JP2019082461A - 鋼管の管端直角度測定方法及び鋼管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(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、管端面の対向2点のY座標値、及び管中心軸を算出する。
(b)X軸に対する前記管中心軸の傾き角度が0度となる向きにXY座標系を回転させ、管端面の対向2点の座標値を、前記回転後XY座標系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。
[1]被測定鋼管の管軸方向管端面位置を検出する管端面位置測定器と、
該管端面位置測定器の管軸方向測定原点から管軸方向へ距離Dだけ離して配置された前記被測定鋼管の外周面の径方向の距離を検出する第1距離計と、
該第1距離計から管軸方向へ距離Lだけ離して配置された前記被測定鋼管の外周面の径方向の距離を検出する第2距離計と、を備え、
前記管端面位置測定器、前記第1距離計及び前記第2距離計が前記被測定鋼管の管周方向に360度回転しながら所定の回転角度毎に測定する管端直角度測定装置を用いた鋼管の管端直角度測定方法であって、
前記管端面位置測定器、前記第1距離計及び前記第2距離計による測定データを用いて、前記被測定鋼管の中心軸となる方向ベクトルdと前記被測定鋼管の管端面の法線ベクトルnとを求め、求めた方向ベクトルdと求めた法線ベクトルnとの為す角度θから管端直角度を求めることを特徴とする、鋼管の管端直角度測定方法。
[2]前記管端面位置測定器が、投光部及び受光部を有し、前記投光部から前記受光部へ向けて帯状のレーザ光を照射し、この全レーザ光路幅の一部が物体で遮蔽されたとき、その遮蔽幅の対全レーザ光路幅比から被測定鋼管の管軸方向管端面位置を検出するように構成された管端面位置検出センサであって、
前記被測定鋼管の管軸方向をz軸、鉛直方向をy軸、これらと垂直に交差する軸をx軸とし、
前記管端面位置検出センサ、前記第1距離計及び前記第2距離計による測定データを用い、下記の手順(1)から手順(6)によって前記被測定鋼管の管端直角度を求めることを特徴とする、上記[1]に記載の鋼管の管端直角度測定方法。
手順(1);前記第1距離計を360度回転させたときに得られるn個の外周面データ列(xpi,ypi,D)を円の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、円の中心p(xp,yp,D)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(2);前記第2距離計を360度回転させたときに得られるn個の外周面データ列(xqi,yqi,D+L)を円の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、円の中心q(xq,yq,D+L)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(3);前記管端面位置検出センサにより測定された管軸方向管端面位置は、前記第1距離計及び前記第2距離計による2つの測定点を通過する直線上の点であると見做し、前記第1距離計の外周面データ列(xpi,ypi,D)及び前記第2距離計の外周面データ列(xqi,yqi,D+L)と、前記管端面位置検出センサのz軸方向データ列(zoi)とから、前記被測定鋼管の全周360度の管端面位置データ列(xoi,yoi,zoi)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(4);手順(3)で得られたn個の管端面位置データ列を平面の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、管端面の法線ベクトルn(n1,n2,n3)を求める。
手順(5);手順(1)及び手順(2)で得られた2つの円の中心p及び中心qを通る直線の方向ベクトルdを求める。
手順(6);手順(4)で求めた法線ベクトルnと、手順(5)で求めた方向ベクトルdとの2つのベクトルの為す角度θ(度)を求め、「90−θ(度)」を被測定鋼管の管端面の直角度として演算する。
[3]前記管端面位置測定器が、被測定鋼管の管厚よりも広い測定視野を有し、測定視野の中心が前記管厚の中心線に一致するように、被測定鋼管の管端面に対向して配置された2次元レーザ距離計であって、
前記被測定鋼管の管軸方向をz軸、鉛直方向をy軸、これらと垂直に交差する軸をx軸とし、
前記2次元レーザ距離計、前記第1距離計及び前記第2距離計による測定データを用い、下記の手順(11)から手順(15)によって前記被測定鋼管の管端直角度を求めることを特徴とする、上記[1]に記載の鋼管の管端直角度測定方法。
手順(11);前記第1距離計を360度回転させたときに得られるn個の外周面データ列(xpi,ypi,D)を円の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、円の中心p(xp,yp,D)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(12);前記第2距離計を360度回転させたときに得られるn個の外周面データ列(xqi,yqi,D+L)を円の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、円の中心q(xq,yq,D+L)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(13);前記2次元レーザ距離計を360度回転させたときに得られるn個の管端面位置データ列(xoi,yoi,zoi)を平面の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、管端面の法線ベクトルn(n1,n2,n3)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(14);手順(11)及び手順(12)で得られた2つの円の中心p及び中心qを通る直線の方向ベクトルdを求める。
手順(15);手順(13)で求めた法線ベクトルnと、手順(14)で求めた方向ベクトルdとの2つのベクトルの為す角度θ(度)を求め、「90−θ(度)」を被測定鋼管の管端面の直角度として演算する。
[4]上記[1]から上記[3]のいずれかに記載の鋼管の管端直角度測定方法によって管端の直角度が測定されたことを特徴とする鋼管。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る鋼管の管端直角度測定方法で使用する管端直角度測定装置の概略図である。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る鋼管の管端直角度測定方法で使用する管端直角度測定装置の概略図であり、図5は、本発明の第2の実施形態に係る鋼管の管端直角度測定方法で使用する2次元レーザ距離計の配置、及び、ベベル加工による端面開先形状を説明する概略図である。
1A 管端直角度測定装置
2 測定台車
3 走行レール
4 回転昇降機構
4a 起立部
4b ボールねじ軸
4c ナット部材
4d 駆動モータ
4e 軸受
5 回転機構
5a 基台部
5b 駆動モータ
5c 回転軸
5d 回転板
6 回転角度検出器
7 測定アーム
8 径方向移動機構
8a ボールねじ軸
8b ナット部材
8c 駆動モータ
8d 軸受
9 測定ヘッド
10 管端面位置検出センサ
10a 投光部
10b 受光部
11 第1距離計
12 第2距離計
13a センサ取り付けバー
13b センサ取り付けバー
14 制御部
15 演算部
16 2次元レーザ距離計
17 2次元レーザ光
18 管端面形状プロフィール
S 被測定鋼管
C1 被測定鋼管の中心軸線
C2 回転軸5cの中心軸線
C3 投光部10aと受光部10bとの間の中心線
C4 2次元レーザ距離計16の測定視野の中心線
F ルートフーイス寸法
T 被測定鋼管の管端面
t 被測定鋼管の管厚
RE 帯状レーザ光
α 管端直角度
β ベベル角度
θ 法線ベクトルnと方向ベクトルdとの為す角度(度)
Claims (4)
- 被測定鋼管の管軸方向管端面位置を検出する管端面位置測定器と、
該管端面位置測定器の管軸方向測定原点から管軸方向へ距離Dだけ離して配置された前記被測定鋼管の外周面の径方向の距離を検出する第1距離計と、
該第1距離計から管軸方向へ距離Lだけ離して配置された前記被測定鋼管の外周面の径方向の距離を検出する第2距離計と、を備え、
前記管端面位置測定器、前記第1距離計及び前記第2距離計が前記被測定鋼管の管周方向に360度回転しながら所定の回転角度毎に測定する管端直角度測定装置を用いた鋼管の管端直角度測定方法であって、
前記管端面位置測定器、前記第1距離計及び前記第2距離計による測定データを用いて、前記被測定鋼管の中心軸となる方向ベクトルdと前記被測定鋼管の管端面の法線ベクトルnとを求め、求めた方向ベクトルdと求めた法線ベクトルnとの為す角度θから管端直角度を求めることを特徴とする、鋼管の管端直角度測定方法。 - 前記管端面位置測定器が、投光部及び受光部を有し、前記投光部から前記受光部へ向けて帯状のレーザ光を照射し、この全レーザ光路幅の一部が物体で遮蔽されたとき、その遮蔽幅の対全レーザ光路幅比から被測定鋼管の管軸方向管端面位置を検出するように構成された管端面位置検出センサであって、
前記被測定鋼管の管軸方向をz軸、鉛直方向をy軸、これらと垂直に交差する軸をx軸とし、
前記管端面位置検出センサ、前記第1距離計及び前記第2距離計による測定データを用い、下記の手順(1)から手順(6)によって前記被測定鋼管の管端直角度を求めることを特徴とする、請求項1に記載の鋼管の管端直角度測定方法。
手順(1);前記第1距離計を360度回転させたときに得られるn個の外周面データ列(xpi,ypi,D)を円の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、円の中心p(xp,yp,D)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(2);前記第2距離計を360度回転させたときに得られるn個の外周面データ列(xqi,yqi,D+L)を円の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、円の中心q(xq,yq,D+L)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(3);前記管端面位置検出センサにより測定された管軸方向管端面位置は、前記第1距離計及び前記第2距離計による2つの測定点を通過する直線上の点であると見做し、前記第1距離計の外周面データ列(xpi,ypi,D)及び前記第2距離計の外周面データ列(xqi,yqi,D+L)と、前記管端面位置検出センサのz軸方向データ列(zoi)とから、前記被測定鋼管の全周360度の管端面位置データ列(xoi,yoi,zoi)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(4);手順(3)で得られたn個の管端面位置データ列を平面の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、管端面の法線ベクトルn(n1,n2,n3)を求める。
手順(5);手順(1)及び手順(2)で得られた2つの円の中心p及び中心qを通る直線の方向ベクトルdを求める。
手順(6);手順(4)で求めた法線ベクトルnと、手順(5)で求めた方向ベクトルdとの2つのベクトルの為す角度θ(度)を求め、「90−θ(度)」を被測定鋼管の管端面の直角度として演算する。 - 前記管端面位置測定器が、被測定鋼管の管厚よりも広い測定視野を有し、測定視野の中心が前記管厚の中心線に一致するように、被測定鋼管の管端面に対向して配置された2次元レーザ距離計であって、
前記被測定鋼管の管軸方向をz軸、鉛直方向をy軸、これらと垂直に交差する軸をx軸とし、
前記2次元レーザ距離計、前記第1距離計及び前記第2距離計による測定データを用い、下記の手順(11)から手順(15)によって前記被測定鋼管の管端直角度を求めることを特徴とする、請求項1に記載の鋼管の管端直角度測定方法。
手順(11);前記第1距離計を360度回転させたときに得られるn個の外周面データ列(xpi,ypi,D)を円の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、円の中心p(xp,yp,D)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(12);前記第2距離計を360度回転させたときに得られるn個の外周面データ列(xqi,yqi,D+L)を円の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、円の中心q(xq,yq,D+L)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(13);前記2次元レーザ距離計を360度回転させたときに得られるn個の管端面位置データ列(xoi,yoi,zoi)を平面の方程式に当てはめ、最小二乗法を用いて、管端面の法線ベクトルn(n1,n2,n3)を求める。ここで、i=0,1,2,・・・,n−1である。
手順(14);手順(11)及び手順(12)で得られた2つの円の中心p及び中心qを通る直線の方向ベクトルdを求める。
手順(15);手順(13)で求めた法線ベクトルnと、手順(14)で求めた方向ベクトルdとの2つのベクトルの為す角度θ(度)を求め、「90−θ(度)」を被測定鋼管の管端面の直角度として演算する。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の鋼管の管端直角度測定方法によって管端の直角度が測定されて製造されることを特徴とする、鋼管の製造方法。
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