JP4483810B2 - 放射線透過式管状材肉厚測定装置 - Google Patents

Description

本発明は放射線透過式管状材肉厚測定装置に関し、特に、走行中の管状材の芯ぶれに対応しつつ、管状材の肉厚を精度よく測定する方法に適用して好適なものである。

シームレス管の肉厚寸法の高精度化の要求に答えるため、シームレス管の仕上圧延機として用いられるストレッチレデューサの直後に、放射線透過方式を採用した熱間肉厚計を設置することが行われている。
また、例えば、特許文献１〜３には、少なくとも３本の放射線ビームが正奇数多角形を形成するように交差させながら管状材に投射し、その時の放射線ビームの透過率を計測することにより、管状材の肉厚を非接触で測定する方法（多点測定方式）が開示されている。
また、例えば、特許文献４〜７には、管状材の外径を超える幅の放射線ビームを管状材に投射し、その時の放射線ビームの減衰量に基づいて管状材の平均肉厚を非接触で測定する方法（断面平均測定方式）が開示されている。

特公昭６０−４２４０２号公報 特公昭６０−４４６０２号公報 特公昭６０−４６３６４号公報 特公昭６３−２２５２５号公報 特公平２−３６８８２号公報 特公平３−１６６０４号公報 特公平３−１１６４６号公報

しかしながら、多点測定方式では、肉厚の測定精度を確保するためには、放射線ビームにより形成される正奇数多角形の中心と管状材の中心とを一致させる必要があり、そのずれは０．１ｍｍ〜１ｍｍのオーダーに抑える必要がある。このため、ストレッチレデューサを通して１０ｍ／ｓ程度の速度で高速に走行しているシームレス管の肉厚測定に多点測定方式を適用すると、シームレス管の芯ぶれを０．１ｍｍ程度のオーダーに抑える必要があり、高精度なピンチローラ装置などが必要になることから、付帯装置のコストアップを招くという問題があった。また、管状材の位置変動を測定するために、位置変動測定装置を用いると、システム構成が複雑化するという問題があった。

また、断面平均測定方式では、管状材の芯ぶれが発生しても、測定誤差が発生しないようにするために、管状材の芯ぶれの許容量を上回るように、放射線源および検出器の幅を設定する必要があり、肉厚計の大型化および高価格化を招くだけでなく、厚肉管では管状材の肉厚に対する放射線の計数変化が小さくなり、測定精度が劣化するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、管状材の芯ぶれが発生する場合においても、システム構成の複雑化を抑制しつつ、管状材の肉厚を精度よく測定するとともに、厚肉管での測定精度の劣化を抑制することが可能な放射線透過式管状材肉厚測定装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の放射線透過式管状材肉厚測定装置によれば、第１放射線ビームを出射する第１放射線ビーム出射手段と、前記第１放射線ビームに平行に第２放射線ビームを出射する第２放射線ビーム出射手段と、管状材を透過した前記第１放射線ビームを検出する第１検出器と、前記管状材を透過した前記第２放射線ビームを検出する第２検出器と、前記第１検出器による測定結果と前記第２検出器による測定結果の比に基づいて、前記管状材の芯ぶれ量を算出する芯ぶれ算出手段と、前記芯ぶれ量に基づいて前記第１検出器による測定結果および前記第２検出器による測定結果を補正することにより、前記管状材の肉厚を算出する肉厚算出手段とを備えることを特徴とする。

これにより、２本の放射線ビームを管状材に平行に透過させることで、管状材の芯ぶれ量を算出することを可能としつつ、管状材の肉厚を算出することができる。このため、放射線ビームにより形成される正奇数多角形の中心と管状材の中心とを一致させる必要がなくなり、管状材の芯ぶれが発生する場合においても、システム構成の複雑化を抑制しつつ、管状材の肉厚を精度よく測定することが可能となるとともに、２本の放射線ビームの間隔を調整することで、肉厚に対する放射線の計数変化を調整することが可能となり、厚肉管での測定精度の劣化を抑制することが可能となる。

また、請求項２記載の放射線透過式管状材肉厚測定装置によれば、前記管状材の外径を既知とし、前記管状材の仮の肉厚が与えられた時の前記管状材の芯ぶれ量対「前記第１検出器による測定結果と前記第２検出器による測定結果との比」の関係が記述された校正データを取得する校正データ取得手段を備え、前記芯ぶれ算出手段は、前記第１検出器および前記第２検出器による実測値から、これらの実測値の比を求め、前記実測値の比に対応した芯ぶれ量を前記校正データから読み取ることにより、前記管状材の芯ぶれ量を算出することを特徴とする。
これにより、校正データを参照することで、第１検出器および第２検出器による実測値の比から管状材の芯ぶれ量を算出することができ、管状材に芯ぶれが発生している場合においても、システム構成の複雑化を抑制しつつ、管状材の肉厚を校正することが可能となる。

また、請求項３記載の放射線透過式管状材肉厚測定装置によれば、前記管状材の芯ぶれ量がゼロの位置における前記第１放射線ビームの透過長または前記第２放射線ビームの透過長と、前記管状材の肉厚との関係が記述された換算データを取得する換算データ取得手段を備え、前記肉厚算出手段は、前記芯ぶれ算出手段にて算出された管状材の芯ぶれ量に基づいて、前記管状材の芯ぶれ量がゼロの位置における前記第１放射線ビームの透過長または前記第２放射線ビームの透過長を求め、前記第１放射線ビームの透過長または前記第２放射線ビームの透過長に対応した前記管状材の肉厚を前記換算データから読み取ることにより、前記管状材の肉厚を算出することを特徴とする。

これにより、管状材に芯ぶれが発生している場合においても、芯ぶれ量がゼロの位置における換算データを用いることで、第１検出器または第２検出器による実測値から管状材の肉厚を求めることができ、管状材の芯ぶれが発生する場合においても、システム構成の複雑化を抑制しつつ、管状材の肉厚を精度よく測定することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、２本の放射線ビームを管状材に平行に透過させることで、管状材の芯ぶれ量を算出することを可能としつつ、管状材の肉厚を算出することができ、管状材の芯ぶれが発生する場合においても、システム構成の複雑化を抑制しつつ、管状材の肉厚を精度よく測定することが可能となるとともに、厚肉管での測定精度の劣化を抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る放射線透過式管状材肉厚測定装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る放射線透過式管状材肉厚測定装置が提供されるストレッチレデューサの概略構成を示す斜視図である。
図１において、ストレッチレデューサには、管状材１を３方向から挟み込むようにそれぞれ配置された圧延ロール２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃが管状材１の走行方向に沿って設置されている。また、ストレッチレデューサの直後には、管状材１の肉厚を非接触で測定する放射線透過式管状材肉厚測定装置５が設置されている。さらに、ストレッチレデューサには、管状材１を上下方向から挟み込むようにそれぞれ配置されたピンチローラ６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂが放射線透過式管状材肉厚測定装置５の前後に設置されている。そして、圧延ロール２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃにて管状材１の長手方向にストレッチをかけ、肉厚を延伸（ストレッチ）させながら外径を縮小（レジュース）し圧延することにより、肉厚寸法および外径寸法が所望の値に調整されたシームレス管を製造することができる。
そして、ストレッチレデューサにて圧延された管状材１は放射線透過式管状材肉厚測定装置５に送られ、走行中の管状材１の肉厚が放射線透過式管状材肉厚測定装置５にてリアルタイムで測定される。

図２は、本発明の一実施形態に係る放射線透過式管状材肉厚測定装置５の概略構成を示すブロック図である。
図２において、線源容器１１には、放射線源１２ａ、１２ｂが収容され、放射線源１２ａ、１２ｂから平行な放射線ビームＢ１、Ｂ２がそれぞれ出射されるように配置されている。また、放射線透過式管状材肉厚測定装置５には、管状材１を間にして放射線源１２ａ、１２ｂにそれぞれ対向するようにして配置された検出器１６ａ、１６ｂが設けられ、放射線源１２ａ、１２ｂと検出器１６ａ、１６ｂとの間には、絞り１４、１５が設けられている。

なお、放射線源１２ａ、１２ｂとしては、例えば、γ線源を用いることができる。また、放射線源１２ａ、１２ｂは、管状材１が芯ぶれしてない状態において、放射線ビームＢ１、Ｂ２が管状材１の中心から対称になるように配置することができる。例えば、放射線ビームＢ１は管状材１の中心から横方向に−５ｍｍの位置を透過し、放射線ビームＢ２は管状材１の中心から横方向に＋５ｍｍの位置を透過するように配置することができる。この結果、管状材１が芯ぶれしてない状態においては、検出器１６ａ、１６ｂによる測定値は理論的には互いに等しくなる。また、絞り１４、１５は、管状材１の位置が放射線ビームＢ１、Ｂ２の出射方向に変動した場合においても、放射線ビームＢ１、Ｂ２の透過量に差（指示差）が発生しないように放射線ビームＢ１、Ｂ２を充分絞ることができるように構成することができる。

さらに、放射線透過式管状材肉厚測定装置５には、検出器１６ａ、１６ｂによる検出結果に基づいて管状材１の芯ぶれ量Ｓおよび肉厚Ｔを算出する演算処理装置２１が設けられ、演算処理装置２１には、芯ぶれ算出部２１ａ、校正データ取得部２１ｂ、肉厚算出部２１ｃおよび換算データ取得部２１ｄが設けられている。ここで、芯ぶれ算出部２１ａは、検出器１６ａ、１６ｂによる検出結果に基づいて管状材１の芯ぶれ量Ｓを算出することができる。また、校正データ取得部２１ｂは、管状材１の外径を既知とし、管状材１の仮の肉厚が与えられた時の管状材１の芯ぶれ量Ｓ対「検出器１６ａ、１６による測定結果との比」の関係が記述された校正データを取得することができる。なお、管状材１の仮の肉厚として、圧延時の管状材１の狙い肉厚を第１近似として用いることができる。また、校正データは、実験または理論計算により予め求めることができる。

さらに、肉厚算出部２１ｃは、芯ぶれ算出部２１ａにて算出された芯ぶれ量Ｓに基づいて検出器１６ａ、１６ｂによる測定結果を補正することにより、管状材１の肉厚Ｔを算出することができる。また、換算データ取得部２１ｄは、管状材１の芯ぶれ量Ｓがゼロの位置における放射線ビームＢ１、Ｂ２の透過長と管状材１の肉厚Ｓとの関係が記述された換算データを取得することができる。なお、換算データは、実験または理論計算により予め求めることができる。

そして、放射線源１２ａ、１２ｂから出射された放射線ビームＢ１、Ｂ２は絞り１４にて絞られた後、管状材１を透過し、さらに絞り１５にて絞られた後、検出器１６ａ、１６ｂにそれぞれ入射する。そして、放射線ビームＢ１、Ｂ２が検出器１６ａ、１６ｂにそれぞれ入射すると、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値が演算処理装置２１に送られる。そして、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値が演算処理装置２１に送られると、芯ぶれ算出部２１ａは、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値に基づいて管状材１の芯ぶれ量Ｓを算出する。ここで、芯ぶれ算出部２１ａは、管状材１の芯ぶれ量Ｓを算出する場合、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値を検出器１６ａ、１６ｂから受け取ると、これらの計測値の比を求め、この計測値の比に対応した芯ぶれ量Ｓを校正データから読み取ることにより、管状材１の芯ぶれ量を算出することができる。

そして、管状材１の芯ぶれ量Ｓが芯ぶれ算出部２１ａにて算出されると、その芯ぶれ量Ｓが肉厚算出部２１ｃに送られる。そして、肉厚算出部２１ｃは管状材１の芯ぶれ量Ｓを受け取ると、芯ぶれ算出部２１ａにて算出された芯ぶれ量Ｓに基づいて検出器１６ａ、１６ｂによる計測値を補正することにより、管状材１の肉厚Ｔを算出する。ここで、肉厚算出部２１ｃは、管状材１の肉厚Ｔを算出する場合、芯ぶれ算出部２１ａにて算出された管状材１の芯ぶれ量Ｓに基づいて、管状材１の芯ぶれ量Ｓがゼロの位置における放射線ビームＢ１、Ｂ２の透過長を求め、放射線ビームＢ１、Ｂ２の透過長に対応した管状材１の肉厚Ｔを換算データから読み取ることにより、管状材１の肉厚Ｔを算出することができる。

なお、放射線ビームＢ１、Ｂ２の透過長に対応した管状材１の肉厚Ｔがそれぞれ求まると、これらの肉厚Ｔの相加平均をとることにより、最終的な管状材１の肉厚Ｔとすることができる。
これにより、２本の放射線ビームＢ１、Ｂ２を管状材１に平行に透過させることで、管状材１の芯ぶれ量Ｓを算出することを可能としつつ、管状材１の肉厚Ｔを算出することができる。このため、放射線ビームＢ１、Ｂ２により形成される正奇数多角形の中心と管状材１の中心とを一致させる必要がなくなり、管状材１の芯ぶれが発生する場合においても、システム構成の複雑化を抑制しつつ、管状材１の肉厚Ｔを精度よく測定することが可能となるとともに、２本の放射線ビームＢ１、Ｂ２の間隔を調整することで、管状材１の肉厚Ｔに対する放射線ビームＢ１、Ｂ２の計数変化を調整することが可能となり、厚肉管での測定精度の劣化を抑制することが可能となる。

具体的には、図３に示すように、各放射線ビームＢ１、Ｂ２が２枚の平板状の板状部を測定するようにでき、厚板用γ線厚さ計の測定原理に基づいた測定が可能となるため、現状実用化されている厚板厚さ計と同等の測定精度を持たせることができる。この結果、図４に示すように、断面平均測定方式に比べて、放射線に基づく誤差を大幅に改善することができる。特に、厚肉管においてこの効果が大きい。

ここで、管状材１の芯ぶれがあった時は、放射線ビームＢ１が管状材１の中心に近づけば、放射線ビームＢ２は管状材１の中心から遠ざかる。すなわち、放射線ビームＢ１、Ｂ２は、管状材１の中心に対して相反する方向に移動する。そして、放射線ビームＢ１が管状材１の中心に近づくと、放射線ビームＢ１の透過長は、芯ぶれ量Ｓがゼロの位置における透過長に比べて短くなる。一方、放射線ビームＢ２が管状材１の中心に遠ざかると、放射線ビームＢ２透過長は、芯ぶれ量Ｓがゼロの位置における透過長に比べて長くなる。この結果、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値の比は、管状材１の芯ぶれ量Ｓに対してほぼ直線関係が得られる。

図５、本発明の一実施形態に係る芯ぶれに対する指示比率の関係を示す図である。
図５において、例えば、放射線ビームＢ１が管状材１の中心から−５〜０ｍｍの間の位置にずれるとともに、放射線ビームＢ２が管状材１の中心から＋５〜＋１０ｍｍの間の位置にずれた場合、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値の比は、管状材１の芯ぶれ量Ｓに対してほぼ直線関係が得られることが判る。反対に、放射線ビームＢ１が管状材１の中心から＋５〜＋１０ｍｍの間の位置にずれるとともに、放射線ビームＢ２が管状材１の中心から−５〜０ｍｍの間の位置にずれた場合においても、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値の比は、管状材１の芯ぶれ量Ｓに対してほぼ直線関係が得られることが判る。

さらに、管状材１の芯ぶれ量Ｓがさらに増大し、管状材１の中心に近づいた方の放射線ビームＢ１、Ｂ２が管状材１の中心を通り過ぎた場合においても、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値の比は、管状材１の芯ぶれ量Ｓに対してほぼ直線関係を得ることができる。
例えば、射線ビームＢ１が管状材１の中心から０〜＋５ｍｍの間の位置にずれるとともに、放射線ビームＢ２が管状材１の中心から＋１０〜＋１５ｍｍの間の位置にずれた場合においても、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値の比は、管状材１の芯ぶれ量Ｓに対してほぼ直線関係が得られることが判る。反対に、放射線ビームＢ１が管状材１の中心から−１０〜−１５ｍｍの間の位置にずれるとともに、放射線ビームＢ２が管状材１の中心から０〜−５ｍｍの間の位置にずれた場合においても、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値の比は、管状材１の芯ぶれ量Ｓに対してほぼ直線関係が得られることが判る。
この結果、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値の比と、管状材１の芯ぶれ量Ｓとの間の直線関係を利用することにより、検出器１６ａ、１６ｂによる計測値から管状材１の芯ぶれ量Ｓを求めることができる。

なお、上述した実施形態では、管状材１の仮の肉厚が与えられた時の管状材１の芯ぶれ量Ｓ対「検出器１６ａ、１６による測定結果との比」の関係が記述された校正データを生成する場合、管状材１の仮の肉厚として、圧延時の管状材１の狙い肉厚を第１近似肉厚として用いる方法について説明したが、圧延時の管状材１の狙い肉厚を第１近似肉厚として求めた管状材１の実際の肉厚を第２近似肉厚とした時の管状材１の芯ぶれ量Ｓ対「検出器１６ａ、１６による測定結果との比」の関係が記述された校正データを用いることにより、管状材１の第２近似芯ぶれ量を算出し、この第２近似芯ぶれ量に基づいて管状材１の芯ぶれを補正する補正することにより、管状材１の第３近似肉厚を求めるようにしてもよい。

さらに、管状材１の第３近似肉厚が求まると、第３近似肉厚が与えられた時の管状材１の芯ぶれ量Ｓ対「検出器１６ａ、１６による測定結果との比」の関係が記述された校正データを用いることにより、管状材１の第３近似芯ぶれ量を算出し、この第３近似芯ぶれ量に基づいて管状材１の芯ぶれを補正する補正することにより、管状材１の第４近似肉厚を求めるようにしてもよい。

そして、所望の精度以内に解が収束するまで以上の処理を繰り返すことにより、管状材１の肉厚の近似精度を上げることができる。
また、上述した実施形態では、平行な２本の放射線ビームＢ１、Ｂ２を得るために、２つの放射線源１２ａ、１２ｂを設ける方法について説明したが、１本のライン状放射線源から出射された１本のライン状ビームを２箇所で絞ることにより、平行な２本の放射線ビームを生成するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る放射線透過式管状材肉厚測定装置が提供されるストレッチレデューサの概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る放射線透過式管状材肉厚測定装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る放射線ビームＢ１、Ｂ２が管状材１を透過する時の状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る２点測定方式の測定精度を断面平均測定方式と比較して示す図である。 本発明の一実施形態に係る芯ぶれに対する指示比率の関係を示す図である。

符号の説明

１ 管状材
２ａ〜２ｃ、３ａ〜３ｃ、４ａ〜４ｃ 圧延ロール
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ ピンチローラ
５ 放射線透過式管状材肉厚測定装置
１１ 線源容器
１２ａ、１２ｂ 放射線源
１４、１５ 絞り
１６ａ、１６ｂ 検出器
２１ 演算処理装置
２１ａ 芯ぶれ算出部
２１ｂ 校正データ取得部
２１ｃ 肉厚算出部
２１ｄ 換算データ取得部

Claims (3)

1. 第１放射線ビームを出射する第１放射線ビーム出射手段と、
   前記第１放射線ビームに平行に第２放射線ビームを出射する第２放射線ビーム出射手段と、
   管状材を透過した前記第１放射線ビームを検出する第１検出器と、
   前記管状材を透過した前記第２放射線ビームを検出する第２検出器と、
   前記第１検出器による測定結果と前記第２検出器による測定結果の比に基づいて、前記管状材の芯ぶれ量を算出する芯ぶれ算出手段と、
   前記芯ぶれ量に基づいて前記第１検出器による測定結果および前記第２検出器による測定結果を補正することにより、前記管状材の肉厚を算出する肉厚算出手段とを備えることを特徴とする放射線透過式管状材肉厚測定装置。
2. 前記管状材の外径を既知とし、前記管状材の仮の肉厚が与えられた時の前記管状材の芯ぶれ量対「前記第１検出器による測定結果と前記第２検出器による測定結果との比」の関係が記述された校正データを取得する校正データ取得手段を備え、
   前記芯ぶれ算出手段は、前記第１検出器および前記第２検出器による実測値から、これらの実測値の比を求め、前記実測値の比に対応した芯ぶれ量を前記校正データから読み取ることにより、前記管状材の芯ぶれ量を算出することを特徴とする請求項１記載の放射線透過式管状材肉厚測定装置。
3. 前記管状材の芯ぶれ量がゼロの位置における前記第１放射線ビームの透過長または前記第２放射線ビームの透過長と、前記管状材の肉厚との関係が記述された換算データを取得する換算データ取得手段を備え、
   前記肉厚算出手段は、前記芯ぶれ算出手段にて算出された管状材の芯ぶれ量に基づいて、前記管状材の芯ぶれ量がゼロの位置における前記第１放射線ビームの透過長または前記第２放射線ビームの透過長を求め、前記第１放射線ビームの透過長または前記第２放射線ビームの透過長に対応した前記管状材の肉厚を前記換算データから読み取ることにより、前記管状材の肉厚を算出することを特徴とする請求項２記載の放射線透過式管状材肉厚測定装置。

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