径値として演算出力するものである。

このような原理を用いたレーザ走査式寸法測定器を用いて鋼材の外径を多点測定する方法としては、図５に示すように、投光器１、受光器２の測定器本体を被測定物体６の周りに揺動、周回させる方法が挙げられる。例えば特開平８−１１４４２２号公報（特許文献１）に開示されている。しかしながら、搬送中の鋼材６の外径を測定する場合、被測定物体の外径測定点がスパイラル上に推移する為、測定された外径は同一断面円周上の値とならない上、寸法測定器本体の揺動、回転機構のがたつきによっては、外径の測定精度が低下する問題点がある。

また、図６は、従来の固定式同一断面外径測定装置の断面図を示す。この図６に示すように、複数の寸法測定器、例えば４組の投光器1、受光器２を同一フレーム７上に固定配置する方法が提案できる。しかしながら、この場合は被測定物体６を中心として広い設置スペースが必要な為、狭い場所では据付が困難である上、寸法測定器の数量が多くなる程、投光器１と受光器２との間の距離が広がり、これは寸法測定器の性能上、測定精度が低下するといった問題点がある。

特開平8-１１４４２２号公報

本発明が解決しようとする問題点は、上記の従来の問題点を解決し、鋼材を搬送しながら同一断面円周上の外径４点を全長に渡って計測するものである。

その発明の要旨とするところは、
（１）投光器と受光器から成るレーザ走査式寸法測定器において、その光軸を円周方向に前後２段に配置された寸法測定器を鋼材搬送テーブルの流れ方向に対して垂直の方向に据え付け、搬送テーブル走行中の鋼材の外径を前記寸法測定器にて鋼材の全長に渡って計測し、該データを各々のアンプユニットを通してパソコンに取り込み、前後２段で測定時期の異なる外径値を同一断面円周上の外径値となるように演算処理することを特徴とするレーザ走査式鋼材同一断面外径測定装置。
（２）前記（１）に記載のレーザ走査式寸法測定器において、その光軸を鉛直方向に対して前段４５°方向に２組、後段鉛直方向に２組の寸法測定器を設置したことを特徴とするレーザ走査式鋼材同一断面外径測定装置にある。

以上説明したように、本発明は鋼材を搬送しながら同一断面円周上の外径４点を全長に渡って計測することが可能であり、また、測定精度も非常に良好な数値が得ることができた。この結果、検査する鋼材の規格によっては、従来のマイクロメータ手測定に代わる鋼材外径測定方法として極めて工業的に利用価値があるものである。

以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明に関わる固定式同一断面外径測定装置を示す断面図である。図２は、本発明に関わる外径測定装置の配置図を示す図である。この図１、図２に示すように、投光器１と受光器２から成るレーザ走査式寸法測定器を２組、その光軸８が鉛直方向に対して各々４５°傾くＸの形に組み、これを１つのフレーム７の前面に取り付ける。同じく寸法測定器を２組、今度はその光軸８が鉛直方向、及び鉛直方向に対して９０°傾いた＋の形に組み、これを先のフレーム７の後面に取り付ける。フレーム７に取り付けた前２組、後２組の寸法測定器を一体とし、これを鋼材搬送テーブル９の流れ方向に対して垂直の方向に固定配置する。

鋼材の外径測定は、被測定物体である鋼材６を搬送テーブル９に装入し、寸法測定器の中を走行させることによって実施する。４組の寸法測定器で計測されたデータは、その寸法測定器の配置に従って前２点、後２点の計４点となり、各々４５°角度がずれている。それらのデータをアンプユニット１０を通してパソコン１１に取り込み、前後で測定時期の異なる外径値を同一断面円周上４点の外径値となるように演算処理を実施する。

フレーム７の片面に寸法測定器を２組をＸ形に配置し、その反面に２組を＋形を配置し、これを一体として搬送テーブル９に対して垂直に固定設置する。また、各寸法測定器の光軸８の交点と被測定物体である鋼材６の中心が一致するように、フレーム７にスクリュージャッキ１２を取り付け、鋼材６の外径寸法に応じて高さ調整できるようにする（図２）。また、寸法測定器の前後に計３個のピンチローラ１３を設置し、鋼材６がその下を通過する際に動作させ、搬送テーブル９走行中の鋼管６の振れを防止する。

鋼材６の外径測定は、鋼材６が寸法測定器に到達してレーザ３を遮光したタイミングで開始され、一定周期で外径値を計測し、鋼材６が寸法測定器を抜けるまで継続する。そして４組各々の寸法測定器で得られた測定値はアンプユニット１０を通してパソコン１１に蓄積される。鋼材６の同一断面円周上の外径を得るには、フレーム７の前２組、後２組の寸法測定器における計測時期の違いが問題となるが、これについては、前後計測回数が同じ外径値、例えば、前２組の１０回目の測定値と後２組の１０回目の測定値をパソコン１１内部で同一断面円周上の値として処理することで解決できる。なお、この処理の仕方では、外径の計測ピッチが小さいことが求められるが、サンプリング周期が短い寸法測定器を用いれば問題無いと思われる。

このようにして、鋼材全長に渡って同一断面円周上４点の外径を求める他、外径の最大値、最小値、及び偏差をパソコン１１内部で演算出力する。また、測定値が予め設定した規格寸法から外れた場合は警報作動、搬送テーブル停止といった異常出力を行い、不良品の流出を防止する対策を実施することも可能である。

以下、本発明について実施例に従って具体的に説明する。
実際の測定対象である鋼材６の寸法は、外径１５〜１２０ｍｍ、長さ２．５〜１３ｍ、レーザ走査式寸法測定器を設置する搬送テーブル９の速度は５０〜９０ｍ／ｍｉｎ、前２組、後２組の寸法測定器の光軸間距離は１８０ｍｍである。また、今回採用した寸法測定器の最高サンプリング速度は１８００回／ｓであり、鋼材搬送速度を最高９０ｍ／ｍｉｎとした場合、鋼材外径の計測ピッチは約０．８３ｍｍとなる。計測ピッチは搬送速度が遅くなる程に細かくなる為、前２組、後２組の鋼材外径の計測値４点を同一断面円周上の値として見て問題ないと言える。

また、もう１つの懸念事項であった測定精度については、外径１５ｍｍ、６０ｍｍ、長さ３ｍ、仕上がり精度±１／１００ｍｍの２種類のテストピースを測定した場合、テストピースの寸法に対して測定精度±２／１００ｍｍを得ることができた。

本発明に関わる固定式同一断面外径測定装置を示す断面図である。 本発明に関わる外径測定装置の配置図を示す図である。 本発明に関わる外径測定装置のシステム全体構成図である。 レーザ走査式寸法測定器の原理を示す図である。 従来の揺動回転式外径測定装置の断面図である。 従来の固定式同一断面外径測定装置の断面図である。

符号の説明

１ 投光器
２ 受光器
３ レーザ
４ ポリゴンミラー
５ 光学レンズ
６ 鋼材（被測定物体）
７ フレーム
８ 光軸
９ 搬送テーブル（ローラ）
１０ アンプユニット
１１ パソコン
１２ スクリュージャッキ
１３ ピンチローラ


特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊

Claims (2)

1. 投光器と受光器から成るレーザ走査式寸法測定器において、その光軸を円周方向に前後２段に配置された寸法測定器を鋼材搬送テーブルの流れ方向に対して垂直の方向に据え付け、搬送テーブル走行中の鋼材の外径を前記寸法測定器にて鋼材の全長に渡って計測し、該データを各々のアンプユニットを通してパソコンに取り込み、前後２段で測定時期の異なる外径値を同一断面円周上の外径値となるように演算処理することを特徴とするレーザ走査式鋼材同一断面外径測定装置。
2. 請求項１に記載のレーザ走査式寸法測定器において、その光軸を鉛直方向に対して前段４５°方向に２組、後段鉛直方向に２組の寸法測定器を設置したことを特徴とするレーザ走査式鋼材同一断面外径測定装置。

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