JP2013134160A

JP2013134160A - 鋼管の管端直角度測定装置

Info

Publication number: JP2013134160A
Application number: JP2011284742A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yonemoto; 篤志米本; Yoshiki Fukutaka; 善己福高
Original assignee: JFE Steel Corp; JFE Denki Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Denki Corp
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-08
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP5792053B2

Abstract

【課題】測定者による誤差がなく、管端変形、曲がり、斜め姿勢に対しても正しい測定値が得られる直角度測定方法を提供する。
【解決手段】管中心軸に擬したＸ軸とＸ軸周りの回転半径方向の軸であるＹ軸とがなすＸＹ座標系が設けられ、Ｘ方向の２箇所でレーザー距離計１，２をＸ軸周りに３６０°回転させて検出した管外周の距離データを採取すると共に、光切断型レーザーセンサ３をＸ軸周りに３６０°回転させて検出した管端のＸ座標データを採取し、これらデータに対し、回転角度差が１８０°である対向２点の回転位置毎に演算処理を施して直角度を算出し、各回転位置で算出された直角度の絶対値の全データ中の最大値を管端直角度として出力する装置構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、鋼管の管端直角度測定装置に関する。

ラインパイプなどの円周溶接を行う鋼管において、管軸に対する管端面の直角度が適正範囲を外れる場合、溶接する管端を付き合わせた部分に目違いが生じ、溶接性に悪影響を与える。そのため直角度を正確に測定する必要がある。
直角度の測定方法として、管端部に直角定規を当てて管端面と直角定規との間に生じた三角形状隙間の大きさから直角度を評価する方法（方法Ａ）が一般的に広く用いられている。

また、管円周方向の複数箇所において管端面に対して正面から接触子を移動接触させその移動量をダイヤルゲージで測定した結果から直角度を評価する方法（方法Ｂ）が公知である（特許文献１参照）。

特開平０７−０３５５０１号公報

方法Ａは、管端が局所的に変形している場合にその影響を受けてしまう。また、３６０°全周をくまなく測定する事が困難なので、測定された値が必ず真の直角度を表しているとは云えない。更に測定者によって定規の当て方や目盛の読み方に差があるため、それによる誤差が避けられないという問題があった。
方法Ｂは、装置の固定されている面が基準となるため、管が傾いてセットされた場合や管に曲がりがある場合は誤った測定結果を出してしまうという虞があった。

つまり、従来の直角度測定方法では、直角度の基準を管の外面（方法Ａ）や管の外側(方法Ｂ)に置いていたため、管端に局所的な変形があったり、管が斜めにセットされたり、管に曲がりがある場合に誤った測定値を出してしまう虞があり、又、３６０°全周をくまなく測定する事が困難な為、測定値が真の直角度を表しているとは云えず、測定値の信頼性が不十分であるという課題があった。

発明者らは前記課題を解決する為の手段を鋭意検討し、その結果、特定の処理を全自動で実行する事で、測定者による誤差はなく、管の管端変形や曲がりや斜め姿勢に対しても正しい直角度測定値が得られ、３６０°全周をくまなく測定できることに想到し、本発明を成した。
即ち本発明は以下の通りである。
（１）鋼管の管端直角度を測定する装置であって、管中心軸に擬したＸ軸とＸ軸周りの回転半径方向の軸であるＹ軸とがなすＸＹ座標系が設けられ、Ｘ方向の２箇所でレーザー距離計をＸ軸周りに３６０°回転させて検出した管外周の距離データを採取すると共に、光切断型レーザーセンサをＸ軸周りに３６０°回転させて検出した管端のＸ座標データを採取し、これらデータに対し、回転角度差が１８０°である対向２点の回転位置毎に下記処理を施して直角度を算出し、各回転位置で算出された直角度の絶対値の全データ中の最大値を管端直角度として出力することを特徴とする鋼管の管端直角度測定装置。
(処理)
(a) Ｘ方向２箇所で対向２点の計４点の距離データ及び管端の対向２点のＸ座標データから、管端の対向２点のＹ座標値、及び管中心軸を算出する。
(b) Ｘ軸に対する管中心軸の傾き角度θが0°となる向きにＸＹ座標系を回転させ、管端の対向２点の座標値を、前記回転後の座標値に変換する。
(c) 前記変換後の管端の対向２点のＸ座標値の差を算出し、前記回転位置における直角度とする。

本発明によれば、鋼管が曲がっていたり傾いたりしていても正確な直角度測定ができ、３６０°全周の直角度を全自動で１分以内のサイクルタイムで測定でき、測定者による誤差もない、信頼度の高い測定データが得られる。

本発明に係る装置の構成の例を示す概略図である。本発明による測定データの採取方法を示す概略図である。０°、１８０°の各回転位置における管とセンサの位置関係を示す概略図である。図３の測定データから管中心軸相当直線、及び管端の対向２点のＹ座標値を算出する方法を示す概略図である。座標変換の方法を示す概略図である。

図１は本発明に係る装置（本発明装置）の構成の例を示す概略図であり、図２は本発明による測定データの採取方法を示す概略図である。図１、図２に示される様に、本発明装置は、管中心軸に擬したＸ軸とＸ軸周りの回転半径方向の軸であるＹ軸とがなすＸＹ座標系が設けられ、Ｘ方向の２箇所で夫々レーザー距離計１，２をＸ軸周りに３６０°回転させて検出した管外周の距離データを採取すると共に、光切断型レーザーセンサ３をＸ軸周りに３６０°回転させて検出した管端のＸ座標データを採取する構成とされる。

図１は管がセットされていない状態である。レーザー距離計１，２（以下、センサ１，２とも記す）と光切断型レーザーセンサ３（投光部３Ａから受光部３Ｂへの全光路幅の一部が物体で遮蔽された時、その遮蔽幅の対全光路幅比から前記物体の先端の位置を検出するセンサであり、以下、センサ３とも記す）とは、開閉アーム５で支持され、開閉アーム５は回転枠６にてＹ軸方向の移動（開閉アーム幅設定）が可能に支持され、回転枠６はＸ軸周りの３６０°回転が可能であり、その回転はモータ７で駆動される。従って、モータ７で回転枠６が回転駆動されると、開閉アーム５がセンサ１，２，３を伴ってＸ軸周りに回転する。

本例では、センサ１，２は、センサ３の光路幅中心（この光路幅中心線がＹ軸とされる）位置から各センサまでのＸ軸方向距離Ｍ，Ｌが、Ｍ＝１００ｍｍ，Ｌ＝５００ｍｍに設定され、センサ１からセンサ２までのＹ方向距離ＳがＳ＝７０ｍｍに設定され、センサ３の光路幅（Ｘ方向での幅）は中心から±１５ｍｍの範囲とされており、又、センサ２のＹ座標値で代表されたセンサ回転半径Ｒは、開閉アーム幅設定情報に基づいて算出される。尚、Ｍ，Ｌ，Ｓの好適範囲は、Ｍ＝５０〜２００ｍｍ、Ｌ＝４００〜７００ｍｍ、Ｓ＝０〜１００ｍｍである。

図２のように、本発明装置に管１０をセット後、装置を起動すると、上述のセンサ１，２，３の３６０°回転（余裕をみて３６０°＋αの回転；図２(b)参照）が全自動で進行し、その途上で０．０１°ピッチで各センサによる位置データが順次サンプリングされるが、異常値を除去する事で、０．１°ピッチのものに集約されて採取される。採取された０°から３５９°までの０．１°ピッチの各回転位置における測定データは、センサ１、２による管外周の距離データを夫々記号Ts1、SqSで表し、センサ３による管端のＸ座標データを記号PESで表し、これらの記号にサンプリング順番（＝０°を初期値とする各回転位置までの回転角度を１０倍した数値）を括弧で括って付記する記法にて表すものとし、図示しないパソコン等のデータ処理手段に取り込まれて、図２(c)の形式で配列される。

これらデータに対し、データ処理手段は、回転角度差が１８０°である対向２点の回転位置毎に前記処理(a)(b)(c)を行う。これらのデータ処理について、回転位置が回転角度＝０°、１８０°の対向２点である場合を例にとり、図３〜５を用いて説明する。
図３は、０°、１８０°の各回転位置における管１０とセンサ１，２，３の位置関係を示している。０°位置では、センサ１によるb点のＹ方向距離値がTs1(0)、センサ２によるa点のＹ方向距離値がSqS(0)、センサ３によるｃ点のＸ座標値がPES(0)であり、１８０°位置では、センサ１によるe点のＹ方向距離値がTs1(1800)、センサ２によるd点のＹ方向距離値がSqS(1800)、センサ３によるf点のＸ座標値がPES(1800)である。Ｘ軸からa,b,d,eの各点までのＹ方向距離は夫々図示の通りである。

図４は、図３の測定データから管端の対向２点のＹ座標値、及び管中心軸を算出する方法を示すものである。ここで、演算の便宜上、Ｘ軸をＹ方向に−Ｒ（Ｒはセンサ回転半径）だけずらして１８０°位置のセンサ２（SqS）基準面に乗せたＸ’軸を、Ｘ軸の代わりに基準とした。この基準変更は、最終の結果には影響しない。
管外面のa,b,d,e各点の座標値は (600,y1),(100,y2),(600,y4),(100,y5)であり、ここで各Ｙ座標値はy1=2R-d1=2R-SqS(0)、y2=2R-d2=2R-(Ts1(0)+70)、y4=d4=SqS(1800)、y5=d5=Ts1(1800)+70、なる計算式で算出される。管端のc,f各点の座標値を(d3,y3),(d6,y6)とすると、各Ｘ’座標値はＸ座標値に等しく、d3=PES(0),d6=PES(1800)である。一方、各Ｙ座標値y3、y6については、0°位置側のa点b点を結ぶ直線＃１：Y=A1*X’+B1（ここで、A1=(y1-y2)/500, B1=600-A1*y1）の延長線がc点を通ると見做し、又、１８０°位置側のe点d点を結ぶ直線＃２：Y=A2*X’+B2（ここで、A2=(y4-y5)/500, B2=600-A2*y4）の延長線がf点を通ると見做して、y3=A1*d3+B1、Y6=A2*d6+B2、なる計算式で算出される。

一方、管中心軸１１は、直線＃１と直線＃２で挟まれた領域のＹ方向幅中心線と見做されるから、Y=((A1+A2)/2)*X’+(B1+B2)/2、なる計算式で算出され、Ｘ’軸に対する管中心軸１１の傾きK（このKはＸ軸に対しても同じ値である）は、K=(A1+A2)/2=((y1-y2)/500+(y4-y5)/500)/2=(y1-y2+y4-y5)/1000、なる計算式で算出され、傾き角度θは、θ＝Arctan（K）、となる。

そこで、図５に示すように、ＸＹ座標系（Ｘ軸に代えてＸ’軸としている）を傾き角度θが0°となる向きに回転させ、管端の対向２点の座標値c:(d3,y3)、f:(d6,y6)を、前記座標系回転後の座標値c:(Xc,Yc)、f:(Xf,Yf)に変換する。
直角度は、前記変換後のc点f点のＸ座標値の差となる。よって、０°位置を基準とした直角度は、直角度（０）＝Xc−Xf、となる。

以上の演算を、各対向２点の回転位置毎に行い、得られた直角度（０）、直角度（１）、‥‥、直角度（１７９９）の各絶対値をとり、該絶対値の全データのうちの最大値を管端直角度として出力する。

中・大径電縫鋼管（φ３１８．５〜６６０．４ｍｍ）の検査工程に本発明を適用した。従来は、管端に直角定規を当てて直角度を測定していた。本発明の適用後は、生産性（処理本数/ｈｒ）が対従来比で２．４倍に向上した。また、直角度の誤測定に起因するトラブルは皆無となった。

１２箇所の中の１箇所（管端に近い側）のレーザー距離計
２２箇所の中のもう１箇所（管端から遠い側）のレーザー距離計
３光切断型レーザーセンサ
５開閉アーム
６回転枠
７モータ
１０管
１１管中心軸

Claims

鋼管の管端直角度を測定する装置であって、管中心軸に擬したＸ軸とＸ軸周りの回転半径方向の軸であるＹ軸とがなすＸＹ座標系が設けられ、Ｘ方向の２箇所でレーザー距離計をＸ軸周りに３６０°回転させて検出した管外周の距離データを採取すると共に、光切断型レーザーセンサをＸ軸周りに３６０°回転させて検出した管端のＸ座標データを採取し、これらデータに対し、回転角度差が１８０°である対向２点の回転位置毎に下記処理を施して直角度を算出し、各回転位置で算出された直角度の絶対値の全データ中の最大値を管端直角度として出力することを特徴とする鋼管の管端直角度測定装置。
(処理)
(a) Ｘ方向２箇所で対向２点の計４点の距離データ及び管端の対向２点のＸ座標データから、管端の対向２点のＹ座標値、及び管中心軸を算出する。
(b) Ｘ軸に対する管中心軸の傾き角度θが0°となる向きにＸＹ座標系を回転させ、管端の対向２点の座標値を、前記回転後の座標値に変換する。
(c) 前記変換後の管端の対向２点のＸ座標値の差を算出し、前記回転位置における直角度とする。