JP2010151503A - 外径測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイプの進入角が搬送方向とずれた場合であっても全周にわたって外径を正しく測定する。
【解決手段】計算機は、パイプの入口に設置されたセンサー４１、４２の測定値から、入口側の水平方向及び垂直方向のずれの値を、出口側に設置されたセンサー６１、６２の測定値から、出口側の水平方向及び垂直方向のずれの値を取得する。さらに、パイプの回りを周方向に移動する外径計５２から外径の測定値を、ロータリーエンコーダー５３から外径計の回転角度の変化を示すパルスの入力を受ける。計算機は、入口側の水平方向及び垂直方向のずれの値からなる入口側の座標と、出口側の水平方向及び垂直方向のずれの値からなる出口側の座標とを、外径計の回転角度だけ回転した座標軸上の座標に変換し、変換された座標と、入口側及び出口側のセンサーの距離とから得られる、パイプの進入角度の余弦を用いて、計測された外径を補正して実外径を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、パイプ等の円筒状かつ長尺の測定対象物の外径を測定する外径測定装置に関する。

従来より、パイプの製造においては、品質を確保するためにその外径を測定している。例えば、特許文献１では、成形ライン中で長尺物を測定する技術について記載されている。また、特許文献２では、パイプの外周に沿って複数点の測定を行う技術について記載されており、長手方向の複数点において外径の測定を行なっている。
特開平４−３４８２０８号公報 特開２０００−２９２１５４号公報

パイプの外径を測定する装置に、搬送方向に対して斜めにパイプが進入した場合、搬送方向と鉛直に設置された測定子によって測定された外径は、実外径よりも大きな値となってしまう。
しかし、上述した特許文献１の技術では、パイプをまっすぐに進入させる機構を備えていない。そのため、例えば、外径の測定工程の前後にパイプの振動が発生し、パイプが斜めになってしまうような工程がある場合には適用できなかった。また、引用文献１は、パイプの一断面のみを測定するものであり、パイプの全周にわたって外径を測定するものではない。
一方、上述した特許文献２の技術では、外径の測定子に対してパイプが垂直に挿入されるような機構を設けている。しかし、このような機構は、測定対象のパイプの外径に応じて設けなければならない。また、パイプを静止させて測定しなければならず、測定に時間を要することになるため、搬送工程中に測定工程を設けるなど、パイプの成形ライン中には測定工程を設けることはできなかった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、パイプの進入角が搬送方向とずれた場合であっても、パイプの全周にわたって外径を正しく測定することができる外径測定装置を提供することにある。

この発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、断面が円形かつ長尺の測定対象物の外径を測定する外径測定装置であって、前記測定対象物の搬送方向に対して垂直な第１の面上に設置され、所定位置からの前記測定対象物の水平方向の距離を測定する第１の測定部と、前記第１の面上に設置され、所定位置からの前記測定対象物の垂直方向の距離を測定する第２の測定部と、前記測定対象物の搬送方向に対して垂直な第２の面上に設置され、所定位置からの前記測定対象物の水平方向の距離を測定する第３の測定部と、前記第２の面上に設置され、所定位置からの前記測定対象物の垂直方向の距離を測定する第４の測定部と、前記測定対象物の回りを周方向に移動しつつ、前記測定対象物の外径を測定する第５の測定部と、前記第５の測定部の回転角度の変化を示す情報を出力する回転角検出部と、前記第１、第２、第３、第４の測定部が測定した距離と、前記第５の測定部が測定した外径と、前記回転角検出部が出力した回転角度の変化を示す情報との入力を受ける入力部と、前記第１の測定部により測定された距離から得られる水平方向のずれの値、及び、前記第２の測定部により測定された距離から得られる垂直方向のずれの値からなる第１の座標と、前記第３の測定部により測定された距離から得られる水平方向のずれの値、及び、前記第４の測定部により測定された距離から得られる垂直方向のずれの距離値からなる第２の座標とを、前記回転角検出部より入力された情報から得られる回転角度だけ回転した座標軸上の座標に変換する変換部と、前記変換部により変換された前記第１の座標及び第２の座標と、前記第１または第２の測定部及び前記第３または第４の測定部間の距離とから得られる、前記測定対象物の進入角度の余弦を用いて、前記第５の測定部により測定された外径を補正して実外径を算出する外径算出部と、前記外径算出部によって算出された実外径を出力する出力制御部と、を備えることを特徴とする外径測定装置である。
上記実施の形態によれば、第１及び第２の測定部の測定値に基づく測定対象物の入口側の水平方向及び垂直方向のずれの位置と、第３及び第４の測定部の測定値に基づく測定対象物の出口側の水平方向及び垂直方向のずれの位置とから得られる測定対象物の搬送方向に対する進入角度を用いて、測定対象物の周りを周方向に移動しながら外径の測定を行なう第５の測定部による測定値を補正して実外径を算出し、表示させることができる。
これにより、搬送方向に対して斜めに測定対象物が外径測定装置に進入した場合であっても、正確な実外径を全周に渡って測定することができる。

また、本発明は上述する外径測定装置であって、前記測定対象物を前記搬送方向に搬送させながら測定を行なうことを特徴とする。
上記発明によれば、外径測定装置は、測定対象物を搬送させながら測定した値に基づいて、実外径の測定を行なう。
これにより、測定対象物の製造ラインに外径測定装置を挿入し、製造ラインを止めることなく測定対象物の外径をらせん状に全周に渡って測定することができる。

また、本発明は上述する外径測定装置であって、前記第５の測定部は、１８０度の範囲を折り返しながら回転する。
上記発明によれば、第５の測定部は、測定対象物の周方向に０〜１８０度の範囲で正転、逆転を繰り返しながら外径の測定を行なう。
これにより、第５の測定部による測定結果を出力するためのケーブルが測定対象物に絡まることなく、全周を測定することができる。

また、本発明は上記外径測定装置であって、前記入力部は、前記回転角検出部から回転角度の変化を示す情報を受信した場合に、前記第１、第２、第３、第４及び第５の測定部の測定値の入力を受けることを特徴とする。
この発明によれば、外径測定装置は、回転角検出部により１度毎など、所定の角度だけ第５の測定部が回転したタイミングにおいて、第１、第２、第３及び第４の測定部、ならびに、第５の測定部による測定値を読み込んで実外径を算出する。
これにより、外径測定装置は、測定部の測定間隔が非常に短い場合であっても、所望の測定精度に従った間隔で測定値をサンプリングして実外径を算出することができる。

また、本発明は上述する外径測定装置であって、前記外径算出部によって算出された実外径が、所定の基準を満たさない場合にエラーを出力する警告部をさらに備えることを特徴とする。
この発明によれば、外径測定装置は、測定対象物の実外径が、予め決められた基準を超えたことを検出した場合に、エラーを出力する。
これにより、測定対象物の外径のサイズが、製品の品質を保証する基準を超えた場合に警告を出力させることができ、製造者に注意を促すことが可能となる。

本発明によれば、搬送方向に対して斜めに測定対象物が外径測定装置に進入した場合であっても、正確な実外径を全周に渡って測定することができる。また、測定対象物の製造ラインに外径測定装置を挿入し、製造ラインを止めることなく測定対象物の外径をらせん状に全周に渡って測定することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
本実施の形態では、外径の測定対象物がパイプである場合を例に説明するが、測定対象物は断面の外周が円である円筒状かつ長尺であればよく、その材質は任意のものとすることができる。なお、円筒状かつ長尺とは、外観上円筒形状であれば良く、長尺といっても長さに特別な意味があるわけでない。また外径の大きさは問わない。

図１は、本発明の一実施の形態による外径測定装置を用いたパイプ製造ライン１の全体構成を示す図である。同図において、パイプ製造ライン１は、形成機２、引取機３、外径測定装置４、切断機５、及び、コンベア６を備える。
形成機２は、パイプ１０の形成を行ない、引取機３は、形成機２により形成されたパイプ１０を引き取り、外径測定装置４へ搬送する。外径測定装置４はパイプ１０の搬送を止めずに外径を測定し、測定後のパイプ１０は切断機５により所定の長さ毎に切断され、コンベア６により図示しないストッカへ搬送される。

図２は、本実施の形態による外径測定装置４の構成を示す図である。図２（ａ）はパイプ１０が左から右へ移動する側面からみた構成図、図２（ｂ）はパイプ１０の出口側からみた構成図、図２（ｃ）は上方からみた場合の構成図である。
同図において、外径測定装置４には、パイプ１０が進入する入口側に、パイプ１０の搬送方向とは垂直にセンサー取付板４０が、パイプ１０の出口側に、パイプ１０の搬送方向とは垂直にセンサー取付板６０が設けられている。センサー取付板４０には、入口側においてパイプ１０の水平方向の位置を測定するためのセンサー４１と、垂直方向の位置を測定するためのセンサー４２とが取り付けられている。同様に、センサー取付板６０には、出口側において、パイプ１０の水平方向の位置を測定するためのセンサー６１と、垂直方向の位置を測定するためのセンサー６２とが取り付けられている。

センサー取付板４０とセンサー取付板６０との間にはＬＭブロック取付板５０が設けられ、このＬＭブロック取付板５０には、ＬＭブロックによりＬＭガイド２３が垂直方向に往復可能にその上部が取り付けられている。ＬＭガイド２３の下端はシャフトによりリンクプレート２２に接続される。このリンクプレート２２の他端はクランク盤２１の一方の面の外周側に連結される。これにより、モータ２０が駆動するとクランク盤２１が回転することによって、ＬＭガイド２３が上下動する。このＬＭガイド２３の上下動が、ギア２４に伝達されることによって、正転及び逆転を繰り返すようにギア２４がパイプの搬送方向を中心として回転する。ギア２４が回転すると、このギア２４に取り付けられた外径計取付プレート５１が回転し、これによって、外径計取付プレート５１に取り付けられた外径計５２が、０〜１８０度の範囲でパイプ１０の周方向に正転と逆転を繰り返しながら外径の測定を行なう。また、ギア２４の回転は、ピニオンギア２５にも伝達され、ピニオンギアが回転することによって、タイミングベルトにより連結されたタイミングプーリー２６を回転させる。タイミングプーリー２６は、その回転軸がロータリーエンコーダー５３に連結されている。これにより、ロータリーエンコーダー５３は、外径計５２の回転角度（０〜１８０度）を検出する。

センサー４１、４２、６１、６２及び外径計５２には、例えば、レーザー光センサーが用いられ、１／１０００秒毎などの間隔で測定を行なっている。レーザー光センサーは、レーザー光を照射する投光器と、当該投光器から照射されるレーザー光を受光する受光器とからなる。受光器には、受光したレーザー光を電気信号に変換する受光素子が配列されており、この受光素子からの電気信号がセンサーアンプに出力され、センサーアンプにおいて、受光できた受光素子の番地、受光できなかった受光素子の番地から長さの情報に変換されて後述する計算機７０（図６）に出力される。

また、ロータリーエンコーダー５３は、発光器から発行された光が回転する円板に設けられたスリットを通過する毎に受光器によって受光してパルス信号を発生させ、計算機７０に出力する。なお、このパルス信号をカウンタ装置に出力し、カウンタ装置がこのパルスをカウントして計算機７０に出力することでもよく、カウンタ装置においてパルスのカウント値から角度の情報に変換して計算機７０に出力することでもよい。

図３は、センサー４１、４２、６１、６２と、パイプ１０との位置関係を示した図である。図３（ａ）は、パイプ１０の進行方向からみた正面図、図３（ｂ）は、斜視図である。
同図において、センサー４１、４２は、パイプ１０の搬送方向における入り口側に配置され、センサー６１、６２は、パイプ１０の搬送方向における出口側に配置される。
センサー４１は、複数の発光素子が直線上に配列された投光器４１ａと、複数の受光素子が直線上に配列された受光器４１ｂとから構成され、投光器４１ａの発光素子と受光器４１ｂの受光素子のそれぞれが対向する位置であって、投光器４１ａからの光が垂直方向に出射されるように配置され、発光素子から発光された光が、対向する受光素子によって受光される。
この投光器４１ａと受光器４１ｂとの間をパイプ１０が長手方向（搬送方向）に搬送されて通過することにより、発光素子のそれぞれから発光された光のいずれかが、パイプ１０によって遮光される。これにより、センサー４１は、配列された受光素子のうち、最も一端側に配置された受光素子を基準とし、発光素子からの光をパイプ１０によって遮光されずに受光した受光素子まですなわちパイプ１０の外周面（例えば、図３における外周面の左端）までの距離を水平方向の距離として検出する。

センサー４２は、複数の発光素子が直線上に配列された投光器４２ａと、複数の受光素子が直線上に配列された受光器４２ｂとから構成され、投光器４２ａの発光素子と受光器４２ｂの受光素子のそれぞれが対向する位置であって、投光器４２ａからの光が水平方向に出射されるように配置され、発光素子から発光された光が、対向する受光素子によって受光される。
この投光器４２ａと受光器４２ｂとの間をパイプ１０が長手方向（搬送方向）に搬送されて通過することにより、発光素子のそれぞれから発光された光のいずれかが、パイプ１０によって遮光される。これにより、センサー４２は、配列された受光素子のうち、最も一端側に配置された受光素子を基準とし、発光素子からの光をパイプ１０によって遮光されずに受光した受光素子まですなわちパイプ１０の外周面（例えば、図３における外周面の下端）までの距離を垂直方向の距離として検出する。

なお、センサー６２とパイプ１０との位置関係は、センサー４２とパイプ１０と同様であるが、センサー６１は、パイプ１０の右端を測定するように配置される。つまり、センサー６１の投光器６１ａ及び受光器６１ｂは、投光器６１ａからのレーザー光の一部が、パイプ１０の右端により遮光されるように配置され、受光器６１ｂの受光状態により、右端に位置する受光素子からの水平方向の距離を得る。また、センサー６２の投光器６２ａ及び受光器６２ｂは、投光器６２ａからのレーザー光の一部が、パイプ１０の下端により遮光されるように配置され、受光器６２ｂの受光状態により、下端に位置する受光装置からの垂直方向の距離を得る。

水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸、パイプ１０の搬送方向をｚ軸とした場合、入口側の座標は、センサー４１が検出した水平方向の距離と基準となる長さとのずれの値をｘ座標位置、センサー４２が検出した垂直方向の距離と基準となる長さとのずれの値をｙ座標位置として表すことができる。また、出口側の座標は、センサー６１が検出した水平方向の距離と基準となる長さとのずれの値をｘ座標位置、センサー６２が検出した垂直方向の距離と基準となる長さとのずれの値をｙ座標位置として表すことができる。
入口、出口における水平方向、垂直方向の基準となる長さとは、パイプ１０が搬送方向に対して水平方向、垂直方向ともにずれがなく、まっすぐに外径測定装置４に進入した場合に検出される入口、出口における水平方向、垂直方向の距離である。

図４は、外径計５２とパイプ１０との位置関係を示した図である。同図において、外径計５２は、複数の発光素子が直線上に配列された投光器５２ａと、複数の受光素子が直線上に配列された受光器５２ｂとから構成され、投光器５２ａの発光素子と受光器５２ｂの受光素子のそれぞれが対向する位置に配置され、発光素子から発光された光が、対向する受光素子によって受光される。この投光器５２ａと受光器５２ｂとの間をパイプ１０が長手方向（搬送方向）に搬送されて通過することにより、発光素子のそれぞれから発光された光のいずれかが、パイプ１０によって遮光される。これにより、外径計５２は、配列された受光素子のうち、発光素子からの光がパイプ１０によって遮光され受光できなかった受光素子の一端側から他端側までの距離を、パイプ１０の外径の測定値ｄとして得る。外径計５２は、０〜１８０度の範囲でパイプ１０の外周を回転するが、この回転の角度をθ_１とする。
なお、投光器５２ａに発光素子を複数持たず、投光器５２ａからの光を偏向する多面体回転ミラーと、多面体回転ミラーにより偏向した光を平行光にするＦθレンズにより、一端側から他端側へとパイプ１０の平行スキャンを行なうようにしてもよい。このスキャンによる光は集光レンズで集光され、受光器５２ｂにより受光されると電気信号に変換される。投光器５２ａからの光がパイプ１０によって遮光され、受光器５２ｂによって受光できなかった時間を長さに変換することにより、パイプ１０の外径の測定値ｄを得る。

図５は、外径計５２により測定されたパイプ１０の外径の測定値ｄと、実外径Ｄとの関係を示す図である。外径測定装置４に進入しているパイプ１０は、例えば、後段に設置されている切断機５による切断に起因する振動等により、外径測定装置４の入口側及び出口側において、水平方向及び垂直方向にずれが生じる。このように、パイプ１０が外径測定装置４に搬送方向に対して斜め進入している場合、その進入角度をθ_２とすると、Ｄ＝ｄｃｏｓθ_２より、外径計５２による外径の測定値ｄは、実外径Ｄより大きな値となる。

図６は、本実施の形態による外径測定装置４が備える計算機７０の構成を示すブロック図である。同図において、計算機７０は、例えば、パーソナルコンピュータやサーバなどのコンピュータ装置により実現され、制御部７１、入力部７２、処理部７３、記憶部７４、及び、出力部７５を備える。

制御部７１は、ＣＰＵ（central processing unit）及び各種メモリから構成され、各部の制御や、データの一時的な格納や、データの転送等を行う。入力部７２は、センサー４１、４２、６１、６２、及び、外径計５２による測定値、ならびに、ロータリーエンコーダー５３により測定された角度の情報の入力を受ける。出力部７５は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などのディスプレイや、音声を発生させるスピーカーである。

記憶部７４は、時間と、センサー４１、４２、６１、６２及び外径計５２による測定値と、ロータリーエンコーダー５３のパルスのカウント数とを対応付けた情報、１スキャン（外径計５２の角度が０〜１７９度）毎の実外径の最小値、最大値、平均値などを示す情報を記憶する。さらに、記憶部７４は、パイプの外径が正常であると判断するための条件を記憶している。この条件は、例えば、パイプ１０が規格内であるときの最大及び最小の外径により示すことができるが、基準となる外径及び規格内であるときの基準外径からの乖離度などにより示すこともできる。また、製造部での合否判定基準となる最大／最小の外径である基準１、担当者が成形条件変更を実施する基準の最大／最小の外径である基準２など、複数の条件を記憶することでもよい。

処理部７３は、記録部８１、変換部８２、外径算出部８３、出力制御部８４、及び、警告部８５を備える。
記録部８１は、記憶部７４に各種情報を書き込む。変換部８２は、センサー４１、４２の測定値から得られた入口側のｘｙ座標と、センサー６１、６２の測定値から得られた出口側のｘｙ座標とを、ロータリーエンコーダー５３により測定された角度だけｘ軸及びｙ軸を回転した座標軸における座標に変換する。外径算出部８３は、変換部８２により変換された入口側及び出口側の座標と、センサー４１（４２）及びセンサー６１（６２）間の距離とから得られるパイプ１０の進入角の余弦を用いて、外径計５２により測定された外径の測定値ｄを補正して実外径Ｄを算出する。出力制御部８４は、外径算出部８３により算出された実外径の情報を出力部７５に出力する。警告部８５は、外径算出部８３によって算出された実外径Ｄと、記憶部７４に記憶されている条件とを照合し、正常であると判断する基準を満たさない場合に出力部７５にエラーを出力する。

図７は、計算機７０における処理フローを示す図である。
ロータリーエンコーダー５３は、外径計５２に所定の角度、ここでは１度の回転角度の変化があった場合に、パルスを計算機７０へ出力する。計算機７０の入力部７２は、ロータリーエンコーダー５３からパルスの入力を受けると、センサー４１、４２、６１、６２及び外径計５２の測定値を読み取る（ステップＳ１０１）。記録部８１は、記憶部７４内に記憶しているパルスのカウンタを１加算した値に更新し、現在の時刻と、更新したパルスのカウンタまたは当該カウンタから得られる角度と、センサー４１、４２、６１、６２及び外径計５２の測定値とを対応づけて記憶部７４に書き込む。記録部８１は、所定の期間、例えば、１スキャン０〜１７９度の測定が完了するまで測定値を記録する。

変換部８２は、記憶部７４から、センサー４１、４２、６１、６２の測定値及びパルスのカウンタを読み出し、０〜１７９度の範囲の１度毎に、つまり、カウンタがインクリメントされたときの各測定値について以下の処理を行なう。すなわち、変換部８２は、センサー４１が検出した距離と、入口側の水平方向の基準となる長さとのずれをｘ_１、センサー４２が検出した距離と、入口側の垂直方向の基準となる長さとのずれをｙ_１として算出する。同様に、変換部８２は、センサー６１が検出した距離と、出口側の水平方向の基準となる長さとのずれをｘ_２、センサー６２が検出した距離と、出口側の垂直方向の基準となる長さとのずれをｙ_２として算出し、現在の時刻の情報と対応づけて記憶部７４に書き込む。さらに、変換部８２は、パルスのカウンタから外径計５２の角度を得ると、入口側及び出口側の座標を、この得られた角度だけ回転したときの座標に変換する（ステップＳ１０２）。

図８は、座標軸の変換を説明するための図である。変換部８２は、水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸としたｘ−ｙ座標平面上の入口側の座標（ｘ_１，ｙ_１）を、以下の（式１）及び（式２）により、座標軸を外径計５２の角度θ_１だけ回転したｘ’−ｙ’座標平面上の座標（ｘ’_１，ｙ’_１）に変換する。

ｘ_１＝（ｘ’_１ｃｏｓθ_１−ｙ’_１ｓｉｎθ_１） ・・・式（１）
ｙ_１＝（ｘ’_１ｓｉｎθ_１＋ｙ’_１ｃｏｓθ_１） ・・・式（２）

同様に、変換部８２は、水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸としたｘ−ｙ座標平面上の出口側の座標（ｘ_２，ｙ_２）を、以下の（式３）及び（式４）により、座標軸を外径計５２の角度θ_１だけ回転したｘ’−ｙ’座標平面上の座標（ｘ’_２，ｙ’_２）に変換する。

ｘ_２＝（ｘ’_２ｃｏｓθ_１−ｙ’_２ｓｉｎθ_１） ・・・式（３）
ｙ_２＝（ｘ’_２ｓｉｎθ_１＋ｙ’_２ｃｏｓθ_１） ・・・式（４）

続いて、図７において、計算機７０の外径算出部８３は、１度毎に、ステップＳ１０２において変換された入口側及び出口側の座標と、センサー４１（３２）及びセンサー６１（５２）間の距離とから得られるパイプ１０の進入角を用いて、外径計５２により測定された外径の測定値ｄからパイプ１０の実外径Ｄを算出する（ステップＳ１０３）。

図９は、実外径Ｄの算出を説明するための図である。同図においては、ｘ’、ｙ’、ｚを軸とした３次元平面における、入口側の座標Ｐ１（ｘ’_１，ｙ’_１，ｚ_１）と、出口側の座標Ｐ２（ｘ’_２，ｙ’_２，ｚ_２）を示している。
パイプ１０が搬送方向と並行に外径測定装置４に進入したと仮定した場合、出口の座標Ｐ３は、入口側の座標Ｐ１（ｘ’_１，ｙ’_１，ｚ_１）からｚ軸に並行に進んだ（ｘ’_１，ｙ’_１，ｚ_２）となり、Ｐ１とＰ３の距離（ｚ_２−ｚ_１）は、センサー４１（またはセンサー４２）とセンサー６１（またはセンサー６２）の距離に一致する。以下、座標Ｐ１から座標Ｐ３へのベクトルをベクトルｖ_１３（→）と記載する。
パイプ１０が搬送方向とは斜めに外径測定装置４に進入した場合、その進入角θ_２は、入口側の座標Ｐ１（ｘ’_１，ｙ’_１，ｚ_１）を始点とし、出口側の座標Ｐ２（ｘ’_２，ｙ’_２，ｚ_２）を終点としたベクトルｖ_１２（→）と、ベクトルｖ_１３（→）とがなす角となる。よって、以下の（式５）及び（式６）が成り立つ。

外径算出部８３は、（ｚ_２−ｚ_１）に、予め記憶部７４に記憶しておいたセンサー４１（またはセンサー４２）とセンサー６１（またはセンサー６２）の距離を、座標Ｐ１のｘ座標値ｘ’_１、ｙ座標値ｙ’_１、及び、座標Ｐ２のｘ座標値ｘ’_２，ｙ座標値ｙ’_２に、ステップＳ１０２において算出された値を（式６）に代入することにより、ｃｏｓθ_２を算出する。

外径計５２による測定値ｄは、ｙ’軸に並行な線分上で測定された長さであり、パイプ１０の実外径Ｄが測定される線分は、ベクトルｖ_１２（→）とは垂直な線分である。よって、図５にも示したとおり、外径計５２による測定値ｄが測定された線分と、パイプ１０の実外径Ｄが測定される線分とはθ_２の角度をなす。従って、以下の（式７）が成り立つ。

Ｄ＝ｄｃｏｓθ_２ …（式７）

外径算出部８３は、記憶部７４から読み出した外径計５２による測定値ｄと、算出されたｃｏｓθ_２を上記（式７）に代入して、実外径Ｄを算出する。

図７において、記録部８１は、外径計５２の傾き１度毎に算出された実外径Ｄを記憶部７４に書き込む（ステップＳ１０４）。さらに記録部８１は、記憶部７４を参照して現在の１スキャンにおける実外径Ｄの最小値、最大値を取得するとともに平均値を算出し、これらの情報を示す測定結果ファイルを生成して記憶部７４に記録する。

図１０は、記録部８１によって記憶部７４に書き込まれた測定結果ファイルの例を示す図である。同図において、測定結果ファイルは、１スキャンが完了する毎に割り当てられる番号と、１スキャンが完了した時の日時、当該スキャンにおける実外径Ｄの最大値とその最大値が得られたときの外径計５２の角度、当該スキャンにおける実外径Ｄの最小値とその最小値が得られたときの外径計５２の角度、当該スキャンにおける実外径Ｄの平均値、０、４５、９０、１３５度における外径計５２の測定値ｄ、入口側のｘ座標値（入口Ｘ軸）、入口側のｙ座標値（入口Ｙ軸）、出口側のｘ座標値（出口Ｘ軸）、出口側のｙ座標値（出口Ｙ軸）の値が記録されている。このように、１スキャン毎に測定結果ファイルに行を追加して記録し、１度毎の測定結果の記録については１スキャンが完了した後消去することによって、測定履歴の情報が膨大になることを防ぎ、また、経時的な実外径の変化をわかりやすく示す。

図７において、出力制御部８４は、測定結果ファイルに基づいて、実外径Ｄの最大値、最小値及び平均値等の情報をディスプレイに出力する（ステップＳ１０５）。また、警告部８５は、記憶部７４から、パイプの外径が正常であると判断するための条件を読み出し、実外径Ｄの平均値が、読み出した条件で示される基準を満たしているか否かを判断する（ステップＳ１０６）。条件を満たしていれば（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、何もせずに処理を終了し、次の入力を待つ。一方、実外径Ｄの平均値が読み出した条件で示される基準を満たしていなければ（ステップＳ１０６：ＮＯ）、警告を画面に表示するか、音声にて警告を出力する（ステップＳ１０７）。なお、１度毎に算出された実外径Ｄについて、基準を満たしているか否かを判断し、基準を満たしていなければ警告を出力するようにしてもよい。

図１１は、図７のステップＳ１０５においてディスプレイに出力される測定結果画面の表示例を示す図である。同図において、出力制御部８４は、算出された実外径Ｄの平均値をグラフにより測定結果画面に表示させており、折れ線グラフの横軸は時間（分）を示している。なお、実外径Ｄの最小値、最大値をあわせてグラフに表示させてもよい。また、出力制御部８４は、製品外径、パイプ１０が規格内であると判断するための条件である基準１及び基準２の最大／最小の外径を同グラフに合わせて表示させている。これにより、製品外径からの実外径Ｄの乖離や、基準１、基準２に実外径Ｄが収まっているかなどを視覚的にわかりやすく表示する。さらに、出力制御部８４は、測定結果ファイルを参照して、過去２時間分の結果から読み出した実外径Ｄの最大値、最小値、平均を表示させ、さらには、前回及び今回のスキャンにおける実外径Ｄの最大値、最小値、平均を表示させている。

上記実施形態によれば、パイプ製造ラインの中に外径測定装置を設置し、切断工程等によってパイプの進入角度にずれが生じる場合であっても、パイプの搬送の流れを止めずに、パイプの外径を全周に渡って測定することが可能になる。

上記実施形態では、外径計５２は、０〜１８０度の範囲で正転と逆転を繰り返すことによって、外径計５２から計算機７０へ測定値を出力するためのケーブルがパイプ１０に絡まるのを防いでいる。外径計５２が無線により測定した情報を計算機７０へ出力する場合、外径計５２が一定方向に回転するものであってもよい。

また、上記実施形態では、パイプ１０を搬送しながら、１スキャン毎に実外径Ｄの算出及び表示をリアルタイムで行なっているが、２スキャン分以上のセンサー４１、４２、６１、６２の測定値、外径計５２の測定値、及び、ロータリーエンコーダー５３のパルスのカウンタを記憶部７４に記憶しておき、上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理を行なうことでもよい。
また、パイプ１０を静止させて測定を行なうことでもよい。

なお、上述の計算機７０は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、装置１の処理部７３の動作の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータシステムが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでいうコンピュータシステムとは、ＣＰＵ及び各種メモリやＯＳ、周辺機器等のハードウェアを含むものである。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

本発明の一実施の形態による外径測定装置を用いたパイプ製造ラインの全体構成を示す図である。 同実施の形態による外径測定装置の構成を示す図である。 同実施の形態によるセンサーとパイプとの位置関係を示す図である。 同実施の形態による外径計とパイプとの位置関係を示した図である。 同実施の形態による外径計により測定されたパイプの外径の測定値と、実外径との関係を示す図である。 同実施の形態による外径測定装置が備える計算機の構成を示すブロック図である。 同実施の形態による計算機における処理フローである。 同実施の形態による座標軸の変換を説明するための図である。 同実施の形態による実外径の算出を説明するための図である。 同実施の形態による測定結果ファイルの例を示す図である。 同実施の形態による測定結果画面の表示例を示す図である。

符号の説明

１…パイプ製造ライン
２…形成機
３…引取機
４…外径測定装置
５…切断機
６…コンベア
１０…パイプ
２０…モータ
２１…クランク盤
２２…リンクプレート
２３…ＬＭガイド
２４…ギア
４０、６０…センサー取付板
４１、４２、６１、６２…センサー
４１ａ、４２ａ、５１ａ、６１ａ、６２ａ…投光器
４１ｂ、４２ｂ、５２ｂ、６１ｂ、６２ｂ…受光器
５０…ＬＭブロック取付板
５１…外径計取付プレート
５２…外径計
５３…ロータリーエンコーダー
７０…計算機
７１…制御部
７２…入力部
７３…処理部
７４…記憶部
７５…出力部
８１…記録部
８２…変換部
８３…外径算出部
８４…出力制御部
８５…警告部

Claims (5)

1. 断面が円形かつ長尺の測定対象物の外径を測定する外径測定装置であって、
   前記測定対象物の搬送方向に対して垂直な第１の面上に設置され、所定位置からの前記測定対象物の水平方向の距離を測定する第１の測定部と、
   前記第１の面上に設置され、所定位置からの前記測定対象物の垂直方向の距離を測定する第２の測定部と、
   前記測定対象物の搬送方向に対して垂直な第２の面上に設置され、所定位置からの前記測定対象物の水平方向の距離を測定する第３の測定部と、
   前記第２の面上に設置され、所定位置からの前記測定対象物の垂直方向の距離を測定する第４の測定部と、
   前記測定対象物の回りを周方向に移動しつつ、前記測定対象物の外径を測定する第５の測定部と、
   前記第５の測定部の回転角度の変化を示す情報を出力する回転角検出部と、
   前記第１、第２、第３、第４の測定部が測定した距離と、前記第５の測定部が測定した外径と、前記回転角検出部が出力した回転角度の変化を示す情報との入力を受ける入力部と、
   前記第１の測定部により測定された距離から得られる水平方向のずれの値、及び、前記第２の測定部により測定された距離から得られる垂直方向のずれの値からなる第１の座標と、前記第３の測定部により測定された距離から得られる水平方向のずれの値、及び、前記第４の測定部により測定された距離から得られる垂直方向のずれの距離値からなる第２の座標とを、前記回転角検出部より入力された情報から得られる回転角度だけ回転した座標軸上の座標に変換する変換部と、
   前記変換部により変換された前記第１の座標及び第２の座標と、前記第１または第２の測定部及び前記第３または第４の測定部間の距離とから得られる、前記測定対象物の進入角度の余弦を用いて、前記第５の測定部により測定された外径を補正して実外径を算出する外径算出部と、
   前記外径算出部によって算出された実外径を出力する出力制御部と、
   を備えることを特徴とする外径測定装置。
2. 前記測定対象物を前記搬送方向に搬送させながら測定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の外径測定装置。
3. 前記第５の測定部は、１８０度の範囲を折り返しながら回転することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の外径測定装置。
4. 前記入力部は、前記回転角検出部から回転角度の変化を示す情報を受信した場合に、前記第１、第２、第３、第４及び第５の測定部の測定値の入力を受けることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の外径測定装置。
5. 前記外径算出部によって算出された実外径が、所定の基準を満たさない場合にエラーを出力する警告部をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の外径測定装置。

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