JP2674466B2 - 管体の形状測定装置 - Google Patents
管体の形状測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、管体の形状測定装
置、特に、大口径溶接鋼管等の管端の各寸法、即ち、直
径、周長、真円度、および、ＵＯＥ鋼管のピーキング
量、オフセット量、局部真円度（ダイス跡）、ビード高
さ、ビード補正無し周長と直径、ビード補正有り周長と
直径、等の、管体の形状測定装置に関するものである。
置、特に、大口径溶接鋼管等の管端の各寸法、即ち、直
径、周長、真円度、および、ＵＯＥ鋼管のピーキング
量、オフセット量、局部真円度（ダイス跡）、ビード高
さ、ビード補正無し周長と直径、ビード補正有り周長と
直径、等の、管体の形状測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】鋼管製造ラインにおいて、製造される鋼
管の端部の形状精度が公差内にあるか否かは鋼管の品質
管理上極めて重要な管理項目である。例えば、ＵＯＥ鋼
管の端部の周長、真円度、ピーキング、オフセット等の
誤差が大きいと、特に、ラインパイプ等において鋼管同
士を相互に溶接する場合、接続部に段差が生じる。この
ように、ラインパイプに段差が生じると、例えば、ライ
ンパイプ内を圧送されるピグの走行に支障をきたし、し
かも、溶接部が腐食性ガスによって腐食されやすい、等
の問題があった。また、ダイス跡等の局部真円度につい
ては、鋼管がガス、水用等として地表に露出している場
合、鋼管の曲率変動によって外観が損なわれて、商品価
値が低下することがあった。
管の端部の形状精度が公差内にあるか否かは鋼管の品質
管理上極めて重要な管理項目である。例えば、ＵＯＥ鋼
管の端部の周長、真円度、ピーキング、オフセット等の
誤差が大きいと、特に、ラインパイプ等において鋼管同
士を相互に溶接する場合、接続部に段差が生じる。この
ように、ラインパイプに段差が生じると、例えば、ライ
ンパイプ内を圧送されるピグの走行に支障をきたし、し
かも、溶接部が腐食性ガスによって腐食されやすい、等
の問題があった。また、ダイス跡等の局部真円度につい
ては、鋼管がガス、水用等として地表に露出している場
合、鋼管の曲率変動によって外観が損なわれて、商品価
値が低下することがあった。
【０００３】鋼管の寸法測定項目としては、鋼管の直
径、周長、真円度、溶接部ビード形状（ピーキング、オ
フセット、ビード高さ）、局部真円度等があり、これら
の測定は人手で行われる場合が多い。ここで、真円度
は、鋼管の直径の最大値と最小値との差で定義すること
が多く、ピーキングは、図10に示すように、鋼管の公称
直径により決まる理想円に対する溶接部分での突出し量
であり、オフセットは、図11に示すように、鋼管の公称
直径により決まる理想円に対する溶接部分での段差であ
り、ビード高さは、図12に示すように、鋼管の表面に対
する溶接ビード部分の盛り上がりであり、局部真円度
は、図13に示すようにＵＯＥ鋼管を機械的に拡管すると
きにダイスの当たった箇所とそうでない箇所との間で発
生する曲率の変動である。
径、周長、真円度、溶接部ビード形状（ピーキング、オ
フセット、ビード高さ）、局部真円度等があり、これら
の測定は人手で行われる場合が多い。ここで、真円度
は、鋼管の直径の最大値と最小値との差で定義すること
が多く、ピーキングは、図10に示すように、鋼管の公称
直径により決まる理想円に対する溶接部分での突出し量
であり、オフセットは、図11に示すように、鋼管の公称
直径により決まる理想円に対する溶接部分での段差であ
り、ビード高さは、図12に示すように、鋼管の表面に対
する溶接ビード部分の盛り上がりであり、局部真円度
は、図13に示すようにＵＯＥ鋼管を機械的に拡管すると
きにダイスの当たった箇所とそうでない箇所との間で発
生する曲率の変動である。
【０００４】従来、上述した鋼管各部の寸法を人手で測
定する場合、次のようにして測定していた。即ち、例え
ば、直径は、ノギスにより、周長は、巻尺により、真円
度は、直尺により、それぞれ測定していた。また、溶接
ビード部の形状、局部真円度は、脚端により鋼管の周面
の円周方向に２点で接触する種々の脚間距離のコードゲ
ージ（第８図参照）を使用し、ゲージ中心の径方向変位
を読み取って測定していた。
定する場合、次のようにして測定していた。即ち、例え
ば、直径は、ノギスにより、周長は、巻尺により、真円
度は、直尺により、それぞれ測定していた。また、溶接
ビード部の形状、局部真円度は、脚端により鋼管の周面
の円周方向に２点で接触する種々の脚間距離のコードゲ
ージ（第８図参照）を使用し、ゲージ中心の径方向変位
を読み取って測定していた。
【０００５】しかし、上記のような測定方法は、全て手
動測定、目視読み取りであるため、測定に時間と手間が
かかり、しかも、再現性に乏しいといった問題を有して
いた。
動測定、目視読み取りであるため、測定に時間と手間が
かかり、しかも、再現性に乏しいといった問題を有して
いた。
【０００６】近年、上記問題に鑑み、特に、鋼管の直
径、周長、真円度について自動化を目的とする装置が種
々開発されている。例えば、特開昭51−54454 号公報に
は、回転アームと変位計を用いた半径法による周長測定
装置が開示されている。以下、この技術を従来技術１と
いう。
径、周長、真円度について自動化を目的とする装置が種
々開発されている。例えば、特開昭51−54454 号公報に
は、回転アームと変位計を用いた半径法による周長測定
装置が開示されている。以下、この技術を従来技術１と
いう。
【０００７】特開平４−65610 号公報には、軸芯移動機
構を備えた回転ヘッドを用いた周長、外径、真円度測定
装置が開示されている。以下、この技術を従来技術２と
いう。
構を備えた回転ヘッドを用いた周長、外径、真円度測定
装置が開示されている。以下、この技術を従来技術２と
いう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１は、周長を演算する場合、多角形の周長を求めた
後、円周長の補正を行うため、測定軸と管軸とがずれた
場合、および、楕円変形等、管端が非真円形状の場合に
補正精度が悪いといった問題を有していた。
術１は、周長を演算する場合、多角形の周長を求めた
後、円周長の補正を行うため、測定軸と管軸とがずれた
場合、および、楕円変形等、管端が非真円形状の場合に
補正精度が悪いといった問題を有していた。
【０００９】一方、従来技術２は、測定軸の中心移動計
算に中心移動量および半径を未知数として最小二乗法に
よって求めるものであるが、楕円変形等の場合精度が悪
く、しかも、周長計算では多角形の周長で近似する方法
なので、測定点数によっては近似精度が悪化し、更に、
真円度についても、手測定に比べて誤差が大きいといっ
た問題を有していた。真円度の測定誤差が手測定に比べ
て大きいのは、手測定は、管径が最大となる値によって
真円度を求めるものであるのに対して、従来技術２は、
中心移動の精度が十分でないことがあるからである。
算に中心移動量および半径を未知数として最小二乗法に
よって求めるものであるが、楕円変形等の場合精度が悪
く、しかも、周長計算では多角形の周長で近似する方法
なので、測定点数によっては近似精度が悪化し、更に、
真円度についても、手測定に比べて誤差が大きいといっ
た問題を有していた。真円度の測定誤差が手測定に比べ
て大きいのは、手測定は、管径が最大となる値によって
真円度を求めるものであるのに対して、従来技術２は、
中心移動の精度が十分でないことがあるからである。
【００１０】しかも、従来技術１および２には、オフセ
ット、ピーキング、ビード高さ、局部真円度等の測定に
ついての開示は全くない。
ット、ピーキング、ビード高さ、局部真円度等の測定に
ついての開示は全くない。
【００１１】従って、この発明の目的は、管体の直径、
周長、真円度は勿論、ＵＯＥ鋼管のピーキング量、オフ
セット量、局部真円度、ビード高さ、ビード補正無し周
長と直径、ビード補正有り周長と直径、等の管体各部の
寸法を、容易且つ測定中心を管中心に概略合わせておく
だけで、高精度で測定することができる、管体の形状測
定装置を提供することにある。
周長、真円度は勿論、ＵＯＥ鋼管のピーキング量、オフ
セット量、局部真円度、ビード高さ、ビード補正無し周
長と直径、ビード補正有り周長と直径、等の管体各部の
寸法を、容易且つ測定中心を管中心に概略合わせておく
だけで、高精度で測定することができる、管体の形状測
定装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明は、被測定管体
の略中心軸線を中心として360 度回転可能なアームと、
前記アームの先端に取り付けられた変位計と、前記アー
ムの回転軸の回転角度を検出する回転角度検出器と、前
記アームの回転の微小単位角度毎に、前記変位計によっ
て測定された、前記アームの回転中心と前記被測定管体
の外周面上の測定点との間の距離の測定値に基づいて前
記被測定管体の管端各部の寸法を演算する制御器とを有
する、管体の形状測定装置において、前記制御器は、前
記測定値にフーリエ級数を当てはめ、その１次フーリエ
係数によって前記測定値の最適回転中心軸への極座標の
中心移動を行い、以後、中心移動済みの測定値列によっ
て前記被測定管体の管端プロフィールを演算するプロフ
ィール演算手段と、前記中心移動済みの測定値列に対し
て、１次移動平均処理を行い、次いで、２階差分処理を
行い、この結果と所定の閾値と比較して、前記被測定管
体のビード部の位置を検出するビード部検出手段と、前
記中心移動済みの測定値列に対して、２次移動平均処理
によって平滑化処理を行い、次いで、多角形近似あるい
は２次多項式近似によって、前記被測定管体の周長を求
める第１周長演算手段と、前記中心移動済みの測定値列
に対して、高次のフーリエ級数の当てはめによる平滑化
処理を行い、次いで、多角形近似あるいは２次多項式近
似によって、前記被測定管体の周長を求める第２周長演
算手段と、前記１次移動平均処理済みの測定値列、前記
ビード部の位置および前記周長に基づいてピーキング量
を演算するピーキング量演算手段と、前記１次移動平均
処理済みの測定値列、前記ビード部の位置および前記周
長に基づいてオフセット量を演算するオフセット量演算
手段と、前記１次移動平均処理済みの測定値列から、角
度方向にずらせて計算した直径差によって真円度を演算
する真円度演算手段と、前記１次移動平均処理済みの測
定値列および前記平滑化処理済みの測定値列に基づいて
局部真円度の量を演算する局部真円度演算手段と、前記
１次移動平均処理済みの測定値列および前記ビード部の
位置に基づいてビード高さを演算するビード高さ演算手
段と、前記ビード高さによって前記周長を、接線長と円
弧の差だけ補正して周長を演算する第３周長演算手段と
からなることに特徴を有するものである。
の略中心軸線を中心として360 度回転可能なアームと、
前記アームの先端に取り付けられた変位計と、前記アー
ムの回転軸の回転角度を検出する回転角度検出器と、前
記アームの回転の微小単位角度毎に、前記変位計によっ
て測定された、前記アームの回転中心と前記被測定管体
の外周面上の測定点との間の距離の測定値に基づいて前
記被測定管体の管端各部の寸法を演算する制御器とを有
する、管体の形状測定装置において、前記制御器は、前
記測定値にフーリエ級数を当てはめ、その１次フーリエ
係数によって前記測定値の最適回転中心軸への極座標の
中心移動を行い、以後、中心移動済みの測定値列によっ
て前記被測定管体の管端プロフィールを演算するプロフ
ィール演算手段と、前記中心移動済みの測定値列に対し
て、１次移動平均処理を行い、次いで、２階差分処理を
行い、この結果と所定の閾値と比較して、前記被測定管
体のビード部の位置を検出するビード部検出手段と、前
記中心移動済みの測定値列に対して、２次移動平均処理
によって平滑化処理を行い、次いで、多角形近似あるい
は２次多項式近似によって、前記被測定管体の周長を求
める第１周長演算手段と、前記中心移動済みの測定値列
に対して、高次のフーリエ級数の当てはめによる平滑化
処理を行い、次いで、多角形近似あるいは２次多項式近
似によって、前記被測定管体の周長を求める第２周長演
算手段と、前記１次移動平均処理済みの測定値列、前記
ビード部の位置および前記周長に基づいてピーキング量
を演算するピーキング量演算手段と、前記１次移動平均
処理済みの測定値列、前記ビード部の位置および前記周
長に基づいてオフセット量を演算するオフセット量演算
手段と、前記１次移動平均処理済みの測定値列から、角
度方向にずらせて計算した直径差によって真円度を演算
する真円度演算手段と、前記１次移動平均処理済みの測
定値列および前記平滑化処理済みの測定値列に基づいて
局部真円度の量を演算する局部真円度演算手段と、前記
１次移動平均処理済みの測定値列および前記ビード部の
位置に基づいてビード高さを演算するビード高さ演算手
段と、前記ビード高さによって前記周長を、接線長と円
弧の差だけ補正して周長を演算する第３周長演算手段と
からなることに特徴を有するものである。
【００１３】
【作用】この発明によれば、被測定管体の略中心軸線を
中心として360 度回転可能なアームと、前記アームの先
端に取り付けられた変位計と、前記アームの回転軸の回
転角度を検出する回転角度検出器とを有しており、前記
アームの回転の微小単位角度毎に、前記変位計によって
前記アームの回転中心と前記被測定管体の外周上の測定
点との間の距離を測定し、この測定値に基づいて前記被
測定管体の管端各部の寸法を演算する、管体の形状測定
装置において、プロフィール演算手段、ビード部検出手
段等の管端各部の形状演算手段を設けることによって、
１回の測定データに基づき系統的且つ効果的に管体各部
の形状を高精度で測定することができる。
中心として360 度回転可能なアームと、前記アームの先
端に取り付けられた変位計と、前記アームの回転軸の回
転角度を検出する回転角度検出器とを有しており、前記
アームの回転の微小単位角度毎に、前記変位計によって
前記アームの回転中心と前記被測定管体の外周上の測定
点との間の距離を測定し、この測定値に基づいて前記被
測定管体の管端各部の寸法を演算する、管体の形状測定
装置において、プロフィール演算手段、ビード部検出手
段等の管端各部の形状演算手段を設けることによって、
１回の測定データに基づき系統的且つ効果的に管体各部
の形状を高精度で測定することができる。
【００１４】
【実施例】次に、この発明の、管体の形状測定装置の一
実施態様を、図面を参照しながら説明する。図１は、こ
の発明の、管体の形状測定装置の一実施態様を示す概略
正面図、図２は、この発明の、管体の形状測定装置にお
ける演算工程のフロー図である。
実施態様を、図面を参照しながら説明する。図１は、こ
の発明の、管体の形状測定装置の一実施態様を示す概略
正面図、図２は、この発明の、管体の形状測定装置にお
ける演算工程のフロー図である。
【００１５】図１において、１は、架台２に対して水平
に載置されたＵＯＥ鋼管等の被測定用鋼管、３は、架台
２上のサーボモータ４の水平回転軸であり、鋼管１のほ
ぼ中心軸線上に配置されている。５は、回転軸３に取り
付けられた回転角度検出器、６は、回転軸３の先端に固
定された垂直アーム、７は、アーム６の一端に取り付け
られた、鋼管１の外周面に沿って摺動する接触式変位計
であり、アーム６の回転中心と鋼管１の外周面上の測定
点との間の距離を連続的に測定する。変位計７は、非接
触式のものであっても良い。８は、アーム６の他端に取
り付けられたカウンタウエイト、９は、モータドライ
バ、10は、インターフェイス、11は、制御器であり、プ
ロフィール演算手段、ビード部検出手段、第１周長演算
手段、第２周長演算手段、ピーキング量演算手段、オフ
セット量手段、真円度演算手段、局部真円度演算手段、
ビード高さ演算手段および第３周長演算手段を有してい
る。これら各手段の機能については後述する。
に載置されたＵＯＥ鋼管等の被測定用鋼管、３は、架台
２上のサーボモータ４の水平回転軸であり、鋼管１のほ
ぼ中心軸線上に配置されている。５は、回転軸３に取り
付けられた回転角度検出器、６は、回転軸３の先端に固
定された垂直アーム、７は、アーム６の一端に取り付け
られた、鋼管１の外周面に沿って摺動する接触式変位計
であり、アーム６の回転中心と鋼管１の外周面上の測定
点との間の距離を連続的に測定する。変位計７は、非接
触式のものであっても良い。８は、アーム６の他端に取
り付けられたカウンタウエイト、９は、モータドライ
バ、10は、インターフェイス、11は、制御器であり、プ
ロフィール演算手段、ビード部検出手段、第１周長演算
手段、第２周長演算手段、ピーキング量演算手段、オフ
セット量手段、真円度演算手段、局部真円度演算手段、
ビード高さ演算手段および第３周長演算手段を有してい
る。これら各手段の機能については後述する。
【００１６】モータ４は、制御器11のキーボードによっ
て起動され、回転軸３が一回転する間に変位計７から
の、アーム６の回転中心と鋼管１の外周面上の測定点と
の間の距離信号および回転角度検出器５からの、アーム
６の回転角度信号がインターフェイス10を介して制御器
11に取り込まれる。アーム６か一回転してデータの採取
が終了すると、モータ４は自動的に停止する。その後、
制御器11は、後述する各種演算を行い、その結果をＣＲ
Ｔあるいはプリンタ上に表示する。
て起動され、回転軸３が一回転する間に変位計７から
の、アーム６の回転中心と鋼管１の外周面上の測定点と
の間の距離信号および回転角度検出器５からの、アーム
６の回転角度信号がインターフェイス10を介して制御器
11に取り込まれる。アーム６か一回転してデータの採取
が終了すると、モータ４は自動的に停止する。その後、
制御器11は、後述する各種演算を行い、その結果をＣＲ
Ｔあるいはプリンタ上に表示する。
【００１７】制御器の各手段の関係を図２に示す。図２
を参照しながら、制御器11の各種機能について説明す
る。 (A) プロフィール演算手段（図２のａからｃのステッ
プ） アーム６の回転角度θ' i およびアーム６の回転中心と
鋼管１の外周面上の測定点との距離ｒ' i が一対の極座
標データ（θ' i 、ｒ' i ）、ｉ＝１〜Ｎとして採取さ
れると、このデータ列に、下式によって表される１次フ
ーリエ級数 f(θ)=ａ0 ＋a1cos θ＋b1sin θ を最小二乗法によって当てはめる。
を参照しながら、制御器11の各種機能について説明す
る。 (A) プロフィール演算手段（図２のａからｃのステッ
プ） アーム６の回転角度θ' i およびアーム６の回転中心と
鋼管１の外周面上の測定点との距離ｒ' i が一対の極座
標データ（θ' i 、ｒ' i ）、ｉ＝１〜Ｎとして採取さ
れると、このデータ列に、下式によって表される１次フ
ーリエ級数 f(θ)=ａ0 ＋a1cos θ＋b1sin θ を最小二乗法によって当てはめる。
【００１８】
【数１】
【００１９】当てはめの手順は、上記(1) 式によって表
される連立方程式を解き、ａ1 、b1を求め、次に、その
解の１次フーリエ係数a1、b1を用いて、極座標の中心移
動01(X1 、Y1) →02(X2 、Y2) にともなう座標変換（r'
i 、θ' i ) −（r i 、θi) を行う（図３参照）。r
i 、θi は、下記(2) 式に示す通りである。
される連立方程式を解き、ａ1 、b1を求め、次に、その
解の１次フーリエ係数a1、b1を用いて、極座標の中心移
動01(X1 、Y1) →02(X2 、Y2) にともなう座標変換（r'
i 、θ' i ) −（r i 、θi) を行う（図３参照）。r
i 、θi は、下記(2) 式に示す通りである。
【００２０】
【数２】
【００２１】この生データを中心移動した後の測定値を
以後基本データとする。これによって、図４に示すよう
に、管軸回りの基本的な管外周面のプロフィールデータ
が得られる。
以後基本データとする。これによって、図４に示すよう
に、管軸回りの基本的な管外周面のプロフィールデータ
が得られる。
【００２２】１次フーリエ級数の当てはめを行う代わり
に、２次以上のフーリエ級数の当てはめを行い、そのと
きの１次フーリエ係数によって座標軸の中心移動を行う
こともできる。この場合には、非真円近似のため変形の
ある鋼管に対しては、円近似よりより精度の高い中心移
動が可能である。
に、２次以上のフーリエ級数の当てはめを行い、そのと
きの１次フーリエ係数によって座標軸の中心移動を行う
こともできる。この場合には、非真円近似のため変形の
ある鋼管に対しては、円近似よりより精度の高い中心移
動が可能である。
【００２３】(B) ビード部検出手段（図２のｄおよびｅ
のステップ） 上記基本データに対して短い区間の１次移動平均による
平滑化処理を行い、ノイズ成分を取り除いた外周面プロ
フィールデータを、下記(3) 式によって演算する。この
プロフィールデータを図５に示す。
のステップ） 上記基本データに対して短い区間の１次移動平均による
平滑化処理を行い、ノイズ成分を取り除いた外周面プロ
フィールデータを、下記(3) 式によって演算する。この
プロフィールデータを図５に示す。
【００２４】
【数３】
【００２５】上記(3) 式による１次移動平均済みのデー
タを、下記(4) 式によって２階差分処理し、これと所定
の閾値Thとから鋼管１のビード部両側位置ｉb1、ｉb2を
求める（図６参照）。
タを、下記(4) 式によって２階差分処理し、これと所定
の閾値Thとから鋼管１のビード部両側位置ｉb1、ｉb2を
求める（図６参照）。
【００２６】
【数４】
【００２７】(C) 第１周長演算手段における平均化処理
（図２のｆのステップ） 上記基本データに対して比較的長い区間（例えば、数十
mmの区間）の２次移動平均を、下記(5) 式により演算し
て平滑化処理を行う。
（図２のｆのステップ） 上記基本データに対して比較的長い区間（例えば、数十
mmの区間）の２次移動平均を、下記(5) 式により演算し
て平滑化処理を行う。
【００２８】
【数５】
【００２９】(D) 第２周長演算手段における平均化処理
（図２のｈのステップ） 上記基本データに、下記(6) 式によって表される高次の
フーリエ級数を最小二乗法によって当てはめて平滑化処
理を行う。
（図２のｈのステップ） 上記基本データに、下記(6) 式によって表される高次の
フーリエ級数を最小二乗法によって当てはめて平滑化処
理を行う。
【００３０】
【数６】
【００３１】ここで、ａk 、 bk は、下記(7) 式によっ
て表される連立方程式を解くことによって得られる。
て表される連立方程式を解くことによって得られる。
【００３２】
【数７】 (E) 第１および第２周長演算手段（図２のｇのステッ
プ） 上述した何れかの方法によって平均化処理を行った管外
周面プロフィールデータに対して、下記(8) 式によって
周長演算を行う。周長演算は、粗くは多角形の外周長に
よって近似される。
プ） 上述した何れかの方法によって平均化処理を行った管外
周面プロフィールデータに対して、下記(8) 式によって
周長演算を行う。周長演算は、粗くは多角形の外周長に
よって近似される。
【００３３】
【数８】
【００３４】より高精度で周長演算を行う場合には、図
７に示すように、３点を２次多項式によって結び、その
弧長を積算して求める。即ち、図７において、３点i-1
、i、i ＋1 を通る２次曲線の係数ａi 、 bi 、 c
i を、下記(9）式に従って演算する。
７に示すように、３点を２次多項式によって結び、その
弧長を積算して求める。即ち、図７において、３点i-1
、i、i ＋1 を通る２次曲線の係数ａi 、 bi 、 c
i を、下記(9）式に従って演算する。
【００３５】
【数９】
【００３６】部分弧長 Si は、下記(10)式によって表さ
れる。
れる。
【００３７】
【数10】 従って、周長Ｓは、下記(11)式によって演算される。
【００３８】
【数11】
【００３９】周長Ｓから外径を求めるには、下記(12)式
のように、周長Ｓを円周率で割れば良い。このようにし
て、第１または第２周長演算手段によって、ビード部に
よる補正を含まない周長を演算することができる。
のように、周長Ｓを円周率で割れば良い。このようにし
て、第１または第２周長演算手段によって、ビード部に
よる補正を含まない周長を演算することができる。
【００４０】
【数12】
【００４１】(F) 真円度演算手段（図２のｋのステッ
プ） 上記(3) 式による１次移動平均済みのデータに対して、
各方向において管径が最大になるようにずらして直径を
演算する。即ち、ずらし量をsfとし、θi ＋Π＝θj i
となるj i を見出し、j ＝(j i−sf) 〜(j i＋sf) の範
囲内において、下記(13)式によって最大値 Ri を演算す
る。その方向を一定ピッチで変化させて求まる直径 Ri
の最大値 Rmax と最小値 Rmin によって、下記(14)およ
び(15)式によって真円度を評価する。
プ） 上記(3) 式による１次移動平均済みのデータに対して、
各方向において管径が最大になるようにずらして直径を
演算する。即ち、ずらし量をsfとし、θi ＋Π＝θj i
となるj i を見出し、j ＝(j i−sf) 〜(j i＋sf) の範
囲内において、下記(13)式によって最大値 Ri を演算す
る。その方向を一定ピッチで変化させて求まる直径 Ri
の最大値 Rmax と最小値 Rmin によって、下記(14)およ
び(15)式によって真円度を評価する。
【００４２】
【数13】
【００４３】
【数14】
【００４４】
【数15】
【００４５】この方法によれば、従来の、中心移動した
後、新たな中心回りの直径の最大値と最小値との差によ
って真円度を求める方法と比較して、円形状が非真円の
場合において、より正確な直径によって評価することが
でき、その結果、真円度をより正確に演算することがで
きる。
後、新たな中心回りの直径の最大値と最小値との差によ
って真円度を求める方法と比較して、円形状が非真円の
場合において、より正確な直径によって評価することが
でき、その結果、真円度をより正確に演算することがで
きる。
【００４６】(G) ピーキング量演算手段（図２のｉのス
テップ） 上記(4) 式によってビード部の両側位置ｉb1、ｉb2は、
求まっているので、図８に示すようなコードゲージ12の
脚12A 間の距離ｌと等価な距離の中央部をビード位置と
し、図９に示すように、その両側の脚位置に相当する２
点Ａ、Ｂを結んだ直線にビード位置から垂線(c1-D)をお
ろしてその高さを求める。２点Ａ、Ｂの位置を求めるに
は、上記(12)式によって求めた半径ｒに対して、下記(1
6)式によって先ず角度θを求め、ビード部の位置ｉb1N
から角度θだけ前後する位置を点Ａ、Ｂとする。
テップ） 上記(4) 式によってビード部の両側位置ｉb1、ｉb2は、
求まっているので、図８に示すようなコードゲージ12の
脚12A 間の距離ｌと等価な距離の中央部をビード位置と
し、図９に示すように、その両側の脚位置に相当する２
点Ａ、Ｂを結んだ直線にビード位置から垂線(c1-D)をお
ろしてその高さを求める。２点Ａ、Ｂの位置を求めるに
は、上記(12)式によって求めた半径ｒに対して、下記(1
6)式によって先ず角度θを求め、ビード部の位置ｉb1N
から角度θだけ前後する位置を点Ａ、Ｂとする。
【００４７】
【数16】
【００４８】図９において、Ａ(x1 、y1) 、Ｂ(x2 、
y2) 、Ｃ1(x3、y3) とすると、Ｄ(x1、y1) は、x1およ
びy1が下記(17)および(18)式のように表されるので、下
記(19)によって演算される。
y2) 、Ｃ1(x3、y3) とすると、Ｄ(x1、y1) は、x1およ
びy1が下記(17)および(18)式のように表されるので、下
記(19)によって演算される。
【００４９】
【数17】
【００５０】
【数18】
【００５１】
【数19】 この値(c1-D)から公称直径と脚間距離ｌによって、下記
(20)式によって決まる正規の高さｈ1 を差し引いて、下
記(21)式によって片側のピーキングP1を求める。これと
同様に、残る片側のピーキングP2を求めて、ピーキング
量を下記(22)式によって表す。
(20)式によって決まる正規の高さｈ1 を差し引いて、下
記(21)式によって片側のピーキングP1を求める。これと
同様に、残る片側のピーキングP2を求めて、ピーキング
量を下記(22)式によって表す。
【００５２】
【数20】
【００５３】
【数21】
【００５４】
【数22】
【００５５】(E) オフセット量演算手段（図２のｊのス
テップ） オフセット量は、ピーキング量と似通った手法によって
求める。ピーキングの場合と異なる点は、脚間距離ｌが
オフセットの方が短いことである。即ち、脚間距離ｌo
として、ピーキングにおけると同様にして(c1-D)、(c2-
G)を求める。このときオフセット量は、下記(23)式によ
って表される。
テップ） オフセット量は、ピーキング量と似通った手法によって
求める。ピーキングの場合と異なる点は、脚間距離ｌが
オフセットの方が短いことである。即ち、脚間距離ｌo
として、ピーキングにおけると同様にして(c1-D)、(c2-
G)を求める。このときオフセット量は、下記(23)式によ
って表される。
【００５６】
【数23】
【００５７】(F) 局部真円度演算手段（図２のｌのステ
ップ） 局部真円度は、ＵＯＥ拡管時のダイス跡を示すものであ
り、その凹凸のパターン数は、予め８、10、12というよ
うに、幾通りかに限られる。従って、360 度周方向を分
割し、その位置での平滑化処理済みのプロフィールと１
次移動平均済みプロフィールとの差の平均を求める。１
次移動平均済みプロフィールは、ノイズ除去のみを行
い、鋼管の外形に忠実なものであり、平滑化処理済みの
プロフィールは、ダイス跡のような細かい鋼管外周面の
凹凸を平滑化したものである。このとき全分割点と管外
周面プロフィールとの相対位置をずらせ、このときの差
の平均値が最大となる位置を決める。次に、分割数を
８、10、12と変化させて３つの平均値のうち最大値を与
える分割数をダイス数と判定し、そのときの平均値をダ
イス跡と定義すると、正確なダイス数が得られ且つダイ
ス跡も定量的に評価することができることが判った。
ップ） 局部真円度は、ＵＯＥ拡管時のダイス跡を示すものであ
り、その凹凸のパターン数は、予め８、10、12というよ
うに、幾通りかに限られる。従って、360 度周方向を分
割し、その位置での平滑化処理済みのプロフィールと１
次移動平均済みプロフィールとの差の平均を求める。１
次移動平均済みプロフィールは、ノイズ除去のみを行
い、鋼管の外形に忠実なものであり、平滑化処理済みの
プロフィールは、ダイス跡のような細かい鋼管外周面の
凹凸を平滑化したものである。このとき全分割点と管外
周面プロフィールとの相対位置をずらせ、このときの差
の平均値が最大となる位置を決める。次に、分割数を
８、10、12と変化させて３つの平均値のうち最大値を与
える分割数をダイス数と判定し、そのときの平均値をダ
イス跡と定義すると、正確なダイス数が得られ且つダイ
ス跡も定量的に評価することができることが判った。
【００５８】ｉb1とｉb2の中間点をｉb3とし、ダイ数を
ｎとする。１次移動平均点を下記数24、平滑化処理済み
の点を下記数25とするとき、下記(26)式を満足するｉm
(m=1〜n)を求め、下記(27)式によって AVEｎを求める。
AVEｎを最大とするｎ' をダイ数とし、ダイス跡として
AVEｎ' の値を用いる。
ｎとする。１次移動平均点を下記数24、平滑化処理済み
の点を下記数25とするとき、下記(26)式を満足するｉm
(m=1〜n)を求め、下記(27)式によって AVEｎを求める。
AVEｎを最大とするｎ' をダイ数とし、ダイス跡として
AVEｎ' の値を用いる。
【００５９】
【数24】
【００６０】
【数25】
【００６１】
【数26】
【００６２】
【数27】
【００６３】(G) ビード高さ演算手段（図２のｍのステ
ップ） ビード高さは、中心移動済みの極座標列および１次移動
平均済みデータから求めるが、ビード部の位置２ヵ所の
間の半径の最大値からビード部の両側位置における半径
の平均を差し引いて、下記(28)式によって求める。
ップ） ビード高さは、中心移動済みの極座標列および１次移動
平均済みデータから求めるが、ビード部の位置２ヵ所の
間の半径の最大値からビード部の両側位置における半径
の平均を差し引いて、下記(28)式によって求める。
【００６４】
【数28】
【００６５】(H) 第３周長演算手段（図２のｎのステッ
プ） 先に求めた直径の理想円から、このビード高さだけ高い
理想円の両側に接線を引き、この２線分の合計と２接点
間の理想円の周長との差を、先に求めた周長に加えて補
正すれば、ビード高さ補正済み周長が得られる。
プ） 先に求めた直径の理想円から、このビード高さだけ高い
理想円の両側に接線を引き、この２線分の合計と２接点
間の理想円の周長との差を、先に求めた周長に加えて補
正すれば、ビード高さ補正済み周長が得られる。
【００６６】先に求めた半径をｒとすると、ビード高さ
位置と接点との角度θは、下記(29)式によって求められ
る。
位置と接点との角度θは、下記(29)式によって求められ
る。
【００６７】
【数29】
【００６８】従って、ビード高さによる周長補正値は、
下記(30)式によって求められる。
下記(30)式によって求められる。
【００６９】
【数30】
【００７０】この補正によって手測定による周長測定を
模擬した値を得ることができる。
模擬した値を得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、被測定管端の多項目の寸法項目を効率、精度良く一
貫して演算することができ、しかも、測定中心を管中心
に概略合わせておくだけで、高精度な形状測定が可能で
あるといった有用な効果がもたらされる。
ば、被測定管端の多項目の寸法項目を効率、精度良く一
貫して演算することができ、しかも、測定中心を管中心
に概略合わせておくだけで、高精度な形状測定が可能で
あるといった有用な効果がもたらされる。
【図１】この発明の、管体の形状測定装置の一実施態様
を示す概略正面図である。
を示す概略正面図である。
【図２】この発明の、管体の形状測定装置における演算
工程のフロー図である。
工程のフロー図である。
【図３】測定中心と管中心との位置関係を示す説明図で
ある。
ある。
【図４】中心移動後の基本管外周面プロフィールデータ
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図５】１次移動平均後のプロフィールデータを示すグ
ラフである。
ラフである。
【図６】ビード部位置を検出するための２階差分プロフ
ィールデータを示すグラフである。
ィールデータを示すグラフである。
【図７】周長を高精度に求めるための多項式補間の説明
図である。
図である。
【図８】コードゲージを示す概略正面図である。
【図９】ピーキングおよびオフセットを求める際の説明
図である。
図である。
【図10】ピーキングの定義図である。
【図11】オフセットの定義図である。
【図12】ビード高さの定義図である。
【図13】ダイス跡の説明図である。
１：鋼管、 ２：架台、 ３：回転軸、 ４：サーボモータ、 ５：回転角度検出器、 ６：アーム、 ７：変位計、 ８：カウンタウエイト、 ９：モータドライバ、 10：インターフェイス、 11：制御器、 12：コードゲージ、 12A ：コードゲージの脚。
Claims (1)
- 【請求項１】 被測定管体の略中心軸線を中心として36
0 度回転可能なアームと、前記アームの先端に取り付け
られた変位計と、前記アームの回転軸の回転角度を検出
する回転角度検出器と、前記アームの回転の微小単位角
度毎に、前記変位計によって測定された、前記アームの
回転中心と前記被測定管体の外周面上の測定点との間の
距離の測定値に基づいて前記被測定管体の管端各部の寸
法を演算する制御器とを有する、管体の形状測定装置に
おいて、 前記制御器は、 前記測定値にフーリエ級数を当てはめ、その１次フーリ
エ係数によって前記測定値の最適回転中心軸への極座標
の中心移動を行い、以後、中心移動済みの測定値列によ
って前記被測定管体の管端プロフィールを演算するプロ
フィール演算手段と、 前記中心移動済みの測定値列に対して、１次移動平均処
理を行い、次いで、２階差分処理を行い、この結果と所
定の閾値と比較して、前記被測定管体のビード部の位置
を検出するビード部検出手段と、 前記中心移動済みの測定値列に対して、２次移動平均処
理によって平滑化処理を行い、次いで、多角形近似ある
いは２次多項式近似によって、前記被測定管体の周長を
求める第１周長演算手段と、 前記中心移動済みの測定値列に対して、高次のフーリエ
級数の当てはめによる平滑化処理を行い、次いで、多角
形近似あるいは２次多項式近似によって、前記被測定管
体の周長を求める第２周長演算手段と、 前記１次移動平均処理済みの測定値列、前記ビード部の
位置および前記周長に基づいてピーキング量を演算する
ピーキング量演算手段と、 前記１次移動平均処理済みの測定値列、前記ビード部の
位置および前記周長に基づいてオフセット量を演算する
オフセット量演算手段と、 前記１次移動平均処理済みの測定値列から、角度方向に
ずらせて計算した直径差によって真円度を演算する真円
度演算手段と、 前記１次移動平均処理済みの測定値列および前記平滑化
処理済みの測定値列に基づいて局部真円度の量を演算す
る局部真円度演算手段と、 前記１次移動平均処理済みの測定値列および前記ビード
部の位置に基づいてビード高さを演算するビード高さ演
算手段と、 前記ビード高さによって前記周長を、接線長と円弧の差
だけ補正して周長を演算する第３周長演算手段とからな
ることを特徴とする、管体の形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10778193A JP2674466B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | 管体の形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10778193A JP2674466B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | 管体の形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06294643A JPH06294643A (ja) | 1994-10-21 |
| JP2674466B2 true JP2674466B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=14467863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10778193A Expired - Fee Related JP2674466B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | 管体の形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2674466B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102589388A (zh) * | 2012-02-14 | 2012-07-18 | 中国石油天然气集团公司 | 测量大口径钢管周长或周向弧长的定位装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4000417B2 (ja) * | 2002-07-22 | 2007-10-31 | 四国化工機株式会社 | 溶接ビードの品質評価方法およびそのための形状測定方法 |
| JP4762851B2 (ja) * | 2006-10-24 | 2011-08-31 | 新日本製鐵株式会社 | 断面形状検出方法及び装置 |
| JP5109598B2 (ja) * | 2007-11-02 | 2012-12-26 | 住友ゴム工業株式会社 | 物品検査方法 |
| JP5029419B2 (ja) * | 2008-02-26 | 2012-09-19 | トヨタ自動車株式会社 | 溶接ビード検査方法、及び、溶接ビード検査装置 |
| JP4992848B2 (ja) * | 2008-07-22 | 2012-08-08 | トヨタ自動車株式会社 | 溶接ビード検査方法、及び、溶接ビード検査装置 |
| JP6616226B2 (ja) * | 2016-03-30 | 2019-12-04 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 溶接鋼管の真円度測定方法および真円度測定装置 |
-
1993
- 1993-04-09 JP JP10778193A patent/JP2674466B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102589388A (zh) * | 2012-02-14 | 2012-07-18 | 中国石油天然气集团公司 | 测量大口径钢管周长或周向弧长的定位装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06294643A (ja) | 1994-10-21 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |