JP2016013561A - マンドレルバーの表面欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マンドレルバーの循環搬送ライン上で、そのマンドレルバー表面を検査して欠陥を検出する表面欠陥検出方法を提供する。
【解決手段】マンドレルミル１にて圧延された管体２ｂからマンドレルバー３を引き抜いた後、潤滑剤の塗付装置５ａ，５ｂへ循環搬送ライン上を搬送中のマンドレルバー１に１台のストロボ光源７から照明光を複数回照射し、表面欠陥で反射した反射光を１台のカメラ８で受光して画像を撮影し、さらに画像を演算装置に伝送し画像解析を行なって表面欠陥の有無を判定し、その判定結果を表示装置に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マンドレルミルで使用するマンドレルバーの表面に生じる欠陥（以下、表面欠陥という）を、オンラインで検出する表面欠陥検出方法に関するものである。

継目無鋼管を製造するための一連の設備のうち、マンドレルミルにてマンドレルバーを循環使用するための搬送ライン（以下、循環搬送ラインという）の配置の一般的な例を図３に示す。マンドレルミル１の入側には、高温の管状素材2a（以下、素管という）がピアサー（図示せず）から送給されて来る。この素管2aは、中実の丸棒鋼（いわゆるビレット）を加熱炉（図示せず）で加熱し、さらにピアサーで穿孔したものである。

そして、マンドレルミル１の入側で素管2aにマンドレルバー３を挿入し、そのままマンドレルミル１にて圧延する。その結果、素管2aの外径と肉厚が絞られて、マンドレルバー３に沿って延伸した管体2bとして出側に排出される（矢印Ａ）。次に、マンドレルバー３を内装した管体2bをストッパー４に当接させ、さらに引抜き装置（図示せず）を用いてマンドレルバー３を管体2bから抜き出す（矢印Ｂ）。このようにして得た管体2bは、後工程（すなわち再加熱炉、レデューサー等）に送給される。

一方、管体2bから抜き出されたマンドレルバー３は、潤滑剤塗付装置5aで表面に潤滑剤を塗布し、さらにクーリングタンク６に投入して冷却する（矢印Ｃ）。そして所定の時間が経過した後、マンドレルバー３をクーリングタンク６から排出し、潤滑剤塗付装置5bにて表面に潤滑剤を再び塗布して、素管2aにマンドレルバー３を挿入する（矢印Ｄ）。

このようにしてマンドレルバー３は循環使用される。その循環搬送ラインを図３中に矢印Ａ〜Ｄで示す。

マンドレルバー３は、高温の素管2aに挿入されることによって加熱され、クーリングタンク６に投入されることによって冷却される。したがってマンドレルバー３は、循環使用する間に加熱と冷却の熱サイクルが繰り返し加えられる。しかもマンドレルミル１による圧延で厳しい負荷が作用するので、マンドレルバー３には種々の表面欠陥（たとえば円周方向の割れ、その割れを起点とするクラック等）が発生する。これらの欠陥が生じたマンドレルバー３を用いて素管2aを圧延すると、管体2bからマンドレルバー３を抜き出すときに、管体2bの内面に引掻き疵が発生する。

マンドレルミル１による圧延の負荷およびマンドレルバー３への材料の焼き付きを軽減するために、マンドレルバー３に潤滑剤を塗布しているが、マンドレルバー３の表面欠陥を十分に防止することは困難である。

そこで、表面欠陥が発生したマンドレルバー３を補修する、あるいは新品と交換するために、表面欠陥を検出する技術が検討されている。

たとえば、レーザー距離計を用いてマンドレルバー表面との距離を測定すれば、その距離の変動によって表面欠陥を検出することができる。ただし検出精度を高めるためには、レーザー距離計をマンドレルバーに近づけて設置する必要がある。

また、渦流探傷の技術を適用して表面欠陥を検出することは可能であるが、渦電流を発生させるためにはプローブをマンドレルバーに近づけて設置する必要がある。

ところがマンドレルバーは厳しい条件で使用されるので、大きい曲りが発生し易い。したがって、レーザー距離計やプローブにマンドレルバーが接触して機器を損傷する惧れがある。またクーリングタンクによる冷却前のマンドレルバーは高温であるため、接触型あるいは近接型の表面検査装置は、マンドレルバーの表面欠陥の検出に適した技術ではない。

特許文献１には、線材の長手方向に対して垂直な断面内に光源とカメラをそれぞれ複数台設置し、光源を適宜切り替えて照明光の照射角度を変更しながら表面欠陥を検出する技術が開示されている。線材の製造過程で発生する表面欠陥は、長手方向に連続して発生するので、複数台の光源とカメラを同一断面内に設置することによって検出精度を高めることができる。

これに対してマンドレルバーの表面欠陥は、既に説明した通り、円周方向（すなわち中心軸に対して垂直方向）の割れ、およびその割れを起点とするクラックが大部分を占める。したがって、円周方向の割れを検出することが重要であるが、特許文献１に開示された技術を適用して中心軸に垂直方向の断面内に多数の光源とカメラを設置しても、検出精度の向上は期待できない。

また、照明光を線材に常時照射する特許文献１の技術を適用してマンドレルバーの表面欠陥を検出するためには、面積が線材に比べて大きいので、大規模な照明手段が必要となる。したがって、既存のマンドレルミルでは設置場所が制限されることから、特許文献１に開示された技術は、マンドレルバーの表面欠陥の検出に適した技術ではない。

特開2013-24809号公報

本発明は、従来の技術の問題点を解消し、マンドレルバーの循環搬送ライン上で、そのマンドレルバー表面を検査して欠陥を検出する表面欠陥検出方法を提供することを目的とする。

本発明者は、マンドレルバーの表面欠陥を検出する技術について検討した。そして、面積が比較的大きいマンドレルバーの表面を照明する光源として、コンパクトな機器で大光量を照射できるストロボ光源に着目した。そして、マンドレルバーの表面欠陥の大部分を占める円周方向の割れを検出するためには、マンドレルバーの中心軸に垂直方向（すなわち円周方向）に多数のストロボ光源とカメラを設置する必要はなく、１台ずつで表面欠陥を検出できることが分かった。さらに、ストロボ光源から照射される照明光が表面欠陥で反射した反射光をカメラで受光するように設置することによって、マンドレルバーの正常な表面が影となり、表面欠陥の鮮明な画像を撮影できるので、表面欠陥の検出精度が向上するという知見を得た。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

すなわち本発明は、マンドレルミルで循環使用するマンドレルバーの表面を検査して欠陥を検出する表面欠陥検出方法において、マンドレルミルにて圧延された管体からマンドレルバーを引き抜いた後、潤滑剤の塗付装置へ循環搬送ライン上を搬送中のマンドレルバーに１台のストロボ光源から照明光を複数回照射し、欠陥で反射した反射光を１台のカメラで受光して画像を撮影し、さらに画像を演算装置に伝送し画像解析を行なって欠陥の有無を判定し、その判定結果を表示装置に表示するマンドレルバーの表面欠陥検出方法である。

本発明の表面欠陥検出方法においては、画像解析によって欠陥が検出されたマンドレルバーを、循環搬送ラインから排出して保管場所へ搬送することが好ましい。また、照明光の進行方向と鉛直方向とのなす角βが25〜50°の範囲内となるようにストロボ光源を設置し、反射光の進行方向と鉛直方向とのなす角αが35〜45°の範囲内で反射光を受光するようにカメラを設置することが好ましい。さらに、ストロボ光源とマンドレルバーとの距離、およびカメラとマンドレルバーとの距離を200〜1000mmとすることが好ましい。

本発明によれば、マンドレルバーの循環搬送ライン上で、その表面欠陥を検出できるので、産業上格段の効果を奏する。

マンドレルバーの循環搬送ラインに本発明を適用する例を示す配置図である。 ストロボ光源、カメラ、マンドレルバーの配置の例を示す側面図である。 マンドレルバーの循環搬送ラインの一般的な例を示す配置図である。

図１は、マンドレルバーの循環搬送ラインに本発明を適用する例を示す配置図である。本発明では、図１に示すように、管体2bからマンドレルバー３を抜き出すためのストッパー４と、マンドレルバー３に潤滑剤を塗付するための潤滑剤塗付装置5aとの間にストロボ光源７とカメラ８を１台ずつ設置する。

マンドレルバー３を素管2aに挿入するときには、マンドレルバー３の表面に潤滑剤が塗付されているが、高温の素管2aをマンドレルミル１で圧延し、さらに管体2bからマンドレルバー３を抜き出すことによって、マンドレルバー３表面の潤滑剤は消失している。したがって、ストッパー４と潤滑剤塗付装置5aとの間にストロボ光源７とカメラ８を設置すれば、マンドレルバー３の表面欠陥を精度良く検出できる。そのストロボ光源７、カメラ８、およびマンドレルバー３の配置の例を図２に詳しく示す。

図２に示すように、マンドレルバー３に対してストロボ光源７を傾けて設置して照明光９を照射する。照明光９がマンドレルバー３表面に照射される位置11（以下、照射点という）の鉛直線と照明光９の進行方向とのなす角度β（°）は、表面欠陥の検出精度を高める観点から、25〜50°の範囲内が好ましい。

照射点11に表面欠陥12がない場合は、照明光９はマンドレルバー３の正常な表面で反射する。その反射光10aは、照射点11の鉛直線の反対側に反射する。反射光10aの進行方向と照射点11の鉛直線とのなす角度はβと等しくなる。

照射点11に表面欠陥12がある場合は、照明光９は反射光10bとして反射する。その反射光10bをカメラ８で受光して画像を撮影する。したがって、照射点11の鉛直線の同じ側にストロボ光源７とカメラ８を設置する。なお、照射点11の鉛直線と反射光10bの進行方向とのなす角度をα（°）とする。

角度βを上記の範囲に設定して照明光９を照射すると、表面欠陥12による反射光10bは、αが35〜45°で反射する。したがってカメラ８は、αが35〜45°の範囲内で反射光10bを受光するように設置することが好ましい。

このようにして画像を撮影すると、マンドレルバー３の正常な表面で反射した反射光10aはカメラ８で受光しない。したがってマンドレルバー３の正常な表面は、画像では影として撮影される。そしてカメラ８が表面欠陥12で反射した反射光10bを受光するので、画像ではその表面欠陥12が撮影される。したがって、その画像を解析することによって、表面欠陥の有無を精度良く判定できる。

さらに、マンドレルバー３が移動中に、ストロボ光源７から照明光９を複数回照射すれば、マンドレルバー３の全長にわたって表面を検査できる。ストロボ光源７から照射される照明光９の間隔（秒）や回数（回）は、マンドレルバー３の長さや移動速度に応じて調整する。

ストロボ光源７とマンドレルバー３との距離Ｌ_S（mm）、およびカメラ８とマンドレルバー３との距離Ｌ_C（mm）が近すぎると、マンドレルバーが接触して機器を損傷する惧れがある。一方、距離Ｌ_SとＬ_Cが遠すぎると、表面欠陥の検出精度が低下する。したがって距離Ｌ_SとＬ_Cは、いずれも200〜1000mmの範囲内が好ましい。

画像解析を行なって表面欠陥の有無を判定した結果は、表示装置に表示する。表示する手段は特に限定せず、ディスプレイに表示する、あるいは紙に印刷する等、従来から知られている手段を使用する。

表面欠陥が検出されたマンドレルバー３は、循環搬送ラインから排出して、搬出スキッド13からクレーン等で保管場所へ搬送する（図１参照）。そして、新品のマンドレルバーを搬入スキッド14から循環搬送ラインに取り入れる。これらの操作は、表示装置に表示される判定結果に基づいてオペレーターが行なうことが可能である。また、コンピユーター制御によって、オペレーターが介入することなく、自動運転することも可能である。

図１に示すように、マンドレルバー３の循環搬送ラインのストッパー４と潤滑剤塗付装置5aとの間にストロボ光源７とカメラ８を設置して、マンドレルバー３の表面欠陥を検出した。マンドレルバー３の直径は97.5mm、管体2bから抜き出すときのマンドレルバー３の移動速度は３ｍ／秒である。ストロボ光源７はパワーストロボランプ、カメラ８はＣＭＯＳカメラを使用した。そしてストロボ光源７とカメラ８を、図２に示すように設置し、角度αは45°、角度βは30°、距離Ｌ_SとＬ_Cは1000mmとした。

このようにして、マンドレルミル１を操業しながら、マンドレルバー３の表面欠陥の有無をオンラインで判定したところ、マンドレルバー３の先端から3300mmの位置に円周方向の割れ（開口巾0.2mm）を検出したので、そのマンドレルバー３を循環搬送ラインから搬出スキッド13へ排出し、さらにクレーンで保管場所へ搬送した。

１ マンドレルミル
2a 素管
2b 管体
３ マンドレルバー
４ ストッパー
5a 潤滑剤塗付装置
5b 潤滑剤塗付装置
６ クーリングタンク
７ ストロボ光源
８ カメラ
９ 照明光
10a 反射光
10b 反射光
11 照射点
12 表面欠陥
13 搬出スキッド
14 搬入スキッド

Claims (4)

1. マンドレルミルで循環使用するマンドレルバーの表面を検査して表面欠陥を検出する表面欠陥検出方法において、前記マンドレルミルにて圧延された管体から前記マンドレルバーを引き抜いた後、潤滑剤の塗付装置へ循環搬送ライン上を搬送中の前記マンドレルバーに１台のストロボ光源から照明光を複数回照射し、前記表面欠陥で反射した反射光を１台のカメラで受光して画像を撮影し、さらに前記画像を演算装置に伝送し画像解析を行なって前記表面欠陥の有無を判定し、その判定結果を表示装置に表示することを特徴とするマンドレルバーの表面欠陥検出方法。
2. 前記画像解析によって前記表面欠陥が検出されたマンドレルバーを、前記循環搬送ラインから排出して保管場所へ搬送することを特徴とする請求項１に記載のマンドレルバーの表面欠陥検出方法。
3. 前記照明光の進行方向と鉛直方向とのなす角βが25〜50°の範囲内となるように前記ストロボ光源を設置し、前記反射光の進行方向と鉛直方向とのなす角αが35〜45°の範囲内で前記反射光を受光するように前記カメラを設置することを特徴とする請求項１または２に記載のマンドレルバーの表面欠陥検出方法。
4. 前記ストロボ光源と前記マンドレルバーとの距離、および前記カメラと前記マンドレルバーとの距離を200〜1000mmとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマンドレルバーの表面欠陥検出方法。

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