JP2014202533A - Bevel shape measurement method and device - Google Patents

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Toru Ikezaki
徹 池▲崎▼
正志 鳥井
Masashi Torii
正志 鳥井
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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bevel shape measurement method which is capable of accurately detecting a position of an edge included in a bevel shape and thereby is capable of accurately measuring the bevel shape.SOLUTION: When a shape of a bevel K on an end surface of a workpiece W is measured by two-dimensional displacement sensors using a principle of a light-section method, two-dimensional displacement sensors M1 and M2 are arranged to irradiate the end surface of the work-piece with inspection light 10 from oblique directions so that the sensors have prescribed angles α1 and α2 with respect to a perpendicular line of the end surface of the work-piece, on both sides of a front surface P1 direction of the workpiece and a rear surface P2 direction of the work-piece in a Y-axis direction, when a direction of the perpendicular line of the end of the work-piece is defined as an X-axis direction and thickness direction of the work-piece is defined as the Y-axis direction. Data acquired by respective sensors are converted to data in a coordinate system having the X axis direction as a reference coordinate axis, and converted data are combined into one piece of cross-section data.

Description

本発明は、平面板状または曲面板状のワークを溶接するためにワークの端面に加工された開先の形状を光切断法を原理とする変位センサによって計測する開先形状計測方法及び装置に係り、例えば、鋼管端部に加工された開先の形状計測に有用な開先形状計測方法及び装置に関する。   The present invention relates to a groove shape measuring method and apparatus for measuring the shape of a groove machined on the end face of a workpiece for welding a flat plate-shaped or curved plate-shaped workpiece by a displacement sensor based on the optical cutting method. In particular, for example, the present invention relates to a groove shape measuring method and apparatus useful for measuring the shape of a groove processed at the end of a steel pipe.

ワークを溶接するためにワークの端面に加工された開先の形状を管理する項目として、例えばJ形の開先の場合、ルート面(ワークの板面に垂直なワークの端面の一部が相当)の高さ、表面側の開先のベベル面(ベベル角を有する開先面)の形状、表面側の開先の深さ、裏面側の開先の形状、裏面側の開先の深さ、等の項目がある。   For example, in the case of a J-shaped groove, the root surface (a part of the end surface of the workpiece perpendicular to the plate surface of the workpiece corresponds to an item for managing the shape of the groove processed on the end surface of the workpiece for welding the workpiece. ) Height, the shape of the bevel surface of the groove on the front surface side (the groove surface having a bevel angle), the depth of the groove on the front surface side, the shape of the groove on the back surface side, and the depth of the groove on the back surface side. , Etc.

従来では、それらの項目に該当する寸法を、ノギスや目盛付きのルーペ等を使用して肉眼で読み取り計測していた。   Conventionally, the dimensions corresponding to these items have been read and measured with the naked eye using a caliper, a scaled loupe, or the like.

しかし、ノギスやルーペ等により人が読み取る計測方法は、計測者毎に読み取り値がバラついたり、加工した開先形状が実際には管理値外であるにも拘わらず管理値内であると判断してしまったりする懸念があった。   However, the measurement method that humans read with calipers, loupes, etc. is judged to be within the control value even though the reading value varies for each measurer and the processed groove shape is actually outside the control value. I was worried about it.

それらの問題を解消する開先形状計測方法の例として、特許文献1に、光学式の2次元変位センサを用いて開先形状を計測する方法が記載されている。この特許文献1に記載された方法は、配管端面の軸方向の変位及び半径方向の変位のうち少なくとも一方を2次元変位センサで計測し、その2次元変位センサを配管端面に沿って回転させることで、全周の開先形状を計測するようにしたものである。   As an example of a groove shape measuring method that solves these problems, Patent Document 1 describes a method of measuring a groove shape using an optical two-dimensional displacement sensor. In the method described in Patent Document 1, at least one of an axial displacement and a radial displacement of a pipe end face is measured by a two-dimensional displacement sensor, and the two-dimensional displacement sensor is rotated along the pipe end face. Thus, the groove shape of the entire circumference is measured.

この場合の2次元変位センサとして、例えば、光切断法を原理とする2次元変位センサを使用することができる。光切断法は、投光手段からワークの端面に検査光(スリット光)を照射し、この照射により開先の表面に形成される反射像つまり光切断像を、投光手段からある距離だけ離れた位置に配された撮像手段で撮像し、撮像した光切断像から開先の形状を検出するという手法である。光切断法を原理とする2次元変位センサは、前記投光手段と撮像手段とを一定の位置関係を保った状態で共に含むものとして構成されている。   As the two-dimensional displacement sensor in this case, for example, a two-dimensional displacement sensor based on the principle of an optical cutting method can be used. In the light cutting method, inspection light (slit light) is irradiated from the light projecting means to the end surface of the workpiece, and the reflected image formed on the surface of the groove by this irradiation, that is, the light cut image, is separated from the light projecting means by a certain distance. In this method, an image is picked up by an image pickup means arranged at a predetermined position, and a groove shape is detected from the picked-up light section image. The two-dimensional displacement sensor based on the principle of light cutting is configured to include both the light projecting means and the imaging means in a state where a certain positional relationship is maintained.

特開2000−346637号公報JP 2000-346637 A

ところで、光切断法を原理とする2次元変位センサでワークの端面の開先の形状を計測する場合、開先を加工したワークの端面に対して垂直な位置に2次元変位センサを配置し、ワークの端面に垂直に検査光(スリット光)を照射するのが一般的である。しかしそうした場合、開先形状に含まれるエッジ(角部)の位置を正確に計測できない場合があることが分かった。   By the way, when measuring the shape of the groove on the end face of the workpiece with a two-dimensional displacement sensor based on the optical cutting method, the two-dimensional displacement sensor is arranged at a position perpendicular to the end face of the workpiece on which the groove is machined. In general, the inspection light (slit light) is irradiated perpendicularly to the end face of the workpiece. However, in such a case, it has been found that the position of the edge (corner) included in the groove shape may not be accurately measured.

即ち、開先形状に含まれるエッジは、ワークの厚さ方向に隣接する2面によって構成されているが、そのうちの一方の面が、検査光の照射方向に対して小さな角度しか持たずに急勾配となっている場合は、急勾配の面の反射光を検出できない可能性があり、エッジの位置を正確に割り出すことできない。   That is, the edge included in the groove shape is constituted by two surfaces adjacent to each other in the thickness direction of the workpiece, but one of the surfaces has a small angle with respect to the irradiation direction of the inspection light and is sharp. In the case of a gradient, there is a possibility that the reflected light of the steep surface cannot be detected, and the position of the edge cannot be accurately determined.

例えば、光切断法では一般的に70°を超えるような急勾配になる部分の反射光は捕らえることが難しいため、エッジの位置を正確に検出することができず、そのために、開先形状を算出するための変曲点付近(エッジ付近)のデータが欠落する懸念があった。そうした場合、開先形状を正確に計測することができないという結果になる。   For example, in the light cutting method, it is difficult to capture the reflected light of a portion having a steep slope that generally exceeds 70 °, and thus the position of the edge cannot be accurately detected. There was a concern that the data near the inflection point (near the edge) for calculation would be lost. In such a case, the result is that the groove shape cannot be measured accurately.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、開先形状に含まれるエッジの位置を正確に検出することができ、それにより、開先形状を正確に計測することのできる開先形状計測方法及び装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can accurately detect the position of the edge included in the groove shape, thereby accurately measuring the groove shape. An object is to provide a tip shape measuring method and apparatus.

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、請求項1の発明に係る開先形状計測方法は、平面板状または曲面板状のワークを溶接するためにワークの端面に加工された開先の形状を光切断法を原理とする変位センサによって計測する開先形状計測方法であって、前記ワークの端面の垂線の方向をX軸方向、該X軸方向と直交する前記ワークの板厚方向をY軸方向とするとき、前記ワークの端面の垂線に対し、Y軸方向におけるワークの表面方向及びワークの裏面方向の両側にそれぞれ所定の角度α1、α2だけ振り分けて、斜め方向から検査光を前記ワークの端面に照射して、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする座標系における前記開先の光切断像データを取得するように、第1及び第2の2台の前記変位センサを配置し、前記2台の変位センサの取得した、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先の光切断像データを、前記X軸方向を基準座標軸とする座標系のデータに変換して、変換した両変位センサのデータを合成することで、前記開先形状を割り出すことを特徴とする。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
That is, the groove shape measuring method according to the invention of claim 1 is a displacement based on the optical cutting method for the shape of a groove machined on the end face of a workpiece in order to weld a flat plate-shaped or curved plate-shaped workpiece. A groove shape measuring method for measuring by a sensor, wherein the direction of the perpendicular to the end surface of the workpiece is the X-axis direction, and the thickness direction of the workpiece orthogonal to the X-axis direction is the Y-axis direction. With respect to the perpendicular to the end surface, the workpiece is distributed by a predetermined angle α1, α2 on both sides of the workpiece surface direction and the workpiece rear surface direction in the Y-axis direction, and the inspection light is irradiated to the end surface of the workpiece from an oblique direction. The first and second displacement sensors are arranged so as to acquire the light section image data of the groove in a coordinate system having a light irradiation direction as a reference coordinate axis. I got it The optical section image data of the groove in each coordinate system with the direction of irradiating the inspection light as the reference coordinate axis is converted into the data of the coordinate system with the X axis direction as the reference coordinate axis, and the converted data of both displacement sensors The groove shape is determined by synthesizing.

これにより、各変位センサの分担する計測範囲内に急勾配となる部分が無くなり、変曲点付近(エッジ付近)のデータが欠落せずに各変位センサによって収集されるようになる。そのため、エッジの位置を正確に検出することができるようになり、両変位センサのデータを合成して1つの光切断像データとすることにより、開先形状を規定する項目(ルート面の高さや開先のベベル面の形状や開先の深さなど)の計測精度を高めることができる。   As a result, there is no steep portion in the measurement range shared by each displacement sensor, and data near the inflection point (near the edge) is collected by each displacement sensor without being lost. Therefore, it becomes possible to accurately detect the position of the edge, and by combining the data of both displacement sensors into one light section image data, an item for defining the groove shape (the height of the root surface and the like) The measurement accuracy of the bevel surface shape of the groove and the groove depth can be improved.

また、請求項2の発明に係る開先形状計測方法は、前記各変位センサが取得した、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先の光切断像データの中から、それぞれ前記開先のルート面のワークの表面側のエッジの座標を抽出し、それら各座標系における前記エッジの座標を共通の座標点として、両変位センサの光切断像データを重ねた後、ワークの表面方向から取得した前記第1の変位センサの光切断像データについては、ワークの表面位置が前記X軸方向と一致するように座標軸を回転補正し、ワークの裏面方向から取得した前記第2の変位センサの光切断像データについては、ワークの裏面位置が前記X軸方向と一致するように座標軸を回転補正し、回転補正した両変位センサのデータを合成して1つの光切断像データとすることを特徴とする。   Further, the groove shape measuring method according to the invention of claim 2 is obtained from the light section image data of the groove in each coordinate system obtained by the respective displacement sensors and having a reference coordinate axis as a direction in which the inspection light is irradiated. Then, after extracting the coordinates of the edge on the surface side of the workpiece of the root surface of the groove, with the coordinates of the edge in each coordinate system as a common coordinate point, and overlapping the light section image data of both displacement sensors, For the optical displacement image data of the first displacement sensor acquired from the surface direction of the workpiece, the coordinate axis is rotationally corrected so that the surface position of the workpiece coincides with the X-axis direction, and the first image acquired from the back surface direction of the workpiece. As for the optical section image data of the displacement sensor 2, the coordinate axis is rotationally corrected so that the back surface position of the workpiece coincides with the X-axis direction, and the data of both displacement sensors corrected for rotation are combined to produce one light. Characterized by the cross-sectional image data.

これにより、1つのエッジの座標を基準にして、異なる方向から検出した各変位センサの光切断像データを1つの光切断像データに容易に合成できるようになる。   Accordingly, the light section image data of each displacement sensor detected from different directions can be easily combined with one light section image data with reference to the coordinates of one edge.

また、請求項3の発明に係る開先形状計測方法は、前記各変位センサが取得した、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先の光切断像データの座標軸を、それぞれに各変位センサの前記設置角度α1、α2だけ回転補正した後、各変位センサの光切断像データの中に共通して含まれる前記開先のルート面とルート面に対して角度を有するベベル面とがそれぞれ互いに一致するように平行移動補正して座標を共有化し、共有化した座標で表される両変位センサのデータを合成して1つの光切断像データとすることを特徴とする。   In the groove shape measuring method according to the invention of claim 3, the coordinate axis of the light section image data of the groove in each coordinate system obtained by each of the displacement sensors and having a reference coordinate axis as a direction in which the inspection light is irradiated is used. The rotation angle of each displacement sensor is corrected by the installation angles α1 and α2, respectively, and then an angle with respect to the root surface and the root surface of the groove included in the optical section image data of each displacement sensor. The coordinates are shared by correcting the translation so that the bevel surfaces coincide with each other, and the data of the two displacement sensors represented by the shared coordinates are combined into one light section image data. .

これにより、異なる方向から検出した各変位センサの光切断像データを回転補正した上で平行移動するだけで、1つの光切断像データに容易に合成できるようになる。   As a result, the optical section image data of each displacement sensor detected from different directions can be easily combined into one optical section image data only by rotating and correcting the optical section image data of each displacement sensor.

また、請求項4の発明に係る開先形状計測装置は、平面板状または曲面板状のワークを溶接するためにワークの端面に加工された開先の形状を光切断法を原理とする変位センサによって計測する開先形状計測装置であって、前記ワークの端面の垂線の方向をX軸方向、該X軸方向と直交する前記ワークの板厚方向をY軸方向とするとき、前記ワークの端面の垂線に対し、Y軸方向におけるワークの表面方向及びワークの裏面方向の両側にそれぞれ所定の角度α1、α2だけ振り分けて、斜め方向から検査光を前記ワークの端面に照射して、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする座標系における前記開先の光切断像データを取得するように配置された第1及び第2の2台の前記変位センサと、前記2台の変位センサの取得した、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先の光切断像データを、前記X軸方向を基準座標軸とする座標系のデータに変換して、変換した両変位センサのデータを合成することで、前記開先形状を割り出すデータの処理装置と、を備えることを特徴とする。   Further, the groove shape measuring apparatus according to the invention of claim 4 is a displacement based on the principle of the optical cutting method for the shape of the groove machined on the end face of the workpiece in order to weld a flat plate-shaped or curved plate-shaped workpiece. A groove shape measuring apparatus for measuring by a sensor, wherein when the direction of the perpendicular to the end face of the workpiece is the X-axis direction and the thickness direction of the workpiece orthogonal to the X-axis direction is the Y-axis direction, With respect to the perpendicular to the end surface, the workpiece is distributed by a predetermined angle α1, α2 on both sides of the workpiece surface direction and the workpiece rear surface direction in the Y-axis direction, and the inspection light is irradiated to the end surface of the workpiece from an oblique direction. The first and second displacement sensors arranged so as to acquire the light section image data of the groove in a coordinate system having a light irradiating direction as a reference coordinate axis; and the two displacement sensors Got it By converting the light section image data of the groove in each coordinate system having the direction of irradiating each inspection light as the reference coordinate axis into data of the coordinate system having the X axis direction as the reference coordinate axis, And a data processing device for determining the groove shape by combining the data.

これにより、各変位センサの計測範囲内に急勾配になる部分が無くなり、変曲点付近(エッジ付近)のデータが欠落せずに各変位センサによって収集されるようになる。そのため、エッジの位置を正確に検出することができるようになり、両変位センサのデータを処理装置で処理して1つの光切断像データとすることにより、開先形状を規定する項目(ルート面の高さや開先のベベル面の形状や開先の深さなど)の計測精度を高めることができる。   As a result, there is no steep portion in the measurement range of each displacement sensor, and data near the inflection point (edge vicinity) is collected by each displacement sensor without being lost. Therefore, the position of the edge can be accurately detected, and the data for both displacement sensors is processed by the processing device into one light section image data, thereby defining the groove shape (route surface). Measurement accuracy of the height, the shape of the bevel surface of the groove, the depth of the groove, and the like.

また、請求項5の発明に係る開先形状計測装置は、前記2台の変位センサを前記ワークの端面に対する計測姿勢を保った状態で保持するセンサ支持部材と、該センサ支持部材を前記ワークの端面の延在方向に沿って案内しながら移動させる案内移動機構と、を備えることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a groove shape measuring apparatus, comprising: a sensor support member that holds the two displacement sensors in a state in which a measurement posture with respect to an end surface of the workpiece is maintained; And a guide moving mechanism that moves while guiding along the extending direction of the end face.

これにより、ワークの端面の開先形状を連続して精度良く計測することができる。   Thereby, the groove shape of the end surface of the workpiece can be continuously measured with high accuracy.

また、請求項6の発明に係る開先形状計測装置は、前記ワークが鋼管等の管材である場合に、前記案内移動機構は、前記センサ支持部材を前記管材の周方向に沿って案内しながら移動させることを特徴とする。   Further, in the groove shape measuring apparatus according to the invention of claim 6, when the workpiece is a pipe material such as a steel pipe, the guide moving mechanism guides the sensor support member along a circumferential direction of the pipe material. It is made to move.

これにより、鋼管等の管材の開先形状を精度良く計測することができる。   Thereby, the groove shape of pipe materials, such as a steel pipe, can be measured with sufficient accuracy.

請求項1及び請求項4に係る発明によれば、光切断法の原理で形状を計測する2台の変位センサを、開先を加工したワークの端面に対して斜め2方向にそれぞれ配置し、斜め2方向から開先の光切断像データを取得するようにしているので、ワークの端面に垂直な方向から計測する場合には検査光の照射方向に対して急勾配になっていた部分を、いずれかの変位センサにより、急勾配でない状態で計測できるようになる。つまり、各方向の変位センサの計測できる範囲を敢えて分担することにより、急勾配であった部分を、急勾配でない状態で計測できるようになる。従って、変曲点付近(エッジ付近)のデータを欠落せずに各変位センサによって収集することができ、エッジの位置を正確に検出することができるようになる。その結果、両変位センサのデータを合成して1つの光切断像データとすることにより、開先形状を規定する項目(ルート面の高さや開先のベベル面の形状や開先の深さなど)の寸法を精度良く計測することができる。また、変位センサによる計測であるから、計測者が変わっても、常に同じ精度で計測することができる。   According to the first and fourth aspects of the invention, the two displacement sensors that measure the shape based on the principle of the light cutting method are respectively arranged in two oblique directions with respect to the end face of the workpiece on which the groove is processed, Since the light section image data of the groove is acquired from two oblique directions, when measuring from a direction perpendicular to the end surface of the workpiece, the portion that is steep with respect to the irradiation direction of the inspection light, Any one of the displacement sensors can be measured without a steep slope. That is, by deliberately sharing the range that can be measured by the displacement sensor in each direction, it becomes possible to measure a portion having a steep slope without being steep. Therefore, data near the inflection point (edge vicinity) can be collected by each displacement sensor without being lost, and the edge position can be accurately detected. As a result, by combining the data of both displacement sensors into one optical section image data, the items defining the groove shape (the height of the root surface, the shape of the bevel surface of the groove, the depth of the groove, etc.) ) Can be accurately measured. In addition, since the measurement is performed by the displacement sensor, measurement can always be performed with the same accuracy even if the measurer changes.

請求項2に係る発明によれば、各変位センサが取得した光切断像データを、1つのエッジの座標を基準にして重ね合わせた上で、座標軸を回転補正して1つの光切断像データとして合成するので、容易に精度の良い開先形状を割り出すことができる。   According to the second aspect of the present invention, the optical section image data acquired by each displacement sensor is superimposed on the basis of the coordinates of one edge, and the coordinate axis is rotationally corrected to form one optical section image data. Since they are combined, a precise groove shape can be easily determined.

請求項3に係る発明によれば、各変位センサが取得した光切断像データの座標軸を回転補正した上で平行移動して重ねることで、各変位センサの光切断像データを、1つの光切断像データとして合成するので、容易に精度の良い開先形状を割り出すことができる。   According to the third aspect of the invention, the optical axis image data of each displacement sensor is converted into a single optical slice by rotating and correcting the coordinate axes of the optical axis image data acquired by each displacement sensor, Since they are combined as image data, it is possible to easily determine an accurate groove shape.

請求項5に係る発明によれば、ワークの端面の開先形状を精度良く計測することができる。   According to the invention which concerns on Claim 5, the groove shape of the end surface of a workpiece | work can be measured with a sufficient precision.

請求項6に係る発明によれば、鋼管等の管材の開先形状を精度良く計測することができる。   According to the invention which concerns on Claim 6, the groove shape of pipe materials, such as a steel pipe, can be measured accurately.

本発明の実施形態の説明図で、ワークの端面に対する2台の2次元変位センサの配置を模式的に示す斜視図である。It is explanatory drawing of embodiment of this invention, and is a perspective view which shows typically arrangement | positioning of the two-dimensional displacement sensor with respect to the end surface of a workpiece | work. 実施形態の方法で計測する開先形状の加工管理のための計測項目を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the measurement item for the process management of the groove shape measured by the method of embodiment. 実施形態の方法で開先を計測している状態を示す側面図である。It is a side view which shows the state which is measuring the groove | channel by the method of embodiment. 各2次元変位センサの計測データの処理法の第1例の説明図で、(a)はワークの表面側の2次元変位センサで計測したデータによりエッジの位置を割り出す手順の説明図、(b)は(a)のIVb部分の拡大図、(c)はワークの裏面側の2次元変位センサで計測したデータにより同じエッジの位置を割り出す手順の説明図、(d)は(c)のIVd部分の拡大図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a first example of a processing method of measurement data of each two-dimensional displacement sensor, (a) is an explanatory diagram of a procedure for determining the position of an edge from data measured by a two-dimensional displacement sensor on the surface side of a workpiece; ) Is an enlarged view of the IVb portion of (a), (c) is an explanatory diagram of a procedure for determining the position of the same edge from data measured by a two-dimensional displacement sensor on the back side of the workpiece, and (d) is an IVd of (c). It is an enlarged view of a part. 各2次元変位センサの計測データの処理法の第2例の説明図で、(a)はワークの端面と2台の2次元変位センサの関係を示す側面図、(b)は2台の2次元変位センサのデータを合成処理する手順の説明図、(c)は合成した結果として得られる開先形状の断面図である。It is explanatory drawing of the 2nd example of the processing method of the measurement data of each two-dimensional displacement sensor, (a) is a side view which shows the relationship between the end surface of a workpiece | work and two two-dimensional displacement sensors, (b) is two 2 units | sets. FIG. 6C is an explanatory diagram of a procedure for synthesizing the data of the dimension displacement sensor, and FIG. 5C is a sectional view of a groove shape obtained as a result of the synthesis. ワークである鋼管の端部の開先形状を計測するための開先形状計測装置の第1の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st structural example of the groove shape measuring apparatus for measuring the groove shape of the edge part of the steel pipe which is a workpiece | work. 図6の装置の鋼管内部に位置する部分の断面図である。It is sectional drawing of the part located inside the steel pipe of the apparatus of FIG. ワークである鋼管の端部の開先形状を計測するための開先形状計測装置の第2の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd structural example of the groove shape measuring apparatus for measuring the groove shape of the edge part of the steel pipe which is a workpiece | work. 比較例として、ワークの端面に垂直に2次元変位センサを配置した場合の例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the example at the time of arrange | positioning a two-dimensional displacement sensor perpendicularly | vertically to the end surface of a workpiece | work as a comparative example.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は実施形態の説明図で、ワークの端面に対する2台の2次元変位センサの配置を模式的に示す斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram of the embodiment, and is a perspective view schematically showing the arrangement of two two-dimensional displacement sensors with respect to the end face of the workpiece.

実施形態の開先形状計測方法は、図1に示すように、鋼板や鋼管などの平面板状または曲面板状のワークWの端面に加工された開先Kの形状を計測するためのものであり、第1及び第2の2台の2次元変位センサM1、M2と、これら2台の2次元変位センサM1、M2のデータを処理する処理装置(図示せず)とを備えた開先形状計測装置により実施される。   The groove shape measuring method of the embodiment is for measuring the shape of the groove K processed on the end face of a flat plate-like or curved plate-like workpiece W such as a steel plate or a steel pipe, as shown in FIG. A groove shape including first and second two-dimensional displacement sensors M1 and M2 and a processing device (not shown) for processing data of the two two-dimensional displacement sensors M1 and M2. Implemented by a measuring device.

2台の2次元変位センサM1、M2は、光切断法の原理で計測対象部位(本実施形態では開先)の外形形状を計測する変位センサである。これら2次元変位センサM1、M2は、センサに内蔵された投光手段から計測対象部位に検査光(スリット光)を照射し、その検査光が計測対象部位の外表面に当たることで形成される光切断像(開先の断面形状に相当する像)を、投光手段からある距離だけ離れた位置に配されて同じくセンサに内蔵された撮像手段で撮像することにより、計測対象部位の形状データを取得するものである。   The two two-dimensional displacement sensors M1 and M2 are displacement sensors that measure the outer shape of a measurement target portion (a groove in the present embodiment) based on the principle of a light cutting method. These two-dimensional displacement sensors M1 and M2 irradiate inspection light (slit light) onto a measurement target part from a light projecting means built in the sensor, and light formed when the inspection light hits the outer surface of the measurement target part. By capturing a cut image (an image corresponding to the cross-sectional shape of the groove) at a position away from the light projecting means by an imaging means incorporated in the sensor, the shape data of the measurement target part is obtained. To get.

図2は本実施形態で計測対象とする開先形状の加工管理のための計測項目を示している。
図2に示す開先Kは、互いに平行なワークWの表面P1と裏面P2に垂直な端面に削り加工して形成されており、ワークの端面の一部として残されたルート面K1と、表面側開先であるベベル面K2と、斜めにカットされた裏側開先面K3と、を有している。ベベル面K2は、ルート面K1に対して角度β(ベベル角度)だけ開いており、ルート面K1と交わる部分は、ルート半径で規定されるアール曲面となっている。
FIG. 2 shows measurement items for machining management of the groove shape to be measured in this embodiment.
The groove K shown in FIG. 2 is formed by cutting an end surface perpendicular to the front surface P1 and the back surface P2 of the workpiece W parallel to each other, and a root surface K1 left as a part of the end surface of the workpiece, It has a bevel surface K2 which is a side groove and a back side groove surface K3 which is cut obliquely. The bevel surface K2 is opened by an angle β (bevel angle) with respect to the route surface K1, and a portion intersecting with the route surface K1 is a rounded surface defined by the route radius.

この開先Kには、4つのエッジ(面と面が交わった角)E1〜E4が存在する。ワークWの表面P1側から順に述べると、ワークWの表面P1とベベル面K2との交わる部分に第1のエッジE1があり、ベベル面K2の図中下端の曲面とルート面K1との交わる部分に第2のエッジE2があり、ルート面K1と裏面P2側の開先面K3との交わる部分に第3のエッジE3があり、裏面P2側の開先面K3とワークWの裏面P2との交わる部分に第4のエッジE4がある。   In this groove K, there are four edges (angles where the surfaces intersect) E1 to E4. In order from the surface P1 side of the workpiece W, there is a first edge E1 at a portion where the surface P1 of the workpiece W and the bevel surface K2 intersect, and a portion where the curved surface at the lower end of the bevel surface K2 and the root surface K1 intersect. The second edge E2 is present, and the third edge E3 is present at the intersection of the root surface K1 and the groove surface K3 on the back surface P2, and the groove surface K3 on the back surface P2 side and the back surface P2 of the workpiece W There is a fourth edge E4 at the intersection.

いま、開先Kの形状は、ワークWの端面(ルート面K1が該当)の垂線の方向をX軸方向、X軸方向と直交するワークWの板厚方向をY軸方向とするX−Y座標系の座標として最終的に表されるように規定されている。この開先Kの形状の場合、aで示す寸法であるルート面K1の高さ、bで示す寸法である表面側の開先幅、cで示す寸法である裏面側の開先の高さが、管理値とされており、これらのa、b、cの値が許容値内にあるか否かを管理し、許容値から外れる場合は再加工を促す。   Now, the shape of the groove K is XY in which the direction of the perpendicular to the end surface (the root surface K1 is applicable) of the workpiece W is the X-axis direction, and the thickness direction of the workpiece W perpendicular to the X-axis direction is the Y-axis direction. It is defined to be finally expressed as coordinates in the coordinate system. In the case of the shape of the groove K, the height of the root surface K1 that is the dimension indicated by a, the groove width on the front surface that is the dimension indicated by b, and the height of the groove on the back surface side that is the dimension indicated by c. Management values are managed, and whether or not these values a, b, and c are within the allowable values is managed.

本実施形態の計測方法では、2台の2次元変位センサM1、M2で計測した開先の断面形状データ(光切断像データ)から、最終的に、第1〜第4のエッジE1〜E4のX・Y座標値を求める。そして以下の式により、各計測項目の値a、b、cを算出する。いま、第1〜第4のエッジE1〜E4のX・Y座標値がそれぞれ、E1(X、Y)、E2(X、Y)、E3(X、Y)、E1(X、Y)である場合、a、b、cの値は以下のようになる。
a=Y−Y
b=X−X
c=Y−Y
従って、エッジE1〜E4の座標値を正確に求めることが重要である。
In the measurement method according to the present embodiment, the first to fourth edges E1 to E4 are finally obtained from the sectional shape data (light section image data) of the groove measured by the two two-dimensional displacement sensors M1 and M2. X and Y coordinate values are obtained. And the value a, b, c of each measurement item is calculated by the following formula. Now, the X and Y coordinate values of the first to fourth edges E1 to E4 are E1 (X 1 , Y 1 ), E2 (X 2 , Y 2 ), E3 (X 3 , Y 3 ), E1 ( In the case of X 4 , Y 4 ), the values of a, b, and c are as follows.
a = Y 2 −Y 3
b = X 1 −X 2
c = Y 3 −Y 4
Therefore, it is important to accurately obtain the coordinate values of the edges E1 to E4.

ところで、光切断法を計測原理とする2次元変位センサでワークの端面の開先の形状を計測する場合、図9の比較例を示すように、開先を加工したワークWの端面に対して垂直な位置に2次元変位センサMを配置し、ワークWの端面に垂直に検査光(スリット光)10を照射するのが一般的であるが、そうした場合、開先形状に含まれるエッジE1〜E4の位置を正確に計測できない場合がある。   By the way, when the shape of the groove on the end face of the workpiece is measured with a two-dimensional displacement sensor based on the optical cutting method, as shown in a comparative example of FIG. In general, the two-dimensional displacement sensor M is arranged at a vertical position, and the inspection light (slit light) 10 is irradiated perpendicularly to the end surface of the workpiece W. In such a case, the edges E1 to E1 included in the groove shape are used. There are cases where the position of E4 cannot be measured accurately.

即ち、開先形状に含まれるエッジE1〜E4は、ワークWの厚さ方向に隣接する2面によって構成されているが、そのうちの一方の面が、検査光10の照射方向に対して小さな角度しか持たずに急勾配となっている場合は、急勾配の面の反射光を検出できない可能性があり、エッジE1〜E4の位置を正確に割り出すことできない。   That is, the edges E <b> 1 to E <b> 4 included in the groove shape are configured by two surfaces adjacent to each other in the thickness direction of the workpiece W, and one of the surfaces has a small angle with respect to the irradiation direction of the inspection light 10. However, when it has a steep slope, the reflected light on the steep surface may not be detected, and the positions of the edges E1 to E4 cannot be accurately determined.

この図示例の場合、第1のエッジE1を構成する2面のうちの1面は板状のワークWの表面P1であり、この面P1は検査光10の照射方向に対して角度を持たない(つまり検査光10に対してほぼ平行である)ので、70°を超える急勾配の部分に相当し、この面からの反射光は捕らえることができない。従って、エッジE1の位置を正確に検出することができない。他のエッジE2〜E4についても同様のことが言える。   In the illustrated example, one of the two surfaces constituting the first edge E1 is the surface P1 of the plate-like workpiece W, and this surface P1 has no angle with respect to the irradiation direction of the inspection light 10. (In other words, it is substantially parallel to the inspection light 10), which corresponds to a steep portion exceeding 70 °, and the reflected light from this surface cannot be captured. Therefore, the position of the edge E1 cannot be detected accurately. The same can be said for the other edges E2 to E4.

そのために、開先形状を算出するための変曲点付近(エッジ付近)のデータが欠落する懸念があり、結果的に、開先形状を正確に計測することができないことになる。   Therefore, there is a concern that data near the inflection point (near the edge) for calculating the groove shape may be lost, and as a result, the groove shape cannot be accurately measured.

それに対し、本実施形態では、図3に示すように、ワークWの端面の垂線Tに対し、Y軸方向におけるワークWの表面P1方向及びワークWの裏面P2方向の両側にそれぞれ所定の角度α1、α2だけ振り分けて、斜め方向から検査光10をワークWの端面に照射して、それぞれ検査光10を照射する方向を基準座標軸とする座標系における開先Kの光切断像データを取得するように、第1及び第2の2台の2次元変位センサM1、M2を配置している。   On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, with respect to the normal T of the end surface of the workpiece W, a predetermined angle α1 is provided on each side of the surface P1 direction of the workpiece W and the back surface P2 direction of the workpiece W in the Y-axis direction. , Α2 is distributed, the inspection light 10 is irradiated onto the end surface of the workpiece W from an oblique direction, and the optical section image data of the groove K in the coordinate system with the direction in which the inspection light 10 is irradiated as the reference coordinate axis is obtained. In addition, the first and second two-dimensional displacement sensors M1 and M2 are arranged.

つまり、1台目の第1の2次元変位センサM1は、ワークWの端面の垂線Tに対し角度α1=20°〜60°の範囲で図中斜め上方から、開先Kを計測することができるように配置してある。また、2台目の第2の2次元変位センサM2は、ワークWの端面の垂線Tに対し角度α2=20°〜60°の範囲で図中斜め下方から、開先Kを計測することができるように配置してある。   In other words, the first first two-dimensional displacement sensor M1 of the first unit can measure the groove K from obliquely upward in the figure within an angle α1 = 20 ° to 60 ° with respect to the normal T of the end surface of the workpiece W. It is arranged so that it can. In addition, the second second two-dimensional displacement sensor M2 can measure the groove K from the oblique lower side in the drawing within the range of the angle α2 = 20 ° to 60 ° with respect to the normal T of the end surface of the workpiece W. It is arranged so that it can.

このように2台の2次元変位センサM1、M2をワークWの端面に対して斜め方向に配置することで、エッジE1〜E4の検出範囲をそれぞれ分担している。つまり、一方の2次元変位センサM1(M2)では検出できない範囲を他方の2次元変位センサM2(M1)で検出できるようにしており、いずれか一方の2次元変位センサM1、M2が必ず急勾配の無い状態でエッジE1〜E4の検出を行えるようにしてある。   Thus, by arranging the two two-dimensional displacement sensors M1 and M2 in an oblique direction with respect to the end face of the workpiece W, the detection ranges of the edges E1 to E4 are respectively assigned. That is, a range that cannot be detected by one of the two-dimensional displacement sensors M1 (M2) can be detected by the other two-dimensional displacement sensor M2 (M1), and any one of the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 always has a steep slope. The edges E1 to E4 can be detected in the absence of any.

例えば、表面P1側(図3中上側)の第1の2次元変位センサM1は、第1のエッジE1と第2のエッジE2を急勾配の無い状態で検出することができる。また、裏面P2側(図3中下側)の第2の2次元変位センサM2は、第3のエッジE3と第4のエッジE4を急勾配の無い状態で検出することができる。なお、裏面P2側(下側)の第2の2次元変位センサM2は、ルート面K1の上側の第2のエッジE2の位置を、急勾配の無い状態で正確に検出することはできないが、検出データに対し後でデータ処理を施すことにより、第2のエッジE2の位置を精度よく算出することができるようになる。   For example, the first two-dimensional displacement sensor M1 on the surface P1 side (upper side in FIG. 3) can detect the first edge E1 and the second edge E2 without a steep slope. In addition, the second two-dimensional displacement sensor M2 on the back surface P2 side (the lower side in FIG. 3) can detect the third edge E3 and the fourth edge E4 without a steep slope. Note that the second two-dimensional displacement sensor M2 on the back surface P2 side (lower side) cannot accurately detect the position of the second edge E2 on the upper side of the route surface K1 without a steep slope. By performing data processing on the detected data later, the position of the second edge E2 can be accurately calculated.

そして、2台の2次元変位センサM1、M2の取得した、それぞれ検査光10を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先の光切断像データを、図示略の処理装置でデータ処理することによって、即ち、X軸方向を基準座標軸とする座標系のデータに変換して、変換した両2次元変位センサM1、M2のデータを合成することによって、開先形状を割り出すことができる。   Then, the optical section image data of the groove in each coordinate system obtained by the two two-dimensional displacement sensors M1 and M2 and having the direction of irradiating the inspection light 10 as the reference coordinate axis is processed by a processing device (not shown). By doing so, that is, by converting the data of the coordinate system having the X-axis direction as the reference coordinate axis and combining the converted data of the two-dimensional displacement sensors M1 and M2, the groove shape can be determined.

次に、両2次元変位センサM1、M2の取得したデータを処理する方法について述べる。
図4は各2次元変位センサM1、M2の計測データの処理法の第1例の説明図で、(a)はワークの表面側の2次元変位センサM1で計測したデータにより第2のエッジE2の位置を割り出す手順の説明図、(b)は(a)のIVb部分の拡大図、(c)はワークの裏面側の2次元変位センサM2で計測したデータにより同じ第2のエッジE2の位置を割り出す手順の説明図、(d)は(c)のIVd部分の拡大図である。
Next, a method for processing data acquired by the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 will be described.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a first example of a method for processing the measurement data of each of the two-dimensional displacement sensors M1 and M2. FIG. 4A shows the second edge E2 based on the data measured by the two-dimensional displacement sensor M1 on the surface side of the workpiece. (B) is an enlarged view of the IVb portion of (a), (c) is the position of the same second edge E2 based on the data measured by the two-dimensional displacement sensor M2 on the back side of the workpiece. (D) is an enlarged view of the IVd portion of (c).

この第1例の処理法では、まず、各2次元変位センサM1、M2が取得した、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先Kの光切断像データの中から、それぞれ開先Kのルート面K1のワークWの表面側の第2のエッジE2の座標を抽出する。   In the processing method of the first example, first, from the optical section image data of the groove K in each coordinate system obtained by each of the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 and having the reference coordinate axis as the direction in which the inspection light is irradiated. The coordinates of the second edge E2 on the surface side of the workpiece W on the root surface K1 of the groove K are extracted.

まず、図4(a)及び(b)に示す要領で、第1の2次元変位センサM1の光切断像データ(断面データともいう)の中の第2のエッジE2−aの座標を抽出する。   First, in the manner shown in FIGS. 4A and 4B, the coordinates of the second edge E2-a in the light section image data (also referred to as cross-sectional data) of the first two-dimensional displacement sensor M1 are extracted. .

それには、
(1)断面データ内で最も2次元変位センサM1に近い位置(点A)を検出する。
最も2次元変位センサM1に近い点Aの検出は、2次元変位センサM1の距離測定用基準線M1−mからの距離Sが一番小さい点を探すことで検出する。
(2)次に断面データ内の一番端の位置(点B)を検出する。
一番端の位置とは、取得した断面データのうち、検査光の照射方向と直交する方向(スリット光の幅方向)における一番端の位置を指し、点Bは、点Aから見て第2のエッジE2がありそうな位置(第2のエッジの位置はまだ未確定)よりも遠い側の端の位置である。
(3)次に線分ABから引いた垂線23が、ルート面K1の上側エッジ(第2のエッジE2)付近の形状を表す外形線(外形形状の計測データとして既に取得している)と交わる点のうち、線分ABから最も遠い位置にある点E2−aを、ルート面K1の上側のエッジの位置であると判定する。そして、その点E2−aを結合点とする。
To do that,
(1) A position (point A) closest to the two-dimensional displacement sensor M1 is detected in the cross-sectional data.
The point A closest to the two-dimensional displacement sensor M1 is detected by searching for the point having the smallest distance S from the distance measurement reference line M1-m of the two-dimensional displacement sensor M1.
(2) Next, the end position (point B) in the cross-sectional data is detected.
The position of the end indicates the position of the end of the acquired cross-sectional data in the direction orthogonal to the irradiation direction of the inspection light (the width direction of the slit light). This is the position of the end farther from the position where the second edge E2 is likely (the position of the second edge is still uncertain).
(3) Next, the perpendicular line 23 drawn from the line segment AB intersects with an outline line (already acquired as measurement data of the outline shape) representing the shape near the upper edge (second edge E2) of the route surface K1. Of the points, the point E2-a that is farthest from the line segment AB is determined to be the position of the upper edge of the route plane K1. Then, the point E2-a is set as a coupling point.

次に、図4(c)及び(d)に示す要領で、第2の2次元変位センサM2の光切断像データ(断面データともいう)の中の第2のエッジE2−bの座標を抽出する。   Next, in the manner shown in FIGS. 4C and 4D, the coordinates of the second edge E2-b in the light section image data (also referred to as cross-sectional data) of the second two-dimensional displacement sensor M2 are extracted. To do.

それには、
(1)断面データ内で最も2次元変位センサM2に近い位置(点A)を検出する。
最も2次元変位センサM2に近い点Aの検出は、2次元変位センサM2の距離測定用基準線M2−mからの距離Sが一番小さい点を探すことで検出する。
(2)次に断面データ内の一番端の位置(点B)を検出する。
一番端の位置とは、取得した断面データのうち、検査光の照射方向と直交する方向(スリット光の幅方向)における一番端の位置を指し、点Bは、点Aから見て第2のエッジE2がありそうな位置(第2のエッジの位置はまだ未確定)よりも遠い側の端の位置である。
(3)次に線分AB31から引いた垂線33が、ルート面K1の上側エッジ(第2のエッジE2)付近の形状を表す外形線(外形形状の計測データとして既に取得している)32と交わる点のうち、線分AB21から最も遠い位置にある点E2−bを、ルート面K1の上側のエッジの位置であると判定する。そして、その点E2−bを結合点とする。
To do that,
(1) A position (point A) closest to the two-dimensional displacement sensor M2 is detected in the cross-sectional data.
The point A closest to the two-dimensional displacement sensor M2 is detected by searching for a point having the smallest distance S from the distance measurement reference line M2-m of the two-dimensional displacement sensor M2.
(2) Next, the end position (point B) in the cross-sectional data is detected.
The position of the end indicates the position of the end of the acquired cross-sectional data in the direction orthogonal to the irradiation direction of the inspection light (the width direction of the slit light). This is the position of the end farther from the position where the second edge E2 is likely (the position of the second edge is still uncertain).
(3) Next, a perpendicular line 33 drawn from the line segment AB31 is an outline line (already acquired as measurement data of the outline shape) 32 representing the shape near the upper edge (second edge E2) of the route surface K1. Of the intersecting points, the point E2-b that is farthest from the line segment AB21 is determined to be the position of the upper edge of the route plane K1. Then, the point E2-b is set as a coupling point.

次に、第1、第2の2次元変位センサM1、M2の計測データをそれぞれ規定する各座標系における第2エッジE2の座標E2−a、E2−bを共通の座標点として、図4(a)及び(b)にそれぞれ示す両2次元変位センサM1、M2の光切断像データを平行移動して重ねる。   Next, the coordinates E2-a and E2-b of the second edge E2 in each coordinate system defining the measurement data of the first and second two-dimensional displacement sensors M1 and M2 are used as common coordinate points as shown in FIG. The optical section image data of both two-dimensional displacement sensors M1 and M2 shown in a) and (b) are translated and overlapped.

次に、ワークWの表面P1方向から取得した第1の2次元変位センサM1の光切断像データについては、
ワークWの表面P1の位置がX軸方向と一致するように回転補正する。つまり、結合点E2−aを支点として、点E2−aから引いたワークの表面P1の平行線24とX軸25とを一致させるように、2次元変位センサM1の計測データの座標軸を回転補正(角度θaの回転補正)する。
Next, for the optical section image data of the first two-dimensional displacement sensor M1 acquired from the surface P1 direction of the workpiece W,
The rotation is corrected so that the position of the surface P1 of the workpiece W coincides with the X-axis direction. That is, the coordinate axis of the measurement data of the two-dimensional displacement sensor M1 is rotationally corrected so that the parallel line 24 of the surface P1 of the workpiece drawn from the point E2-a and the X axis 25 coincide with each other using the connection point E2-a as a fulcrum. (Rotation correction of the angle θa).

また、ワークWの裏面P2方向から取得した第2の2次元変位センサM2の光切断像データについては、ワークWの裏面P2の位置がX軸方向と一致するように回転補正する。つまり、結合点E2−bを支点として、点E2−bから引いたワークの表面P1の平行線34とX軸35とを一致させるように、2次元変位センサM2の計測データの座標軸を回転補正(角度θbの回転補正)する。次に回転補正した両2次元変位センサM1、M2の光切断像データを合成して1つの光切断像データとする。   Further, the optical section image data of the second two-dimensional displacement sensor M2 acquired from the back surface P2 direction of the workpiece W is rotationally corrected so that the position of the back surface P2 of the workpiece W coincides with the X-axis direction. That is, the coordinate axis of the measurement data of the two-dimensional displacement sensor M2 is rotationally corrected so that the parallel line 34 of the surface P1 of the workpiece drawn from the point E2-b and the X axis 35 coincide with each other with the coupling point E2-b as a fulcrum. (Rotation correction of the angle θb). Next, the optical section image data of both the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 whose rotation has been corrected are combined into one optical section image data.

図5は各2次元変位センサM1、M2の計測データの処理法の第2例の説明図で、(a)はワークの端面と2台の2次元変位センサの関係を示す側面図、(b)は2台の2次元変位センサのデータを合成処理する手順の説明図、(c)は合成した結果として得られる開先形状の断面図である。   FIG. 5 is an explanatory diagram of a second example of the processing method of the measurement data of each of the two-dimensional displacement sensors M1 and M2. FIG. 5A is a side view showing the relationship between the workpiece end surface and the two two-dimensional displacement sensors. ) Is an explanatory diagram of a procedure for synthesizing data of two two-dimensional displacement sensors, and (c) is a sectional view of a groove shape obtained as a result of the synthesis.

この第2例の処理法では、まず、図5(b)の「回転」の部分に示すように、各2次元変位センサM1、M2が取得した、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先Kの光切断像データの座標軸を、それぞれに各2次元変位センサM1、M2の設置角度α1、α2〔図5(a)参照〕だけ回転補正して、X−Y座標系のX・Y座標軸に平行となるようにする。   In the processing method of the second example, first, as shown in the “rotation” portion of FIG. 5B, the directions of irradiation of the inspection light acquired by the respective two-dimensional displacement sensors M1 and M2 are set as reference coordinate axes. The coordinate axes of the optical section image data of the groove K in each coordinate system to be rotated are corrected by the installation angles α1 and α2 (see FIG. 5A) of the two-dimensional displacement sensors M1 and M2, respectively. It should be parallel to the X and Y coordinate axes of the coordinate system.

次に、各2次元変位センサM1、M2の光切断像データの中に共通して含まれる開先のルート面K1とルート面K1に対して角度βを有するベベル面K2とが互いに一致するように(つまり重なるように)平行移動補正して座標を共有化する。そして、共有化した座標で表される両2次元変位センサM1、M2のデータを合成して1つの光切断像データとする。   Next, the root surface K1 of the groove and the bevel surface K2 having an angle β with respect to the root surface K1 are included in the optical section image data of the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 so as to coincide with each other. The coordinates are shared by correcting the parallel movement (so as to overlap). Then, the data of both the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 represented by the shared coordinates are combined into one light section image data.

そして、以上の第1例や第2例のようにして結合した光切断像データ(断面データ)から、計測した面の角度変化の割合(面の位置を示す曲線を微分した場合の傾きに相当)がしきい値を超える部分をエッジE1〜E4とし、それらの座標を求め、エッジE1〜E4のX・Y座標から評価のための項目値a(ルート面K1の高さ)、b(表面側の開先幅)、c(裏面側の開先の深さ)を求める。   Then, from the optical section image data (cross-sectional data) combined as in the first and second examples above, the ratio of the measured angle change of the surface (corresponding to the slope when the curve indicating the surface position is differentiated) ) Are the edges E1 to E4 that exceed the threshold value, their coordinates are obtained, and the item values a (height of the root surface K1) and b (surface) for the evaluation from the X and Y coordinates of the edges E1 to E4 Side groove width) and c (depth of groove on the back surface side).

従って、上述した実施形態の開先形状計測方法によれば、光切断法の原理で形状を計測する2台の2次元変位センサM1、M2を、開先Kを加工したワークWの端面に対して斜め2方向にそれぞれ配置し、斜め2方向から開先Kの光切断像データを取得するようにしているので、図9に示すように、ワークWの端面に垂直な方向から計測する場合には検査光10の照射方向に対して急勾配になっていた部分を、いずれかの2次元変位センサM1、M2により、急勾配でない状態で計測できるようになる。   Therefore, according to the groove shape measuring method of the above-described embodiment, the two two-dimensional displacement sensors M1 and M2 that measure the shape based on the principle of the light cutting method are used with respect to the end surface of the workpiece W on which the groove K is processed. Are arranged in two oblique directions, and the optical section image data of the groove K is acquired from the two oblique directions. Therefore, when measuring from a direction perpendicular to the end face of the workpiece W as shown in FIG. Can measure a portion having a steep slope with respect to the irradiation direction of the inspection light 10 without any steep slope by any one of the two-dimensional displacement sensors M1 and M2.

つまり、各方向の2次元変位センサM1、M2の計測できる範囲を敢えて分担することにより、急勾配であった部分を急勾配でない状態で計測できるようになる。従って、変曲点付近(エッジE1〜E4付近)のデータを欠落せずに各2次元変位センサM1、M2によって収集することができ、エッジE1〜E4の位置を正確に検出することができるようになる。   That is, by deliberately sharing the range that can be measured by the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 in each direction, it is possible to measure a portion that was steep without being steep. Therefore, data near the inflection points (edges E1 to E4) can be collected by the respective two-dimensional displacement sensors M1 and M2 without missing, and the positions of the edges E1 to E4 can be accurately detected. become.

その結果、両2次元変位センサM1、M2のデータを合成して1つの光切断像データとすることにより、開先形状を規定する項目(ルート面の高さや開先のベベル面の形状や開先の深さなど)a、b、cの寸法を精度良く計測することができる。また、2次元変位センサM1、M2による計測であるから、計測者が変わっても、常に同じ精度で計測することができる。   As a result, by combining the data of both the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 into one light section image data, the items defining the groove shape (the height of the root surface, the shape of the groove bevel surface and the shape of the groove) are defined. It is possible to accurately measure the dimensions of a, b, and c). In addition, since the measurement is performed by the two-dimensional displacement sensors M1 and M2, it is possible to always measure with the same accuracy even if the measurer changes.

また、データ処理の第1の例によれば、各2次元変位センサM1、M2が取得した光切断像データを、1つのエッジE2の座標を基準にして重ね合わせた上で、座標軸を回転補正して1つの光切断像データとして合成するので、容易に精度の良い開先形状を割り出すことが可能となる。   Further, according to the first example of the data processing, the optical axis image data obtained by each of the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 are superimposed on the basis of the coordinates of one edge E2, and the coordinate axis is rotationally corrected. Thus, since it is combined as one piece of light section image data, it is possible to easily determine a precise groove shape.

また、データ処理の第2の例によれば、各2次元変位センサM1、M2が取得した光切断像データの座標軸を回転補正した上で平行移動して重ねることで、各2次元変位センサM1、M2の光切断像データを1つの光切断像データとして合成するので、容易に精度の良い開先形状を割り出すことができる。   Further, according to the second example of the data processing, each two-dimensional displacement sensor M1 is obtained by rotating and correcting the coordinate axes of the optical section image data acquired by the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 and then superimposing them in parallel. Since the optical section image data of M2 is synthesized as one optical section image data, it is possible to easily determine a precise groove shape.

次に実際の使用に供される具体的な構成の開先形状計測装置について述べる。
図6はワークWである鋼管の端部の開先形状を計測するための開先形状計測装置の第1の構成例を示す断面図、図7は図6の装置の鋼管内部に位置する部分の断面図である。
Next, a groove shape measuring apparatus having a specific configuration for actual use will be described.
6 is a cross-sectional view showing a first configuration example of a groove shape measuring device for measuring a groove shape of an end portion of a steel pipe which is a workpiece W, and FIG. 7 is a portion located inside the steel pipe of the device of FIG. FIG.

図6及び図7に示すように、この開先形状計測装置100では、鋼管(ワークWであるから以下符号Wで示す)の内部に装置本体110を配置している。円管状の装置本体110の外周には、円周方向にバランスよく離間させて、鋼管Wの周壁Waの内周に先端が当接する3つの支持脚114、114、115が設けられている。   As shown in FIGS. 6 and 7, in this groove shape measuring apparatus 100, an apparatus main body 110 is arranged inside a steel pipe (below, it is a workpiece W and is indicated by a symbol W). Three support legs 114, 114, and 115 are provided on the outer periphery of the tubular apparatus main body 110, with their tips in contact with the inner periphery of the peripheral wall Wa of the steel pipe W, spaced apart in a balanced manner in the circumferential direction.

装置本体110の真上に位置する支持脚115は、鋼管Wの周壁Waの内周に向けて突っ張り力を発揮できる構造になっており、突っ張り力を発揮することで、全部の支持脚114、114、115の先端を装置本体110を鋼管Wの内周に押し付け、それにより装置本体110を鋼管Wの断面中心に位置させている。突っ張り力を解除すると、装置本体110はフリーになり、キャスタ112を用いて移動できるようになっている。   The support leg 115 positioned directly above the apparatus main body 110 has a structure capable of exerting a tensile force toward the inner periphery of the peripheral wall Wa of the steel pipe W. By exhibiting the tensile force, all the support legs 114, The apparatus main body 110 is pressed against the inner periphery of the steel pipe W at the tips of 114 and 115, thereby positioning the apparatus main body 110 at the center of the cross section of the steel pipe W. When the tension force is released, the apparatus main body 110 becomes free and can be moved using the casters 112.

装置本体110の先端には、回転機構120を介して鋼管Wの軸線に直交する旋回面で回転可能な回転フレーム122が設けられており、その回転フレーム122の半径方向の一端に、前記2台の2次元変位センサM1、M2を鋼管Wの端面に対する計測姿勢を保った状態で保持するセンサ支持部材125が取り付けられている。また、回転フレーム122の半径方向の他端には、鋼管Wの端面に沿って回転できるようにセンサ支持部材125を案内するガイド126が取り付けられている。   At the tip of the apparatus main body 110, there is provided a rotating frame 122 that can rotate on a turning surface orthogonal to the axis of the steel pipe W via a rotating mechanism 120. The two rotating frames 122 are arranged at one end in the radial direction of the rotating frame 122. A sensor support member 125 is attached to hold the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 in a state where the measurement posture with respect to the end surface of the steel pipe W is maintained. A guide 126 that guides the sensor support member 125 is attached to the other end of the rotating frame 122 in the radial direction so as to rotate along the end surface of the steel pipe W.

この開先形状計測装置100においては、回転機構120や回転フレーム122やガイド126などによって、センサ支持部材125を鋼管Wの端面の延在方向(つまり鋼管Wの周方向)に沿って案内しながら移動させる案内移動機構が構成されている。   In this groove shape measuring apparatus 100, the sensor support member 125 is guided along the extending direction of the end surface of the steel pipe W (that is, the circumferential direction of the steel pipe W) by the rotating mechanism 120, the rotating frame 122, the guide 126, and the like. A guide moving mechanism is configured to be moved.

この開先形状計測装置100を使用する場合は、センサ支持部材125を鋼管Wの端面に沿って360°回転させる。そうすることで、2台の2次元センサM1、M2が、鋼管Wの周壁Waに対して直角な旋回面で回転する。そして、管理したい角度ピッチごとに、2次元センサM1、M2により開先Kの断面形状を計測することにより、鋼管Wの端面の開先形状のデータを収集することができる。   When using this groove shape measuring apparatus 100, the sensor support member 125 is rotated 360 ° along the end surface of the steel pipe W. By doing so, the two two-dimensional sensors M <b> 1 and M <b> 2 rotate on a turning surface perpendicular to the peripheral wall Wa of the steel pipe W. And the data of the groove shape of the end surface of the steel pipe W can be collected by measuring the cross-sectional shape of the groove K by the two-dimensional sensors M1 and M2 for each angular pitch to be managed.

図8は、ワークである鋼管の端部の開先形状を計測するための開先形状計測装置の第2の構成例を示す断面図である。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a second configuration example of a groove shape measuring apparatus for measuring a groove shape of an end portion of a steel pipe as a workpiece.

図8に示すように、この開先形状計測装置では、鋼管Wの端部を外周側と内周側から挟むようにコ字状に装置本体210が構成されており、装置本体210の内底部にブラケット220を介して2次元変位センサM1、M2が固定されている。この例では、装置本体210そのものが、2台の2次元変位センサM1、M2を保持するセンサ支持部材を兼ねている。また、装置本体210の開口側の内周には、鋼管Wの周壁Waを挟持する複数の脚212が設けられており、各脚212の先端の転動体213が、鋼管Wの周壁Waの外周と内周にそれぞれ転動自在に接している。   As shown in FIG. 8, in this groove shape measuring apparatus, the apparatus main body 210 is configured in a U shape so as to sandwich the end of the steel pipe W from the outer peripheral side and the inner peripheral side. Further, two-dimensional displacement sensors M1 and M2 are fixed via a bracket 220. In this example, the apparatus main body 210 itself also serves as a sensor support member that holds two two-dimensional displacement sensors M1 and M2. A plurality of legs 212 that sandwich the peripheral wall Wa of the steel pipe W are provided on the inner periphery on the opening side of the apparatus main body 210, and a rolling element 213 at the tip of each leg 212 is an outer periphery of the peripheral wall Wa of the steel pipe W. And the inner circumference are in contact with each other.

これにより、2次元変位センサM1、M2を内装した装置本体210が、鋼管Wの端面に沿って円周方向に自在に移動できるようになる。この場合は、脚212および転動体213が、センサ支持部材である装置本体210を、鋼管Wの端面の延在方向(つまり鋼管Wの周方向)に沿って案内しながら移動させる案内移動機構230に相当する。   Thereby, the apparatus main body 210 having the two-dimensional displacement sensors M1 and M2 incorporated therein can freely move in the circumferential direction along the end surface of the steel pipe W. In this case, the guide moving mechanism 230 that moves the device main body 210 as the sensor support member while guiding the legs 212 and the rolling elements 213 along the extending direction of the end surface of the steel pipe W (that is, the circumferential direction of the steel pipe W). It corresponds to.

この開先形状計測装置200を使用する場合は、装置本体210を鋼管Wの端面に沿って360°回転させる。そうすることで、2台の2次元センサM1、M2が、鋼管Wの周壁Waに対して直角な旋回面で回転する。そして、管理したい角度ピッチごとに、2次元センサM1、M2により開先Kの断面形状を計測することにより、鋼管Wの端面の開先形状のデータを収集することができる。   When using this groove shape measuring apparatus 200, the apparatus main body 210 is rotated 360 ° along the end surface of the steel pipe W. By doing so, the two two-dimensional sensors M <b> 1 and M <b> 2 rotate on a turning surface perpendicular to the peripheral wall Wa of the steel pipe W. And the data of the groove shape of the end surface of the steel pipe W can be collected by measuring the cross-sectional shape of the groove K by the two-dimensional sensors M1 and M2 for each angular pitch to be managed.

また、この開先形状計測装置200は、図7に示した開先形状計測装置100に比べて構成が簡単であり、持ち運びが簡便なタイプがあるから、一周あたりの計測箇所が少ない場合に、計測したい場所だけにセットして使用することもできる。   In addition, the groove shape measuring apparatus 200 is simpler in structure than the groove shape measuring apparatus 100 shown in FIG. 7 and has a type that is easy to carry. It can also be set and used only at the place where you want to measure.

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment described with reference to the drawings, and various modifications can be considered within the technical scope thereof.

例えば、図8に示した開先形状計測装置200を平面板状の鋼板の端部に装着して、鋼板の端面の開先を計測してもよい。   For example, the groove shape measuring apparatus 200 shown in FIG. 8 may be attached to the end of a flat plate steel plate to measure the groove on the end surface of the steel plate.

また、上記実施形態では、2台の2次元変位センサM1、M2を設けた場合を示したが、3台以上の2次元変位センサを配置して開先形状を計測するようにしてもよい。その場合、3台目以降の2次元変位センサは、最初の2台の2次元変位センサM1、M2の計測性能を補強する位置及び角度に設けるのがよい。   Moreover, although the case where the two two-dimensional displacement sensors M1 and M2 are provided is shown in the above embodiment, the groove shape may be measured by arranging three or more two-dimensional displacement sensors. In this case, the second and subsequent two-dimensional displacement sensors are preferably provided at positions and angles that reinforce the measurement performance of the first two two-dimensional displacement sensors M1 and M2.

W ワーク
P1 表面
P2 裏面
K 開先
K1 ルート面
K2 ベベル面
E1〜E4 エッジ
M1 第1の2次元変位センサ
M2 第1の2次元変位センサ
10 検査光
100 開先形状計測装置
125 センサ支持部材
130 案内移動機構
200 開先形状計測装置
230 案内移動機構
W Work P1 Front surface P2 Back surface K Groove K1 Route surface K2 Bevel surface E1 to E4 Edge M1 First two-dimensional displacement sensor M2 First two-dimensional displacement sensor 10 Inspection light 100 Groove shape measuring device 125 Sensor support member 130 Guide Moving mechanism 200 Groove shape measuring device 230 Guide moving mechanism

Claims (6)

平面板状または曲面板状のワークを溶接するためにワークの端面に加工された開先の形状を光切断法を原理とする変位センサによって計測する開先形状計測方法であって、
前記ワークの端面の垂線の方向をX軸方向、該X軸方向と直交する前記ワークの板厚方向をY軸方向とするとき、前記ワークの端面の垂線に対し、Y軸方向におけるワークの表面方向及びワークの裏面方向の両側にそれぞれ所定の角度α1、α2だけ振り分けて、斜め方向から検査光を前記ワークの端面に照射して、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする座標系における前記開先の光切断像データを取得するように、第1及び第2の2台の前記変位センサを配置し、
前記2台の変位センサの取得した、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先の光切断像データを、前記X軸方向を基準座標軸とする座標系のデータに変換して、変換した両変位センサのデータを合成することで、前記開先形状を割り出すことを特徴とする開先形状計測方法。
A groove shape measuring method for measuring a shape of a groove processed on an end face of a workpiece for welding a flat plate-shaped or curved plate-shaped workpiece by a displacement sensor based on the principle of a light cutting method,
The surface of the workpiece in the Y-axis direction with respect to the perpendicular to the end surface of the workpiece, where the perpendicular direction of the workpiece end surface is the X-axis direction and the plate thickness direction of the workpiece orthogonal to the X-axis direction is the Y-axis direction In a coordinate system in which a predetermined angle α1 and α2 are distributed to both sides in the direction and the back direction of the workpiece, the inspection light is irradiated to the end surface of the workpiece from an oblique direction, and the direction in which the inspection light is irradiated is a reference coordinate axis. The first and second displacement sensors are arranged so as to obtain the light section image data of the groove,
Converts the light section image data of the groove in each coordinate system obtained by the two displacement sensors with the inspection light irradiation direction as the reference coordinate axis to the data of the coordinate system with the X axis direction as the reference coordinate axis. Then, the groove shape measuring method is characterized in that the groove shape is determined by synthesizing the data of the converted both displacement sensors.
前記各変位センサが取得した、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先の光切断像データの中から、それぞれ前記開先のルート面のワークの表面側のエッジの座標を抽出し、それら各座標系における前記エッジの座標を共通の座標点として、両変位センサの光切断像データを重ねた後、ワークの表面方向から取得した前記第1の変位センサの光切断像データについては、ワークの表面位置が前記X軸方向と一致するように座標軸を回転補正し、ワークの裏面方向から取得した前記第2の変位センサの光切断像データについては、ワークの裏面位置が前記X軸方向と一致するように座標軸を回転補正し、回転補正した両変位センサのデータを合成して1つの光切断像データとすることを特徴とする請求項1に記載の開先形状計測方法。   From the light section image data of the groove in each coordinate system obtained by the respective displacement sensors and having the direction of irradiating the inspection light as the reference coordinate axis, the edge on the surface side of the workpiece of the root surface of the groove, respectively. The coordinates of the first displacement sensor obtained from the surface direction of the workpiece are extracted after the coordinates are extracted, and the coordinates of the edge in each coordinate system are used as a common coordinate point, and the light section image data of both displacement sensors are superimposed. For the image data, the coordinate axis is rotationally corrected so that the surface position of the workpiece coincides with the X-axis direction, and the optical displacement image data of the second displacement sensor obtained from the back surface direction of the workpiece is the back surface position of the workpiece. 2. The coordinate axis is rotationally corrected so as to coincide with the X-axis direction, and the data of both displacement sensors corrected for rotation are combined into one optical section image data. Groove shape measuring method of. 前記各変位センサが取得した、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先の光切断像データの座標軸を、それぞれに各変位センサの前記設置角度α1、α2だけ回転補正した後、各変位センサの光切断像データの中に共通して含まれる前記開先のルート面とルート面に対して角度を有するベベル面とがそれぞれ互いに一致するように平行移動補正して座標を共有化し、共有化した座標で表される両変位センサのデータを合成して1つの光切断像データとすることを特徴とする請求項1に記載の開先形状計測方法。   The coordinate axes of the light section image data of the groove in each coordinate system obtained by the respective displacement sensors and having the direction in which the inspection light is irradiated as a reference coordinate axis are respectively corrected for rotation by the installation angles α1 and α2 of the respective displacement sensors. Then, the coordinate is obtained by correcting the translation so that the groove root surface and the bevel surface having an angle with respect to the root surface, which are included in the optical section image data of each displacement sensor, coincide with each other. The groove shape measuring method according to claim 1, wherein the data of both displacement sensors expressed by the shared coordinates are combined to form one light section image data. 平面板状または曲面板状のワークを溶接するためにワークの端面に加工された開先の形状を光切断法を原理とする変位センサによって計測する開先形状計測装置であって、
前記ワークの端面の垂線の方向をX軸方向、該X軸方向と直交する前記ワークの板厚方向をY軸方向とするとき、前記ワークの端面の垂線に対し、Y軸方向におけるワークの表面方向及びワークの裏面方向の両側にそれぞれ所定の角度α1、α2だけ振り分けて、斜め方向から検査光を前記ワークの端面に照射して、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする座標系における前記開先の光切断像データを取得するように配置された第1及び第2の2台の前記変位センサと、
前記2台の変位センサの取得した、それぞれ検査光を照射する方向を基準座標軸とする各座標系における開先の光切断像データを、前記X軸方向を基準座標軸とする座標系のデータに変換して、変換した両変位センサのデータを合成することで、前記開先形状を割り出すデータの処理装置と、
を備えることを特徴とする開先形状計測装置。
A groove shape measuring device for measuring a shape of a groove processed on an end face of a workpiece for welding a flat plate-like or curved plate-like workpiece by a displacement sensor based on the principle of an optical cutting method,
The surface of the workpiece in the Y-axis direction with respect to the perpendicular to the end surface of the workpiece, where the perpendicular direction of the workpiece end surface is the X-axis direction and the plate thickness direction of the workpiece orthogonal to the X-axis direction is the Y-axis direction In a coordinate system in which a predetermined angle α1 and α2 are distributed to both sides in the direction and the back direction of the workpiece, the inspection light is irradiated to the end surface of the workpiece from an oblique direction, and the direction in which the inspection light is irradiated is a reference coordinate axis. The first and second two displacement sensors arranged to acquire the light section image data of the groove;
Converts the light section image data of the groove in each coordinate system obtained by the two displacement sensors with the inspection light irradiation direction as the reference coordinate axis to the data of the coordinate system with the X axis direction as the reference coordinate axis. Then, by combining the data of the converted both displacement sensors, a data processing device for determining the groove shape,
A groove shape measuring device comprising:
前記2台の変位センサを前記ワークの端面に対する計測姿勢を保った状態で保持するセンサ支持部材と、該センサ支持部材を前記ワークの端面の延在方向に沿って案内しながら移動させる案内移動機構と、を備えることを特徴とする請求項4に記載の開先形状計測装置。   A sensor support member that holds the two displacement sensors in a state in which the measurement posture with respect to the end surface of the workpiece is maintained, and a guide movement mechanism that moves the sensor support member while guiding the sensor support member along the extending direction of the end surface of the workpiece. The groove shape measuring apparatus according to claim 4, further comprising: 前記ワークが鋼管等の管材である場合に、前記案内移動機構は、前記センサ支持部材を前記管材の周方向に沿って案内しながら移動させることを特徴とする請求項5に記載の開先形状計測装置。   The groove shape according to claim 5, wherein when the workpiece is a pipe material such as a steel pipe, the guide moving mechanism moves the sensor support member while guiding the sensor support member along a circumferential direction of the pipe material. Measuring device.
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