JP2012093268A - Circularity measurement system and pipe-making device with the same - Google Patents

Circularity measurement system and pipe-making device with the same Download PDF

Info

Publication number
JP2012093268A
JP2012093268A JP2010241684A JP2010241684A JP2012093268A JP 2012093268 A JP2012093268 A JP 2012093268A JP 2010241684 A JP2010241684 A JP 2010241684A JP 2010241684 A JP2010241684 A JP 2010241684A JP 2012093268 A JP2012093268 A JP 2012093268A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
roundness
measurement object
measurement
imaging means
circular shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010241684A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Mandono
貴志 万殿
Koji Azumaoka
晃二 東岡
Idaku Ishii
抱 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aida Engineering Ltd
Original Assignee
Aida Engineering Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aida Engineering Ltd filed Critical Aida Engineering Ltd
Priority to JP2010241684A priority Critical patent/JP2012093268A/en
Publication of JP2012093268A publication Critical patent/JP2012093268A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circularity measurement system which can measure circularity of a measurement object whose circular cross-sectional outer shape is circular in real time.SOLUTION: A circularity measurement system includes: light sources U1a-U4a which irradiate the surface of a measurement object T whose cross-sectional outer shape is circular and which continuously moves with linear light in the right-angled direction to the moving direction P, imaging means and U1b-U4b for picking up an irradiation region of the light in the measurement object T from the angle direction which is not right-angled to the conveyance direction P; and calculation means C for calculating the circularity of the cross-sectional outer shape of the measurement object T based on image information from the respective imaging means U1b-U4b, in which at least two sets of the light sources U1a-U4a and the imaging means U1b-U4b are provided, the two sets of light sources U1a-U4a and the imaging means U1b-U4b are arranged at equal angle intervals from each other regarding a center axis of the measurement object T when the sets are viewed from the direction going from the upstream to the downstream of the moving direction P of the measurement object T.

Description

本発明は、真円度計測システムおよびこれを備えた造管装置に係り、特に、断面の外形が円形の部材の真円度を計測するシステムおよびこれを用いて造管時の加工条件を変更できる造管装置に関する。   The present invention relates to a roundness measuring system and a pipe making apparatus equipped with the same, and more particularly, a system for measuring roundness of a member having a circular cross-sectional outer shape and a machining condition during pipe making using the system. The present invention relates to a tube forming apparatus that can be used.

産業界において、断面外形が精密に円形の部材(長尺部材)に関する要望がある。例えば、プリンタ等で使用されるローラの素材は、現在中実の鉄棒が主に使用されている。但し、加工時の省エネルギー化、省資源化などの観点から、中実の鉄棒から中空パイプへの置換の要望がある。このため、板状の金属素材を円形に成形するチューブミルラインによる造管装置で中空パイプ状のローラを作成することが考えられる。   In the industry, there is a demand for a member (long member) whose cross-sectional outer shape is precisely circular. For example, a solid iron bar is mainly used as a material for a roller used in a printer or the like. However, there is a demand for replacement of a solid iron bar with a hollow pipe from the viewpoint of energy saving and resource saving during processing. For this reason, it is conceivable to create a hollow pipe-like roller with a pipe making apparatus using a tube mill line that forms a plate-like metal material into a circle.

しかしながら、プリンタ等で使用されるローラに求められる精度は非常に高い(真円度2/100ミリ以内)のに対し、一般的なチューブミルラインによる成形では、ここまでの精度を実現することは事実上不可能である。このため、特に長尺のパイプ状部材の全長にわたる真円度の精密計測システムおよび真円度向上が可能な造管装置を実現する必要がある。   However, while the accuracy required for rollers used in printers is very high (roundness within 2/100 mm), in the case of forming with a general tube mill line, it is possible to achieve the accuracy so far. Virtually impossible. For this reason, it is necessary to realize a roundness precision measurement system and a pipe making apparatus capable of improving roundness, particularly over the entire length of a long pipe-shaped member.

上記課題に鑑みて、本発明は、断面外形が円形の連続的に移動する計測対象物の表面に、移動方向に対して直角な方向に線状の光を照射する光源と、前記測定対象物における前記光の照射領域を、前記搬送方向に対して直角で無い角度方向から撮像する撮像手段と、前記各撮像手段からの画像情報に基づいて、前記計測対象物の断面外形の真円度を計算する計算手段を備え、前記光源と撮像手段とが少なくとも2組設けられ、これら2組の光源と撮像手段は前記計測対象物の移動方向の上流から下流に向かう方向から見た場合に、前記測定対象物の中心軸に関して相互に等角度間隔に配置されている。以上のような構成をとることにより、リアルタイムで計測対象物の全周にわたる円形状を計測することができる。   In view of the above problems, the present invention provides a light source that irradiates linearly light on a surface of a measurement object that has a circular cross-sectional outer shape and moves in a direction perpendicular to the movement direction, and the measurement object. The roundness of the cross-sectional outer shape of the measurement object is determined based on the imaging means for imaging the irradiation area of the light from an angle direction that is not perpendicular to the transport direction and image information from each imaging means. A calculating means for calculating, wherein at least two sets of the light source and the imaging means are provided, and the two sets of the light source and the imaging means are viewed from a direction from upstream to downstream in the moving direction of the measurement object; They are arranged at equiangular intervals with respect to the central axis of the measurement object. By taking the above configuration, it is possible to measure a circular shape over the entire circumference of the measurement object in real time.

また、本発明は、前記光源と撮像手段は4組設けられており、相互に90°の角度間隔で配置されている、という構成を採っている。   In addition, the present invention employs a configuration in which four sets of the light source and the imaging unit are provided and arranged at an angular interval of 90 °.

また、本発明は、前記光源と撮像手段の各組は、前記移動方向に沿って相互の所定距離だけ隔てて配置されている、という構成を採っている。   In addition, the present invention adopts a configuration in which each set of the light source and the imaging means is arranged at a predetermined distance from each other along the moving direction.

また、本発明は、前記計算手段は、各撮像手段から得られた画像情報から部分円形状を算出し、この部分円形状を結合して円形状を算出し、この算出された円形状に基づいて真円度を決定する、各機能を有する、という構成を採っている。   In the present invention, the calculating means calculates a partial circular shape from image information obtained from each imaging means, combines the partial circular shapes to calculate a circular shape, and based on the calculated circular shape. It has a configuration that determines the roundness and has each function.

また、本発明は、前記計算手段が、前記円形状の算出に当たり、前記各部分円形状を所定の二次元座標系にプロットすると共に、前記部分円形状における各点の座標値に基づいて部分円形状の平均曲率半径を算出し、前記平均曲率半径に基づいて各部分円形状の各中心点座標を算出し、算出された各中心点座標を整合させることで円形状を算出する機能を有する、という構成を採っている。   In the present invention, the calculation means plots each partial circle shape in a predetermined two-dimensional coordinate system when calculating the circular shape, and also calculates a partial circle based on the coordinate value of each point in the partial circle shape. Calculating the average curvature radius of the shape, calculating the center point coordinates of each partial circle shape based on the average curvature radius, and having a function of calculating the circle shape by matching the calculated center point coordinates; The structure is adopted.

また、本発明は、上記真円度計測システムと、前記真円度計測システムの上流側に配置されて前記測定対象物を製造する造管機とを備える造管装置であって、前記造管機は、前記真円度計測システムによって計算された真円度情報に基づき成形条件を修正する成形条件修正機能を有する、という構成を採っている。このような構成を採ることで、真円度計測システムによって計算された真円度情報に基づき、より真円度を高めるために成形条件をリアルタイムで修正することができる、という構成を採っている。   The present invention is also a pipe making apparatus comprising the roundness measuring system and a pipe making machine that is arranged upstream of the roundness measuring system and that manufactures the measurement object. The machine has a configuration of having a molding condition correction function for correcting the molding conditions based on the roundness information calculated by the roundness measurement system. By adopting such a configuration, based on the roundness information calculated by the roundness measurement system, it is possible to correct the molding conditions in real time in order to further improve the roundness. .

また、本発明は、前記成形条件修正機構は、前記造管機に装備されている成型金型の位置を修正することにより行われる、という構成を採っている。
また、本発明は、前記成形金型は、前記計測対象物を上下方向、左右方向、上下左右方向、斜め45°方向から狭持する、という構成を採っている。
更に、本発明は、前記成形金型は、前記計測対象物の中心軸に関して回転するような位置修正が可能である、という構成を採っている。
Moreover, this invention has taken the structure that the said molding condition correction mechanism is performed by correcting the position of the molding die with which the said pipe making machine is equipped.
In addition, the present invention adopts a configuration in which the molding die holds the measurement object in the vertical direction, the horizontal direction, the vertical and horizontal directions, and the oblique 45 ° direction.
Furthermore, the present invention employs a configuration in which the molding die can be corrected in position so as to rotate with respect to the central axis of the measurement object.

本発明の一実施形態に係る真円度計測システムの概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a roundness measurement system according to an embodiment of the present invention. 4つの光学ユニットから得られた部分楕円状計上から円形状を算出ことを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining computing a circular shape from the partial ellipse form obtained from four optical units. 第1組の光学ユニットと、これによって得られる画像情報を示す概略図である。It is the schematic which shows the 1st set of optical unit and the image information obtained by this. 各撮像手段による画像情報に基づいて算出された部分円形状を示す図である。It is a figure which shows the partial circular shape calculated based on the image information by each imaging means. 図4に開示した各部分円形状におけるそれぞれの角度位置での曲率半径の変動を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation | variation of the curvature radius in each angle position in each partial circle shape disclosed in FIG. 真円度の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of roundness. 本発明の真円度計測システムを備える造管装置を示す図であり、図7(A)は平面図を示し、図7(B)は側面図を示し、図7(C)は真円度を高めるためのサイジング工程を説明する図であり、図7(D)は溶接工程を説明する図である。It is a figure which shows a pipe making apparatus provided with the roundness measuring system of this invention, FIG. 7 (A) shows a top view, FIG.7 (B) shows a side view, FIG.7 (C) shows roundness. It is a figure explaining the sizing process for improving A, and FIG.7 (D) is a figure explaining a welding process.

次に、図面を参照しながら、本願発明の一実施形態に係る真円度計測システムについて説明する。   Next, a roundness measurement system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[全体概要]
図1は、本実施形態に係る真円度計測システム1の全体概要図である。この図において、測定対象物Tは円形パイプであり、図の左方から右方に向かう方向(図中の矢印P方向)に連続的に移動している。すなわち、この真円度計測システム1の上流側に造管機が配置されている。
[Overview]
FIG. 1 is an overall schematic diagram of a roundness measurement system 1 according to the present embodiment. In this figure, the measuring object T is a circular pipe and continuously moves in the direction from the left to the right in the figure (the direction of arrow P in the figure). That is, a pipe making machine is arranged on the upstream side of the roundness measuring system 1.

この真円度計測システム1は、4組の光学ユニットU1〜U4と、各光学ユニットU1〜U4から出力される画像情報を受け取って真円度を計算する計算手段C、具体的にはコンピュータとを備えている。各光学ユニットU1〜U4は、計測対象物Tの表面に向けて線状光を出力する光源U1a〜U4aと、計測対象物Tの表面から反射する光を撮像する撮像手段U1b〜U4bとを備えている。ここで、光源U1a〜U4aはレーザ光源であり、撮像手段U1b〜U4bはCCDカメラである。ただし、光源U1a〜U4aや撮像手段U1b〜U4bはこれらに限定されるものではない。   This roundness measurement system 1 includes four sets of optical units U1 to U4 and calculation means C that receives image information output from each of the optical units U1 to U4 and calculates roundness, specifically a computer. It has. Each of the optical units U1 to U4 includes light sources U1a to U4a that output linear light toward the surface of the measurement object T, and imaging means U1b to U4b that image light reflected from the surface of the measurement object T. ing. Here, the light sources U1a to U4a are laser light sources, and the imaging means U1b to U4b are CCD cameras. However, the light sources U1a to U4a and the imaging means U1b to U4b are not limited to these.

[光源]
次に、光源U1a〜U4aについて詳しく説明する。上記したように、光源U1a〜U4aはレーザ光を出力するものである。実際に出力されるレーザ光は扇状であるが、計測対象物Tに照射された場合には線状となる。ここで、レーザ光は計測対象物Tの断面を切断するような方向に向けられる。すなわち、レーザ光の光軸が計測対象物Tの移動方向Pに対して直角で且つ線状光の長手方向も計測対象物Tの移動方向Pと直角となるような向きとなっている。図1におけるX,Y,Z軸座標系を用いて説明すると、例えば第1組の光学ユニットU1の光源U1aの光軸はZ軸と平行になっており、線状光の長手方向がY軸と平行になっている。このような光源U1aの設定を用いて計測対象物Tの外形を計測する技術を光切断法という。
[light source]
Next, the light sources U1a to U4a will be described in detail. As described above, the light sources U1a to U4a output laser light. The laser beam that is actually output is fan-shaped, but is linear when the measurement object T is irradiated. Here, the laser beam is directed in such a direction as to cut the cross section of the measurement target T. In other words, the optical axis of the laser light is perpendicular to the moving direction P of the measuring object T, and the longitudinal direction of the linear light is also perpendicular to the moving direction P of the measuring object T. Referring to the X, Y, Z axis coordinate system in FIG. 1, for example, the optical axis of the light source U1a of the first set of optical units U1 is parallel to the Z axis, and the longitudinal direction of the linear light is the Y axis. It is parallel to. A technique for measuring the outer shape of the measurement target T using such a setting of the light source U1a is called a light cutting method.

[撮像手段]
次に、撮像手段U1b〜U4bについて説明する。撮像手段U1b〜U4bはCCDカメラであり、レーザ光が照射されている領域を画像として撮像できるものである。撮像手段U1b〜U4bの光軸は、光源U1a〜U4aの光軸から計測対象物Tの移動方向Pに向かってα°(45°)傾いた角度位置となるように配置されている。すなわち、計測対象物Tの表面に形成される線状光を斜め45°の方向から撮像するような位置関係となっている。光源U1a〜U4aと同様に、図1におけるX,Y,Z座標系を用いて説明すると、第1組の光学ユニットU1の撮像手段U1bの光軸は、Z軸からX軸に向かって45°傾いた角度位置にあり、且つX軸と平行になっている。このような光学ユニットU1を用いて計測対象物Tを撮像した場合、撮像手段U1bでは図2に示すような部分楕円の反射光画像を撮像することができる。
[Imaging means]
Next, the imaging means U1b to U4b will be described. The imaging means U1b to U4b are CCD cameras, and can capture an area irradiated with laser light as an image. The optical axes of the imaging units U1b to U4b are arranged to be at an angular position inclined α ° (45 °) toward the moving direction P of the measurement target T from the optical axes of the light sources U1a to U4a. That is, the positional relationship is such that linear light formed on the surface of the measurement target T is imaged from an oblique 45 ° direction. Similar to the light sources U1a to U4a, using the X, Y, Z coordinate system in FIG. 1, the optical axis of the imaging means U1b of the first set of optical units U1 is 45 ° from the Z axis toward the X axis. It is in a tilted angular position and is parallel to the X axis. When the measurement target T is imaged using such an optical unit U1, the imaging means U1b can capture a partial elliptical reflected light image as shown in FIG.

[他の光学ユニット]
その他の光学ユニットU2〜U4も、第1組の光学ユニットU1と基本構造は同じである。ただし、第2組の光学ユニットU2の光源U2aの光軸はY軸と平行で、第3組の光学ユニットU3の光源U3aの光軸はZ軸と平行で第1組の光軸と反対方向、さらに第4組の光学ユニットU4の光源U4aの光軸はY軸と平行で第2組の光学ユニットU2の光源U2aの光軸と反対方向となっている。すなわち、各光学ユニットU1〜U4は、円管である計測対象物Tを異なる角度位置の4方向から撮像するような構造となっており、計測対象物Tの全表面の計測が可能となる。なお、本実施形態では、各組の光学ユニットU1〜U4の配置上の制限に起因し、第1組の光学ユニットU1から第4組の光学ユニットU4まで、順に計測対象物Tの上流側から下流側に向かって所定間隔で相互に離間して配置されている。このため、特定の断面における真円度を計測するために、各光学ユニットU1〜U4での計測結果を計測対象物Tの移動に合わせて同期させる必要がある。なお、この点の詳細は後述する。
[Other optical units]
The other optical units U2 to U4 have the same basic structure as the first set of optical units U1. However, the optical axis of the light source U2a of the second set of optical units U2 is parallel to the Y axis, and the optical axis of the light source U3a of the third set of optical units U3 is parallel to the Z axis and opposite to the first set of optical axes. Furthermore, the optical axis of the light source U4a of the fourth set of optical units U4 is parallel to the Y axis and opposite to the optical axis of the light source U2a of the second set of optical units U2. That is, each of the optical units U1 to U4 has a structure that images the measurement target T, which is a circular tube, from four directions at different angular positions, and can measure the entire surface of the measurement target T. In the present embodiment, due to restrictions on the arrangement of the optical units U1 to U4 of each set, the first set of optical units U1 to the fourth set of optical units U4, in order from the upstream side of the measurement target T. They are spaced apart from each other at a predetermined interval toward the downstream side. For this reason, in order to measure the roundness in a specific section, it is necessary to synchronize the measurement results of the optical units U1 to U4 with the movement of the measurement target T. Details of this point will be described later.

上記した実施形態では、4組の光学ユニットU1〜U4を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、理論的には、2組の光学ユニットを用いて、計測対象物に対して上下方向あるいは左右方向の2か所から光を照射し、撮像手段で2つの画像を撮像するような構成でも、ある程度の真円度を計測することは可能である。この場合、2組の光学ユニットは相互に180°隔てた角度位置に配置される。しかし、特に画像の部分円形状における両端近傍には誤差が多く含まれているおそれもあるので、この誤差を打ち消すような補正計算処理が必要になる。また、3組の光学ユニットを用いる場合には、相互に120°隔てた角度位置に光学ユニットが配置されることとなる。更には、6組の光学ユニットを用いる場合には、相互に60°隔てた角度位置に配置される。すなわち、360°を等分に分割できる数であれば、光学ユニットの数は特に限定されるものではない。   In the above-described embodiment, four sets of optical units U1 to U4 are used, but the present invention is not limited to this. In other words, theoretically, two sets of optical units are used to irradiate light from two locations in the vertical and horizontal directions on the measurement object, and two images are captured by the imaging means. It is possible to measure a certain degree of roundness. In this case, the two sets of optical units are arranged at an angular position separated from each other by 180 °. However, since there is a possibility that many errors are included in the vicinity of both ends in the partial circle shape of the image, correction calculation processing that cancels this error is necessary. When three sets of optical units are used, the optical units are arranged at angular positions separated from each other by 120 °. Furthermore, when six sets of optical units are used, they are arranged at angular positions separated from each other by 60 °. That is, the number of optical units is not particularly limited as long as the number can be divided into 360 ° equally.

[計算手段]
次に、真円度を計算する計算手段Cについて説明する。計算手段Cは、もっとも一般的な例としてはコンピュータである。この計算手段Cは、図2に示すように、各撮像手段U1b〜U4bから送信される4つの画像情報(例えば、部分楕円形状)11a〜11dを受け取り、これを部分円形状のデータに変換する機能と、変換された各部分の部分円形状を合成して円形状データ12に変換する機能とを、少なくとも有している。
[Calculation means]
Next, calculation means C for calculating roundness will be described. The calculation means C is a computer as the most general example. As shown in FIG. 2, the calculation means C receives four pieces of image information (for example, partial elliptical shapes) 11a to 11d transmitted from the imaging means U1b to U4b, and converts them into partial circular data. It has at least a function and a function of synthesizing the converted partial circular shapes of the respective portions and converting them into circular data 12.

以上のことをより詳細に説明する。図3は、第1組の光学ユニットU1を示す図である。この図に示すように、光源U1aは計測対象物Tの上方に配置され、その光軸はZ軸に平行となっている。一方、撮像手段U1bはその光軸がXZ平面内でX軸あるいはZ軸から約45°の角度位置となるように設置されている。そして、撮像手段U1bはCCDイメージセンサ13を具備しており、図のような部分楕円形状のような画像データ11aを取得することができる。   The above will be described in more detail. FIG. 3 is a diagram illustrating the first set of optical units U1. As shown in this figure, the light source U1a is disposed above the measurement target T, and its optical axis is parallel to the Z axis. On the other hand, the imaging means U1b is installed such that its optical axis is at an angular position of about 45 ° from the X axis or the Z axis in the XZ plane. The imaging means U1b includes a CCD image sensor 13 and can acquire image data 11a having a partial ellipse shape as shown in the figure.

図のような画像データ11aが得られたら、次に画像上にX座標軸およびY座標軸を設定する。図示の例では、計測対象物の再頂部に相当する位置を原点Oとしている。そして、部分楕円形状の任意の点の座標値をXc、Ycと定義しておく。その上で、下記の数式1,2に従って部分円形に変換した場合のy座標値およびz座標値を計算する。   When the image data 11a as shown in the figure is obtained, the X coordinate axis and the Y coordinate axis are set on the image. In the illustrated example, a position corresponding to the re-top portion of the measurement object is set as the origin O. Then, the coordinate values of arbitrary points of the partial ellipse shape are defined as Xc and Yc. Then, the y-coordinate value and z-coordinate value when converted into a partial circle according to the following formulas 1 and 2 are calculated.

Figure 2012093268
Figure 2012093268

Figure 2012093268
Figure 2012093268

ここで、y座標とz座標は、部分円形状に変換した後の座標系における各座標値であり、数式中の各パラメータの定義は以下のとおりである。
f=35mm(レンズの焦点距離)
α=45°(撮像手段の光軸の角度)
a=0.0052mm
H=120mm(計測対象物TからのCCDイメージセンサの高さ)
C=H/cosα・T/(1+T)−f
T=倍率(CCDイメージセンサ上の寸法と実際の寸法との比)
Here, the y coordinate and the z coordinate are coordinate values in the coordinate system after being converted into a partial circle shape, and the definitions of the parameters in the mathematical formula are as follows.
f = 35 mm (focal length of the lens)
α = 45 ° (angle of the optical axis of the imaging means)
a = 0.0052 mm
H = 120 mm (height of the CCD image sensor from the measuring object T)
C = H / cos α · T / (1 + T) −f
T = magnification (ratio between the size on the CCD image sensor and the actual size)

以上の計算によって計測対象物の略1/4円の形状を求めることができる。そして、この形状から曲率半径を求めることができる。   With the above calculation, the shape of approximately 1/4 circle of the measurement object can be obtained. And a curvature radius can be calculated | required from this shape.

曲率半径が求められたら、次にこの部分円形状の中心座標を求める。具体的には、部分円の各点から等距離にある点である。但し、計算された部分円形状には誤差が含まれている場合もあるので、例えば、部分円形状のうちの3点を選択して、この3点の座標値から中心座標を算出するようにしてもよい。但し、より多くの点の座標値を用いて、近似計算処理等を施すことで、より精度を高めるようにしてもよい。以上のような処理により、第1組の光学ユニットによる部分円形状とその中心に関する結果が得られる。
次に、第2組の光学ユニットU2による計測について説明する。第2組の光学ユニットU2による計測も、上記計測手法と実質的に同一である。但し、第1組の光学ユニットU1が計測した断面と同じ断面位置を計測する必要がある。このため、第1の光学ユニットU1の計測から所定時間遅らせた時点で計測を行う必要がある。具体的には、例えば、第1組と第2組の光学ユニットU1,U2間の距離が0.1mで計測対象物の搬送速度が1m/秒であると仮定する。その場合、第1組の光学ユニットU1で計測された断面が第2組の光学ユニットU2まで到達するのに計算上0.1秒かかることとなる。このため、第2組の光学ユニットU2での計測は第1組の光学ユニットU1による計測から0.1秒遅れのタイミングで行う必要がある。
Once the radius of curvature is determined, the center coordinates of this partial circle shape are then determined. Specifically, the point is equidistant from each point of the partial circle. However, since the calculated partial circle shape may include an error, for example, three points of the partial circle shape are selected, and the center coordinates are calculated from the coordinate values of these three points. May be. However, the accuracy may be further improved by performing approximate calculation using the coordinate values of more points. By the processing as described above, a result regarding the partial circular shape and its center by the first set of optical units is obtained.
Next, measurement by the second set of optical units U2 will be described. The measurement by the second set of optical units U2 is substantially the same as the measurement method. However, it is necessary to measure the same cross-sectional position as the cross-section measured by the first set of optical units U1. For this reason, it is necessary to perform measurement at a time point delayed by a predetermined time from the measurement of the first optical unit U1. Specifically, for example, it is assumed that the distance between the first set and the second set of optical units U1 and U2 is 0.1 m and the conveyance speed of the measurement object is 1 m / sec. In this case, it takes 0.1 second in calculation for the cross section measured by the first set of optical units U1 to reach the second set of optical units U2. For this reason, the measurement with the second set of optical units U2 needs to be performed with a delay of 0.1 second from the measurement with the first set of optical units U1.

但し、実際の撮像手段U1〜U4(CCDカメラ)では、毎秒20フレーム程度の撮像が可能である。このため、第1組の光学ユニットU1によって撮像された20フレームのそれぞれの画像と、それぞれ0.1秒遅れで第2組の光学ユニットU2によって撮像された20フレームのそれぞれの対応する画像を組み合わせることで、2つの光学ユニットU1,U2による1秒当たり20個の断面の部分円形状のデータを取得することが可能である。そして、以上のような画像データの取得および部分円形状の計算を第3組及び第4組の光学ユニットU3、U4についても行う。   However, the actual imaging means U1 to U4 (CCD camera) can capture about 20 frames per second. For this reason, by combining the respective images of 20 frames captured by the first set of optical units U1 and the corresponding images of 20 frames captured by the second set of optical units U2 with a delay of 0.1 seconds, respectively. It is possible to acquire partial circular data of 20 cross sections per second by the two optical units U1 and U2. Then, the acquisition of the image data and the calculation of the partial circle shape as described above are also performed for the third set and the fourth set of optical units U3 and U4.

図4に、ある断面に関して得られた画像データを基に計算して得られた各部分円形状を示す。ここで、4台のカメラは、上記したように同一時刻に同一の断面位置の計測を行っている訳ではないので、カメラの三次元アライメントが難しい。特にこの問題は、計測対象物Tの搬送時に振動が加わるため、大きな問題となる。そのため、本実施形態では、算出された部分円形状には振動などに伴う計測対象物Tの相対的な位置ずれが発生するものと考え、各撮像手段U1b〜U4bから見た絶対座標に基づいて算出した三次元位置によって最終的な断面形状を算出する代わりに、計測対象物Tの外形断面が常に真円であると仮定した上で、図中の各部分円形状から算出できる各点ごとの曲率半径に基づき、その平均半径を推定することにより、計測対象物Tの位置ずれに対するロバストな計測をおこなった。この手法に基づいて算出された半径分布を図5に示す。本実施形態で用いた計測対象物Tの実際の直径は9.9mmであるが、図5に示されるように、部分円形状の位置によって曲率半径に変動はあるものの、概ね半径4.95mm付近の半径が推定される。   FIG. 4 shows each partial circle shape obtained by calculation based on image data obtained for a certain cross section. Here, since the four cameras do not measure the same cross-sectional position at the same time as described above, three-dimensional alignment of the cameras is difficult. In particular, this problem is a serious problem because vibration is applied when the measurement target T is transported. For this reason, in the present embodiment, the calculated partial circle shape is considered to cause a relative displacement of the measurement target T due to vibration or the like, and is based on the absolute coordinates viewed from the respective imaging units U1b to U4b. Instead of calculating the final cross-sectional shape based on the calculated three-dimensional position, it is assumed that the outer cross-section of the measurement target T is always a perfect circle, and for each point that can be calculated from each partial circular shape in the figure. Based on the radius of curvature, the average radius was estimated, and robust measurement was performed with respect to the displacement of the measurement target T. FIG. 5 shows the radius distribution calculated based on this method. The actual diameter of the measurement target T used in the present embodiment is 9.9 mm. As shown in FIG. 5, the radius of curvature is approximately 4.95 mm, although the radius of curvature varies depending on the position of the partial circle. Is estimated.

次に、得られた4つの部分円形状の半径分布から、連続した円形状を算出する手法について説明する。本実施形態では、(1)計測対象物Tの表面粗さなどによる誤差の影響を抑えるために、部分円形状の円周方向に沿って5°単位の荷重平均計算をする、(2)撮像手段U1〜U4のレンズ歪みに対する三次元位置補正処理をする、(3)算出された4つの部分円形状の位置を整合させるための連結処理をする、という手段を用いた。   Next, a method for calculating a continuous circular shape from the obtained radius distributions of the four partial circular shapes will be described. In this embodiment, (1) In order to suppress the influence of the error due to the surface roughness of the measurement target T, the load average calculation is performed in units of 5 ° along the circumferential direction of the partial circle. (2) Imaging The three-dimensional position correction process for the lens distortion of means U1 to U4 is used, and (3) a connection process for aligning the calculated positions of the four partial circles is used.

(1)の処理については、表面粗さや微小な疵などの影響を排除するために、5°単位での曲率半径の平均値を算出することで、半径分布の推定精度を向上させている。また、(2)の処理では、光切断法に基づく三次元形状計測における計算式は、撮像手段のレンズ系がテレセントリックであることを仮定した上で、ある基準平面の高さに基づいた計算を行うものである一方で、本実施形態における計算処理では、レンズと計測対象物Tとの距離が短いため、テレセントリック性が仮定できず、そのことによる歪み補正を簡易的に行うために、レンズに対応した形でのルックアップテーブルを用いたオフセット補正を行った。更に、(3)の処理においては、4台の撮像手段からの画像情報に基づいて計算される4つの部分円形状が、その境界部分で不連続とならないように、断面形状の連続性を仮定することにより、それぞれの撮像手段による画像から推定される半径に対してオフセット補正を行った。   In the processing of (1), in order to eliminate the influence of surface roughness, minute wrinkles, etc., the radius distribution estimation accuracy is improved by calculating the average value of the radius of curvature in units of 5 °. In the processing of (2), the calculation formula in the three-dimensional shape measurement based on the light section method is based on the assumption that the lens system of the imaging means is telecentric, and the calculation is based on the height of a certain reference plane. On the other hand, in the calculation processing according to the present embodiment, since the distance between the lens and the measurement target T is short, telecentricity cannot be assumed. Offset correction was performed using a lookup table in a corresponding form. Furthermore, in the process of (3), the continuity of the cross-sectional shape is assumed so that the four partial circular shapes calculated based on the image information from the four imaging means are not discontinuous at the boundary portions. Thus, offset correction was performed on the radius estimated from the images obtained by the respective imaging means.

図6には、計測対象物Tの形状評価用の真円度についての定義を説明するための図が示されている。この図では、実際の計測対象物Tが上下方向に大きな外径を有する楕円形状になっている場合を示している。そして、計測対象物Tの外径目標値をDとした場合、真円度は計測対象物Tの実際の外径最大値dmaxと外径最小値dminとの差として定義される。例えば、プリンタに用いられるローラーなどの場合には、直径が10〜30mm程度であり、真円度は0.05〜0.02mm程度を想定している。   FIG. 6 is a diagram for explaining the definition of the roundness for shape evaluation of the measurement target T. This figure shows a case where the actual measurement target T has an elliptical shape with a large outer diameter in the vertical direction. When the outer diameter target value of the measuring object T is D, the roundness is defined as the difference between the actual outer diameter maximum value dmax and the outer diameter minimum value dmin of the measuring object T. For example, in the case of a roller used in a printer, the diameter is about 10 to 30 mm, and the roundness is assumed to be about 0.05 to 0.02 mm.

図7は、上記した真円度計測システム1を備えた造管装置100を示す図である。ここで、図7(A)は平面図を示し、図7(B)は側面図を示し、図7(C)は真円度を高めるためのサイジング工程を説明する図であり、図7(D)は溶接工程を説明する図である。図に示すように、造管装置100は材料の搬送方向における上流側(図中の右方)から下流側(図中の左方)へ向かって、アンコイラー103、フォーミングセクション105、溶接部107、クーリングセクション109、サイジングセクション111、真円度計測システム1、そして走行切断機113が配置されている。アンコイラー103は、コイル状に巻かれた帯状の金属材料を巻き戻して送り出すものであり、フォーミングセクション105は、帯状の金属材料をパイプ状に成形するものである。また、溶接部107はパイプ状にされた金属材料の合わせ目を溶接して円筒にするものであり、サイジングセクション111は、断面の真円度を高めるためのものである。そして、走行切断機113は、成形された計測対象物Tと同速度で移動しながら、所定の長さに切断するものである。このうち、本発明では、真円度計測システム1とサイジングセクション111が重要である。   FIG. 7 is a view showing a pipe making apparatus 100 including the roundness measuring system 1 described above. Here, FIG. 7A shows a plan view, FIG. 7B shows a side view, and FIG. 7C is a diagram for explaining a sizing process for increasing the roundness. (D) is a figure explaining a welding process. As shown in the figure, the pipe making apparatus 100 is configured such that an uncoiler 103, a forming section 105, a welded portion 107, from the upstream side (right side in the figure) to the downstream side (left side in the figure) in the material conveyance direction. A cooling section 109, a sizing section 111, a roundness measuring system 1, and a traveling cutting machine 113 are arranged. The uncoiler 103 rewinds and feeds a band-shaped metal material wound in a coil shape, and the forming section 105 forms the band-shaped metal material into a pipe shape. Also, the welded portion 107 welds a seam of a pipe-shaped metal material into a cylinder, and the sizing section 111 is for increasing the roundness of the cross section. The traveling cutting machine 113 cuts to a predetermined length while moving at the same speed as the molded measuring object T. Among these, the roundness measurement system 1 and the sizing section 111 are important in the present invention.

すなわち、真円度計測システム1において、上記したような手法によって計測対象物Tの真円度を計測する。そして、リアルタイムで真円度に基づく修正パラメータを算出し、サイジングセクション111における成形金型である成形ロールの成形条件を制御するものである。具体的には、図7(C)に示されるように、計測対象物Tに対して上下左右の4方向から成形ロールを接触させて成形したり、あるいは水平ロールによる左右2方向および垂直ロールによる上下2方向の組合せによって成形する。このとき、各成形ロールは真円度に基づく修正パラメータによってその位置が修正されるようになっており。これにより、真円度計測システム1により得られた真円度情報から、オンラインで成形条件を動的に制御することが可能となる。ここで言う位置修正とは、各成形ロールを上下左右に移動させることの他、これらの成形ロールを計測対象物Tの中心軸に関して回転させるような位置修正も含む趣旨である。このため、場合によっては、4つの成形ロールが斜め45°の方向から計測対象物を狭持するような状態も想定される。尚、真円度を高めるためには、サイジングセクション111の成形ロールだけではなく、フォーミングセクション105やその他のセクションに装備されている成形ロールも位置修正することが望ましい。   That is, the roundness measurement system 1 measures the roundness of the measurement target T by the above-described method. And the correction parameter based on roundness is calculated in real time, and the molding conditions of the molding roll which is a molding die in the sizing section 111 are controlled. Specifically, as shown in FIG. 7 (C), the forming roll is brought into contact with the measuring object T from four directions, up, down, left, and right, or is formed by two horizontal directions using a horizontal roll and a vertical roll. Molding is performed by combining the upper and lower directions. At this time, the position of each forming roll is corrected by a correction parameter based on the roundness. Thereby, it is possible to dynamically control the molding conditions online from the roundness information obtained by the roundness measurement system 1. The position correction mentioned here includes not only moving each forming roll up and down and left and right but also including position correction such that these forming rolls are rotated with respect to the central axis of the measuring object T. For this reason, depending on the case, the state in which the four forming rolls hold the measurement object from the oblique 45 ° direction is also assumed. In order to increase the roundness, it is desirable to correct not only the forming rolls of the sizing section 111 but also the forming rolls provided in the forming section 105 and other sections.

本願発明は、連続的に断面円形の長尺部材を成形する加工ラインに利用することができる。   The present invention can be used in a processing line for continuously forming a long member having a circular cross section.

1 真円度計測システム
U1〜U4 光学ユニット
U1a〜U4a 光源
U1b〜U4b 撮像手段
C 計算手段
11a〜11d 部分楕円状画像
12 円形状
T 計測対象物
100 造管装置
103 アンコイラー
105 フォーミングセクション
107 溶接部
109 クーリングセクション
111 サイジングセクション
113 走行切断機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Roundness measurement system U1-U4 Optical unit U1a-U4a Light source U1b-U4b Imaging means C Calculation means 11a-11d Partial ellipse image 12 Circular shape T Measurement object 100 Pipe-forming apparatus 103 Uncoiler 105 Forming section 107 Welding part 109 Cooling section 111 Sizing section 113 Traveling cutting machine

Claims (9)

断面外形が円形の連続的に移動する計測対象物の表面に、移動方向に対して直角な方向に線状の光を照射する光源と、
前記測定対象物における前記光の照射領域を、前記搬送方向に対して直角で無い角度方向から撮像する撮像手段と、
前記各撮像手段からの画像情報に基づいて、前記計測対象物の断面外形の真円度を計算する計算手段を備え、
前記光源と撮像手段とが少なくとも2組設けられ、これら2組の光源と撮像手段は前記計測対象物の移動方向の上流から下流に向かう方向から見た場合に、前記測定対象物の中心軸に関して相互に等角度間隔に配置されている、ことを特徴とする真円度計測システム。
A light source that irradiates linearly light in a direction perpendicular to the moving direction on the surface of a measurement object whose cross-sectional outer shape is continuously moving,
Imaging means for imaging the irradiation region of the light in the measurement object from an angle direction that is not perpendicular to the transport direction;
Based on image information from each imaging means, comprising a calculation means for calculating the roundness of the cross-sectional outer shape of the measurement object,
At least two sets of the light source and the imaging unit are provided, and the two sets of the light source and the imaging unit are related to the central axis of the measurement object when viewed from the upstream to the downstream in the moving direction of the measurement object. A roundness measurement system characterized by being arranged at equiangular intervals.
前記光源と撮像手段は4組設けられており、相互に90°の角度間隔で配置されていることを特徴とする請求項1に記載の真円度計測システム。   4. The roundness measurement system according to claim 1, wherein four sets of the light source and the imaging unit are provided and are arranged at an angular interval of 90 °. 前記光源と撮像手段の各組は、前記移動方向に沿って相互の所定距離だけ隔てて配置されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の真円度計測システム。   3. The roundness measurement system according to claim 1, wherein each pair of the light source and the imaging unit is arranged at a predetermined distance from each other along the moving direction. 前記計算手段は、各撮像手段から得られた画像情報から部分円形状を算出し、この部分円形状を結合して円形状を算出し、この算出された円形状に基づいて真円度を決定する、各機能を有することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の真円度計測システム。   The calculation means calculates a partial circular shape from image information obtained from each imaging means, combines the partial circular shapes to calculate a circular shape, and determines roundness based on the calculated circular shape. The roundness measurement system according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the functions has a function. 前記計算手段が、前記円形状の算出に当たり、前記各部分円形状を所定の二次元座標系にプロットすると共に、前記部分円形状における各点の座標値に基づいて部分円形状の平均曲率半径を算出し、前記平均曲率半径に基づいて各部分円形状の各中心点座標を算出し、算出された各中心点座標を整合させることで円形状を算出する機能を有することを特徴とする請求項4に記載の真円度計測システム。   In calculating the circular shape, the calculating means plots each partial circular shape in a predetermined two-dimensional coordinate system, and calculates the average curvature radius of the partial circular shape based on the coordinate value of each point in the partial circular shape. The center point coordinates of each partial circle shape are calculated based on the average radius of curvature, and the circle shape is calculated by matching the calculated center point coordinates. 4. The roundness measurement system according to 4. 請求項1〜5に記載の真円度計測システムと、
前記真円度計測システムの上流側に配置されて前記測定対象物を製造する造管機とを備える造管装置であって、
前記造管機は、前記真円度計測システムによって計算された真円度情報に基づき成形条件を修正する成形条件修正機能を有する、ことを特徴とする造管装置。
Roundness measuring system according to claims 1 to 5,
A pipe making apparatus provided with a pipe making machine arranged on the upstream side of the roundness measuring system to manufacture the measurement object,
The said pipe making machine has a molding condition correction function which corrects a molding condition based on the roundness information calculated by the said roundness measurement system, The pipe making apparatus characterized by the above-mentioned.
前記成形条件修正機構は、前記造管機に装備されている成型金型の位置を修正することにより行われることを特徴とする、請求項6に記載の造管装置。   The pipe forming apparatus according to claim 6, wherein the molding condition correcting mechanism is performed by correcting a position of a molding die provided in the pipe making machine. 前記成形金型は、前記計測対象物を上下方向、左右方向、上下左右方向、斜め45°方向から狭持することを特徴とする、請求項7に記載の造管装置。   8. The pipe making apparatus according to claim 7, wherein the molding die sandwiches the measurement object from an up / down direction, a left / right direction, an up / down / left / right direction, and an oblique 45 ° direction. 前記成形金型は、前記計測対象物の中心軸に関して回転するような位置修正が可能であることを特徴とする、請求項7又は8に記載の造管装置。   9. The pipe making apparatus according to claim 7, wherein the molding die can be corrected in position so as to rotate with respect to a central axis of the measurement object.
JP2010241684A 2010-10-28 2010-10-28 Circularity measurement system and pipe-making device with the same Pending JP2012093268A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010241684A JP2012093268A (en) 2010-10-28 2010-10-28 Circularity measurement system and pipe-making device with the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010241684A JP2012093268A (en) 2010-10-28 2010-10-28 Circularity measurement system and pipe-making device with the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012093268A true JP2012093268A (en) 2012-05-17

Family

ID=46386751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010241684A Pending JP2012093268A (en) 2010-10-28 2010-10-28 Circularity measurement system and pipe-making device with the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012093268A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104215177A (en) * 2014-09-22 2014-12-17 无锡尤斯威科石油钻具有限公司 Long axis type work piece radial circle bouncing value detection device
WO2017002831A1 (en) * 2015-06-29 2017-01-05 国立大学法人 宮崎大学 Measuring system and measuring method
JP2020012764A (en) * 2018-07-19 2020-01-23 株式会社大林組 Circularity measuring device
CN116086351A (en) * 2023-04-11 2023-05-09 齐鲁工业大学(山东省科学院) Measuring method and device for out-of-roundness of gas cylinder
KR102610238B1 (en) * 2022-11-07 2023-12-06 주식회사 지비하이텍 Machine vision based ultra-precision inspection system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5994522A (en) * 1982-11-24 1984-05-31 Nippon Kokan Kk <Nkk> Manufacture of electric welded pipe
JPH08304037A (en) * 1995-05-15 1996-11-22 Mitsubishi Nagasaki Mach Co Ltd Measuring apparatus for forged shaft
JP2000326008A (en) * 1999-03-18 2000-11-28 Kawasaki Steel Corp Method and device for forming square steel tube
JP2001255125A (en) * 2000-03-09 2001-09-21 Kobe Steel Ltd Optical shape measuring instrument

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5994522A (en) * 1982-11-24 1984-05-31 Nippon Kokan Kk <Nkk> Manufacture of electric welded pipe
JPH08304037A (en) * 1995-05-15 1996-11-22 Mitsubishi Nagasaki Mach Co Ltd Measuring apparatus for forged shaft
JP2000326008A (en) * 1999-03-18 2000-11-28 Kawasaki Steel Corp Method and device for forming square steel tube
JP2001255125A (en) * 2000-03-09 2001-09-21 Kobe Steel Ltd Optical shape measuring instrument

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104215177A (en) * 2014-09-22 2014-12-17 无锡尤斯威科石油钻具有限公司 Long axis type work piece radial circle bouncing value detection device
WO2017002831A1 (en) * 2015-06-29 2017-01-05 国立大学法人 宮崎大学 Measuring system and measuring method
JP2017015456A (en) * 2015-06-29 2017-01-19 国立大学法人 宮崎大学 Measurement system and measurement method
JP2020012764A (en) * 2018-07-19 2020-01-23 株式会社大林組 Circularity measuring device
JP7180163B2 (en) 2018-07-19 2022-11-30 株式会社大林組 Roundness measuring device
KR102610238B1 (en) * 2022-11-07 2023-12-06 주식회사 지비하이텍 Machine vision based ultra-precision inspection system
CN116086351A (en) * 2023-04-11 2023-05-09 齐鲁工业大学(山东省科学院) Measuring method and device for out-of-roundness of gas cylinder
CN116086351B (en) * 2023-04-11 2023-07-18 齐鲁工业大学(山东省科学院) Measuring method and device for out-of-roundness of gas cylinder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106840033B (en) A kind of profile of steel rail detection device and method based on image procossing
Huang et al. Development of a real-time laser-based machine vision system to monitor and control welding processes
JP2015531063A (en) Method and apparatus for optically measuring the inside of a tube
JP2012093268A (en) Circularity measurement system and pipe-making device with the same
JP5142775B2 (en) Welding quality inspection method and apparatus
JP5828817B2 (en) Shape inspection method for steel bars
US10704897B2 (en) Method for detecting shape of butt joint of welded steel pipe, and quality control method and apparatus for welded steel pipes using the shape detecting method
CN205655802U (en) Detect equipment in car battery cap clearance
JP2014104483A (en) Shape evaluation method, steel plate shape correction method and steel plate manufacturing method
JP2009264956A (en) Three-dimensional shape-position quality evaluation system and its method
JP2013134198A (en) End shape detection method, end shape inspection method, end shape detection device, and end shape inspection device for angle steel
CN107869957B (en) Imaging system-based cylindrical section size measuring device and method
JP2015175761A (en) Surface flaw detection method and surface flaw detection device
JP5535095B2 (en) Work size measuring device
JP5435994B2 (en) Non-contact shape measuring device
JP2015096808A (en) Method of measuring plate thickness
JP2014202533A (en) Bevel shape measurement method and device
JP6219075B2 (en) 疵 Detection method
JP2017007026A (en) Position correcting system
JP6278611B2 (en) Image processing system and method
JP2020148738A (en) Plate position detection method, plate data correction method, and plate position detection device
JPH07324915A (en) Method and apparatus for measuring sectional shape
JP2013092439A (en) Inner-surface curvature measurement device for pipe, and measurement method using the same
KR101284852B1 (en) Apparatus for inspecting weld toe grinding and methord thereof
KR20140003797A (en) Laser welding apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121101

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130304