JP2011512527A - 光沢度の高い表面のための測定ステーション - Google Patents

Abstract

本発明は、加工品の反射性の表面、とりわけパイプ部分端部（２）の反射性の表面のプロフィールのため測定方法に関するものであり、
この方法では、前記表面の環境空気中に浮遊する浮遊粒子（１９）と該表面との間に電界が形成され、
該電界によって前記粒子（１９）が前記表面に吸着され、該粒子が該表面に堆積することにより前記表面がつや消しされ、
その後、つや消しされた表面がレーザビーム（１６）により走査され、
つや消しされた表面から反射された散乱光（１７）がセンサ（１１）により測定され、
これにより前記表面のプロフィールが決定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、加工品の反射性の表面、とりわけパイプ部分端部の反射性の表面のプロフィールを測定する方法、ならびにこの測定方法を実施するための測定装置に関する。

ちょうど短縮されたパイプ部分端部のプロフィールを決定するための測定ステーションおよび測定方法が、長さ、ベベル角等の最終検査を実施するための統合型パイプ切断装置の構成部分として公知である。現在の統合型パイプ切断装置では、短縮されたパイプ部分の統合的後処理が、パイプ端部のばり取り、面取りおよび洗浄の形態で行われる。とりわけ短縮されたパイプ部分端部のベベル角、壁厚、および内径と外径、軸振れ、および横振れを後からコントロールするためには、パイプを高精度に処理する場合、短縮工程の後にパイプ端部を個別に検査する必要がある。前記のパラメータを検査するための測定ステーションが、従来技術で基本的に公知である。

例えば特許文献１から、パイプ切断装置用の測定ステーションが公知である。この測定ステーションでは短縮されたパイプ端部の前記パラメータが共同作業する２つのレーザセンサによって検出される。

前記の測定ステーションの欠点として、金属パイプ部分の短縮直後には、加工処理された金属面の光沢度が非常に高く、そのため、発生された、測定に必要なレーザビームがほぼ完全にちょうど出射角で反射されることが示されている。したがって相対的にわずかな散乱光しか形成されない。この散乱光は、通例はちょうどの出射角ではない個所に配置されたセンサに入射する。散乱光は、入射するレーザビームと反射されるレーザビームとを比較できるようにするため、測定に必要である。

ドイツ共和国特許出願公開１０２００５０４３２２３号公報

したがって本発明の課題は、加工品の反射性表面のプロフィールを測定する方法、ならびにこの測定方法を実施するための測定装置を改善することである。

本発明の第１の側面でこの課題は、請求項１の特徴を備える方法によって解決される。

本発明によれば、高度に反射性の表面が、環境空気中に存在する浮遊粒子をこの反射性表面上に堆積させることによってつや消しされる。浮遊粒子は、いずれにしろ環境空気に存在する塵粒子とすることができる。しかし供給装置によって付加的に供給される浮遊粒子であっても良い。浮遊粒子は付加的に煙の形態で、反射性表面の領域に供給することができる。浮遊粒子が光沢のある反射性表面に迅速に堆積するようにするため、反射性表面の環境空気中に浮遊する粒子と反射性表面との間に電界が形成される。

好ましくは、浮遊粒子は静電フィルタまたは静電スプレーガンによって静電的に荷電される。択一的にまたは付加的に、反射性表面も静電的に荷電することができる。
静電的に荷電した表面が、これを取り囲む埃粒子を吸着する現象は、日常生活から周知である。例えば荷電したテレビジョンガラスは埃を吸着する。または摩擦によって荷電した滑らかなガラステーブルは周囲の埃を吸着する。

本発明はこの事実を利用する。すなわち、例えばいずれにしろ存在する埃粒子の形態の浮遊粒子が、人工的に形成した静電界によって反射性表面に迅速に吸着され、そこに堆積し、光沢度の高い表面がこのようにしてつや消しされる。
反射性表面は、加工品の加工処理した表面とすることができ、例えばパイプ切断装置により形成された、長い金属パイプが短縮されたばかりのパイプ部分端部の反射性断面である。長い金属パイプからパイプ部分端部が短縮された直後では、加工処理された金属面の光沢度が高く、これに入射するレーザビームはほとんど完全に出射角で反射される。わずかな程度の散乱光しか発生しない。したがって少なくとも最初は、散乱光に割り当てられた、追従制御されないセンサ、または位置固定したセンサ、またはレーザに対して位置の安定したセンサによっては、十分に迅速で正確な測定を行うことができない。しかし本方法は、基本的に任意の反射性表面の測定に適する。

本発明によれば、光沢度の高い反射性の表面が、静電界により吸着された粒子によって瞬時に非常に薄い粒子層により覆われ、したがってつや消しされる。つや消しされた表面は、光沢度の高い表面よりも格段に多くの散乱光を形成する。レーザビームの照射後に形成された散乱光はセンサ内でも散乱し、送出されたレーザビームと後方散乱されたレーザビームとの比較によるプロフィール測定を可能にする。

肉眼では、光沢度の高い表面と薄い埃層により覆われた表面とを区別することができない。

常時、十分に多数の漂遊粒子が反射性表面の環境空気中に存在するようにするため、例えば煙供給の形態で漂遊粒子供給部を設けることができる。煙供給部は、静電スプレーガンを含むことができる。

本発明による測定方法は、とりわけ金属パイプの短縮されたパイプ部分を迅速にコントロールするのに適する。本方法は、種々異なる形式の加工品に適用することができる。短縮の後、金属パイプには面取り、洗浄、ブラシ掛け等のさらなる加工処理ステップを施すことができる。次に、短縮されたパイプ部分、とりわけ金属パイプ部分は、本発明の測定装置の収容部に収容され、そこで本発明の測定方法によって測定され、プロフィール測定の後、測定装置から取り除かれる。プロフィール測定で、あらかじめ設定された目標値の公差領域にある測定値が得られれば、加工品はさらなる運送のために積み込まれ、そうでなければ抜き取られる。

短縮の際には、９９．９９％の確率で０．１ｍｍの精度が維持されなければならない。この精度を保証するために、短縮後に行われる本発明の測定方法が決定的である。

通例、金属パイプは短縮後には環境空気中で自動的に酸化する。この酸化によっても金属パイプの断面はつや消しされる。しかし十分なつや消しを達成するためには、酸化過程が少なくとも２０秒掛かる。その後で初めて、従来のレーザセンサにより十分に正確な測定を実行することができる。しかし本発明の方法は、十分につや消しされた表面を瞬時に、とりわけ２０秒より短い時間で形成する。

これにより本測定方法は、非常に短いタイミングで、短縮されたパイプ部分を検査するのに使用することができる。

本発明の第２の側面でこの課題は、本方法を実施するための、請求項８の特徴を備える装置によって解決される。この測定装置は、プロフィールを決定すべき反射性表面を備える加工品用の収容部を有する。加工品は好ましくは短縮され、後処理された金属パイプの端部である。

上に述べたように荷電装置によって、収容部に収容された反射性表面の領域で環境空気中に浮遊する粒子と表面自体との間に電界が形成される。

有利には漂遊粒子を荷電するために、静電スプレーガンが使用される。

収容部に配置された漂遊粒子供給部によって、十分な量の漂遊粒子を表面に供給することができ、この漂遊粒子は上に述べた短いタイミングを保証する。

本発明を、２つの図面に示された例示的実施形態に基づき説明する。

部分的に本発明の測定装置の断面を示す概略的側面図である。 図１の測定装置の概略的正面図である。

本発明の測定装置は、統合型パイプ切断装置の部分である。統合型パイプ切断装置ではまず、長い金属パイプからタイミング制御で、個々のパイプ部分１が短縮される。短縮の後、パイプ部分１は後続のステップで、面取りされ、ブラシ掛けされ、洗浄される。最後に完全に加工処理されたパイプ部分１を検査しなければならない。これは、所定の長さ、ベベル角、壁厚等への高精度の要求に適合できるようにするためである。例えばパイプ部分１の長さは、通常の納入義務を守るためには、９９．９９％の確率で０．１ｍｍの精度によって短縮しなければならない。加工処理したパイプ部分端部３を検査するために、本発明では図１と図２に示された測定装置が用いられる。

この測定装置は、短縮され、加工処理されたパイプ部分１のための収容部４を有し、この収容部には（図示しない）グリップアームによって、個々のパイプ部分端部２をタイミング制御で装着することができる。ここに説明する例示的実施形態では、金属パイプのパイプ部分端部２が測定され、検査される。

収容部４には電気接点６が配置されており、この電気接点の一方の端部は荷電源７と接続されており、他方の端部は収容部４に挿入されたパイプ部分１と導電接続している。図２が示すように収容部４は、短縮されたパイプ部分１の長手方向Ｌに対して垂直の断面内で円錐形に成形されており、その内側は金属層８により被覆されている。金属層８は電気接点６と導電接続しており、金属層８は荷電している。収容部４に挿入されたパイプ部分１は、収容部４に装着する際に金属層８と自動的に接触し、金属のパイプ部分１は接触により自分も荷電される。

図１は、すでに荷電源７を介して荷電されたパイプ部分端部２を概略的に示す。
収容部４に挿入されたパイプ部分１に実質的に対向して、レーザ９とセンサ１１の組み込まれたレーザセンサ１２が設けられている。レーザ９とセンサ１１は、相互に一定の相対位置を有する。

レーザセンサ１２はレーザ扇面１４を送信する。このレーザ扇面の平面は、短縮されたパイプ部分１の長手方向Ｌに対して実質的に平行に延在する。扇面１４を形成するために、集束されたレーザビーム１６が急速に発振される。またはレーザビーム１６が同様にレーザセンサ１２に組み込まれた光学系によって扇形に変形される。

組み込まれたセンサ１１はＣＣＤカメラを有する。パイプ部分端部２のプロフィールの決定は、パイプ部分端部２の長手方向Ｌにある複数のラインに沿ってラインプロフィール１３を決定し、個々のラインプロフィール１３からパイプ部分端部２のプロフィールを計算することによって行われる。

個々のラインプロフィール１３を決定するために、パイプ部分端部２がラインに沿ってレーザ扇面１４により走査され、パイプ部分端部２の面の走査された点により、これらの点から反射されたレーザ扇面１４の散乱光１７がセンサ１１により記録される。走査された点に入射するレーザ扇面１４のレーザビーム１６と、散乱されたビーム１７との間の行程差を決定することにより、長手方向Ｌのラインに沿ったラインプロフィール１３が計算される。ラインプロフィール１３の決定に必要なのは、パイプ部分端部２の走査された点から散乱光１７がセンサ１１の方向に反射されることである。

パイプ部分１を短縮し、加工処理した短時間後では、短縮されたパイプ部分端部２が極端に輝いている。すなわちパイプ部分端部２の表面が入射するレーザビーム１６を、反射されたレーザビーム１８に、完全に入射角から出射角で反射する。散乱光１７はほとんど存在しないか、または少なくとも迅速で十分に正確な長さ測定を行うことができないほどの少量しか存在しない。

加工処理されたパイプ部分端部２が空気酸素により酸化することによって、反射性表面は約２０秒後に自動的にかなりつやがなくなり、やがて十分なつや消しが存在する。したがって十分な散乱光１７が、レーザ扇面１４の入射レーザビーム１６の衝突後に発生し、センサ１１により検出することができる。

光沢のある表面と、酸化によってつや消しされた表面との差は、肉眼ではほとんど知覚されない。自動的な酸化による所定の約２０秒の時間を短縮するために、パイプ部分端部２が荷電される。荷電によってパイプ部分端部２の周囲領域では、空気中に浮遊する浮遊粒子１９が直ちに吸着される。浮遊粒子１９とパイプ部分端部２との間に形成された電界によって、浮遊粒子１９が吸着され、この浮遊粒子はパイプ部分端部２の光沢のある表面にも堆積し、これを直ちにつや消しする。周囲に浮遊する粒子１９が堆積することによって発生したつや消しは、十分な散乱光１７を形成するのに十分であり、レーザ９とセンサ１１による長さ測定が直ちに可能になる。

パイプ部分１の測定は、パイプ部分１を収容部４に挿入し、測定されたパイプ部分１を収容部から取り出すことを含み、約２秒かかる。

収容部４に挿入されたパイプ部分端部２の領域には、漂遊粒子供給部２１が測定装置の部分として配置されている。浮遊粒子供給部２１はここでは、煙供給部として構成されている。煙中に存在する塵粒子、浮遊粒子およびその他の粒子がパイプ部分端部２の領域に吹き付けられ、これによりパイプ部分端部２は短いタイミングで行われる測定に必要となる量の浮遊粒子１９を使用する。

測定ごとに供給される浮遊粒子２１の量は電子的に制御される。このために（図示しない）煙粒子検知器を収容部４の領域に設けることができる。この煙粒子検知器は、収容部４の空間に存在する浮遊粒子１９を検出し、制御装置を介して浮遊粒子１９の量を、所定の目標値を中心に狭く変動するよう制御する。

測定されたパイプ部分１はこれに堆積した浮遊粒子１９とともに収容部４から支持アームによって取り出され、パイプ部分１が十分に正確に短縮されている判断される場合、さらなる運送のために積み込まれ、そうでない場合には抜き取られる。パイプ部分１をさらに搬送し、輸送することによりパイプ部分１は何もしなくても放電し、埃粒子１９は自然に再び落下する。

１ パイプ部分
２ パイプ部分端部
４ 収容部
５
６ 電気接点
７ 荷電源
８ 金属層
９ レーザ
１０
１１ センサ
１２ レーザセンサ
１３ ラインプロフィール
１４ レーザ扇面
１５
１６ 入射するレーザビーム
１７ 散乱光
１８ 反射されたレーザビーム
１９ 浮遊粒子
２０
２１ 浮遊粒子供給部
Ｌ 長手方向

Claims (11)

1. 加工品の反射性の表面、とりわけパイプ部分端部（２）の反射性の表面のプロフィールのため測定方法であって、
   前記表面の周囲空気中に浮遊する浮遊粒子（１９）と前記表面との間に電界を形成し、該電界によって前記粒子（１９）が前記表面に吸着され、該表面は、前記粒子が表面に堆積することによりつや消しされ、
   その後、つや消しされた表面がレーザビーム（１６）により走査され、
   つや消しされた表面から反射された散乱光（１７）がセンサ（１１）により測定され、
   これにより前記表面のプロフィールが決定される測定方法。
2. 前記粒子（１９）は静電的に荷電されることを特徴とする請求項１記載の測定方法。
3. 前記表面は静電的に荷電されることを特徴とする請求項１または２記載の測定方法。
4. 前記浮遊粒子（１９）が粒子供給部（２１）を介して、前記表面の領域の周囲に供給されることを特徴とする請求項１記載の測定方法。
5. 前記加工品が測定装置に収容され、プロフィール測定の後、該測定装置から取り除かれることを特徴とする請求項１記載の測定方法。
6. プロフィール材料の前記加工品が短縮され、その後、測定装置に収容されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載の測定方法。
7. 前記加工品は、前記短縮の後、２０秒より短い時間後に測定されることを特徴とする請求項６記載の測定方法。
8. 請求項１から７までの方法を実施するための測定装置であって、
   反射性の表面を備える加工品のための収容部（４）を有し、該表面のプロフィールを決定すべであり、
   前記表面の環境空気中に浮遊する浮遊粒子（１９）と該表面との間に電界を形成することのできる荷電装置（６，７，８）を有し、
   該電界によって前記粒子（１９）が前記表面に吸着され、そこに堆積して前記表面をつや消しし、
   前記つや消しされた表面を走査するレーザビーム（１６）を備えるレーザ（９）を有し、さらに
   前記つや消しされた表面から反射される散乱光（１７）を測定するセンサ（１１）を有する測定装置。
9. 収容部（４）に配置された電気接点（６）が、収容された加工品と自動的に接触することを特徴とする請求項８記載の測定装置。
10. 前記環境空気中に浮遊する粒子（１９）のための粒子供給装置（２１）を特徴とする請求項９記載の測定装置。
11. 前記荷電装置（７）が、粒子供給装置（２１）に設けられていることを特徴とする請求項１０記載の測定装置。

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