JP6049783B2 - 管路の肉厚分布を分析するための方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、管路、特に継ぎ目無しで製造される管路の肉厚分布を分析するための方法に関している。また本発明はこの方法を実行するためのコンピュータプログラムを備えたコンピュータプログラム製品に関している。

従来技術では、求められた肉厚分布に対するフーリエ解析の利用によって、管路の肉厚分布を分析するための方法が公知である。この方法については、例えば、欧州特許 ＥＰ １ ６１１ ９６９ Ｂ１ 公報またはＥＰ １ ８８９ ６７０ Ｂ１ 公報が参照される。これらの文献に開示されている方法では、フーリエ解析の個々の成分がそれぞれ異なる周期の正弦関数に相応している。しかしながらここでは典型的に、管路製造時に実際に生じ得るエラーに対する直接的な関連性が欠けている。それ故、管路製造時の具体的なエラーに関するフーリエ解析の結果の解釈ないし評価が困難になることが多く、その結果として不十分な示唆しかえら得ない状況にある。以下ではこのことをいくつかの例に基づいて説明する。

継目無管路の製造時に発生し得る誤差タイプには、ＰＱＦミルにおける高品質仕上げローラー（ＰＱＦローラー）の半径方向のずれが挙げられる。この種の誤差では、特定の局所的な圧延成形ないしスタンピング加工に伴い非対称な肉厚偏差（いわゆる偏肉）が生じる。フーリエ解析では、この偏肉が、異なる周波数（ないし周期）の複数の正弦曲線から形成される。ここでのフーリエ解析では、偏心が存在しない場合であっても、一次偏差、二次偏差および三次偏差が提供され、たとえば三本ロールミルフレームにおいては、２つの側性“Zweiseitigkeit”は誤差として現れず、３つの側性“Dreiseitigkeit”は、２つの最後のＰＱＦフレームのローラーの対称的な誤設定に対するエラー示唆を提供する。

結局は、対称的なローラー誤設定（例えば６つの側性）のもとでは、実際に測定された肉厚偏差の分布のフーリエ解析による正弦曲線を用いた近似に問題が残ることを言及しておく。その結果１つの余剰が残る。なぜならローラーの較正部は円形ではないからである。この余剰は対称的であり、実際には存在していない見かけ上のさらなる肉厚偏差となる。

欧州特許 ＥＰ １ ６１１ ９６９ Ｂ１ 公報 欧州特許 ＥＰ １ ８８９ ６７０ Ｂ１ 公報

本発明の課題は、冒頭に述べたような、管路の肉厚分布を分析するための既知の方法およびコンピュータプログラムにおいて、管路の肉厚分布における、管路製造時の既存の誤差に関するより正確な分析を可能にし、かつ、それらのエラー識別も容易になるように改善を行うことである。

前記課題は、請求項１に記載されている本発明による方法によって解決される。この方法は、肉厚偏差の複数の所定の分布が、それぞれ管路製造時に生じ得る様々な実際の誤差タイプを表し、肉厚偏差の前記複数の所定の分布の少なくとも１つは、１８０°未満の周面領域においてのみ現れる誤差タイプを表すようにすることで特徴付けられている。

複数の肉厚偏差の各所定の分布は、管路の検出された肉厚偏差の分布の近似に有意に貢献し得るので、管路製造時に実際に生じ得る誤差タイプを表す肉厚偏差の分布のみを利用することによって、これらの各誤差タイプの有無に非常に迅速かつ容易に直結させることが可能になる。さらに、肉厚偏差の複数の所定の分布のうちの少なくとも１つが、１８０°未満の周面領域においてのみ出現する誤差タイプを表す特徴の本発明の方法により、従来から公知のフーリエ解析を用いても検出できなかった誤差タイプが、直接識別できるようになることが保証される。なぜなら、従来のフーリエ解析では、一般に、周面全体に亘って延在する誤差タイプの有無しかカバーできなかったからである。本発明による後半の特徴部分に基づけば、有利には、周面方向で局所的に現れる誤差タイプあるいは領域毎に現れる誤差タイプやエラーが網羅される。

全体として、本発明による方法を用いることによって、とりわけ継目無管路製造プラントで製造される管路の製造品質が著しく向上する。

本明細書では「正弦関数」とは、一般に三角関数として理解されたい。

第１の実施例によれば、検出された実際の肉厚偏差の分布の近似のために用いられる実際の分布は、それぞれ適切にパラメータ化され、このパラメータ化は、例えばそれらの振幅、周波数、および／または位相位置の適切な設定によって行うことが可能である。

周面方向における実際の肉厚偏差の分布の検出ステップは、さらに次のようなサブステップを含む。すなわち、前記管路の表面において外部からまたは前記管路の内部から肉厚分布を測定するサブステップと、測定された肉厚分布と所定の目標肉厚分布との間の差分を形成するサブステップとを含んでいる。目標肉厚が０ｍｍである唯一の理論的なケースも、本発明においては検出され、このケースで検出される目標肉厚からの肉厚偏差の分布は、実際の肉厚分布にも相応している。このケースでは、当該分布の近似のために用いられる所定の分布も肉厚に関連付けられる。

前記近似のために用いられる肉厚偏差の複数の所定の分布は、それぞれが様々な誤差タイプを表すものであり、それらは幾何学的推論に基づいて理論的に求められるか、または複数の試行サンプルによって実験的に求められてもよい。

図２ａおよび図２ｂは、周面方向における肉厚偏差の特徴的な分布を有する典型的な誤差タイプを例示的に連続して示したものである。

図２ａおよび図２ｂでは、以下に列挙する符号はそれぞれ、
ａ：振幅
ｂ：角度位置
ｃ：確定領域
を意味する。

図２ａ中の通し番号３番によるローラー圧力若しくはローラーバー圧力の誤差タイプ、並びに、図２ｂ中の通し番号７番による単一の隆起部の誤差タイプは、それぞれ１８０°未満の周面領域においてのみ現れる誤差タイプである。本発明による方法は、有利には、管路製造時に存在し得る誤差タイプを直接的に逆推論することが可能である。これは、複数の誤差タイプ、すなわち予め定められる複数の所定の肉厚分布に相応し、それらは検査すべき管路の実際の肉厚偏差の分布の近似に対して有意に若しくは必要に応じて利用される。複数の誤差タイプの迅速でかつ容易な識別は、その後の誤差原因の迅速な除去も、補正手段の迅速な介入も可能にする。

さらに、本発明の前述した課題は、本発明による方法を実行するためのコンピュータプログラムを備えたコンピュータプログラム製品によって解決される。この解決手段の利点も、前述した本発明による方法に関連して述べた利点に相応する。

この明細書には以下に述べる図面が添付されている。

誤差を含んで製造された管路の断面図 典型的な誤差タイプをその特徴的な周面方向の肉厚偏差の分布と共に示した図 典型的な誤差タイプをその特徴的な周面方向の肉厚偏差の分布と共に示した図

以下では、本発明による方法の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

本発明による、管路１０の肉厚分布の分析のための方法は、以下のステップを含んでいる。

第１のステップでは、管路の周面方向φにおける、所定の目標肉厚分布からの肉厚偏差の分布が求められる。図１には、実際の肉厚偏差の分布が符号１で表されている。符号１の付された曲線に関連付ける目標肉厚分布は、図１には示されていないが、これは、図１における中心点の周りで一定した半径を有する円形に相応する。この円形の半径は、図１に示されている管路外郭２の一定した半径よりは小さい。

本発明の方法によれば、検出された特性曲線１は、肉厚偏差の複数の所定の分布によって近似され、これらの肉厚偏差の複数の所定の分布は、それぞれ管路の製造時に生じ得る様々な実際の誤差タイプを表す。図１においては、この実際の特性曲線１が、肉厚偏差の第１の所定の分布によって近似されており、この肉厚偏差の第１の所定の分布は、６つの側性の誤差タイプを表し、図１中では符号３が付されている。この６つの側性の誤差タイプは、周面全体に亘って延在している。その上さらに前記近似は、さらに付加的な肉厚偏差の分布を利用することによって微細化される。それらは典型的にはローラー圧に対しそれぞれπ/３に亘って定められている。これらの分布には図１中では符号４ａ，４ｂが付されている。それらは図１中では例示的に１１時と３時の周面領域においてのみ表されている。それに従って特性曲線１は、３つの異なる所定の分布の重畳によって近似される。それらは前述した６つの側性の誤差タイプと、それぞれ２回位相シフトされたローラー圧を表している。この付加的重畳特性曲線軌跡には図１において符号５が付されている。周面に沿ってローラー圧の誤差タイプが生じない各所で前記特性曲線軌跡５は、６つの側性の誤差タイプに対する所定の分布に対応している。ただ１１時と３時の周面領域においてだけ、前記特性曲線軌跡は、そこに示されている直線区分に相応する。そこでは６つの側性の誤差タイプに対する分布が、局所的にしか現れない曲線区分４ａおよび４ｂによるローラー圧の（ここでは逆位相の）誤差タイプと重畳する。

この分析の結果として、図１に示されている管路の製造時のこれらの３つの前記した誤差タイプの存在が直接推論される。有利にはそのように下された診断に対応する補正が、管路を製造した装置に直接導入可能になる。その際には図２ａおよび図２ｂによる前記誤差タイプに対するそれぞれの原因が公知手法で取り除かれる。

図１および図２ａ，図２ｂにおいて識別できるように、大抵の誤差タイプに対する典型的な肉厚分布は、純粋な正弦関数からは偏差している。このことは偏心の誤差タイプに対しては当て嵌まらない。いずれにせよこのことは、例えば図２ａおよび図２ｂ中の通し番号３番、６番、７番によるローラー圧、内的隆起、または個々の内的隆起の誤差タイプに対して有効である。以下ではローラー圧の誤差タイプに対し、例を挙げて説明する。

継目無管路製造におけるＰＱＦミルの大型のＰＱＦ較正部は、その中央領域が円弧状部からなり、この円弧状部は、丸いローラーバーと共に管路製造時に一定の肉厚を生成する。ローラーが進むと、正弦波状の経過が生じる。但しこの経過は中央領域においてのみ生じる。ローラーが開かれると、中央領域において、１つの極大値と２つの極小値を伴う曲線が生じる。このことは図２ａにおいて通し番号３番のもとで示されている。前記較正部の緑部領域は、複数のグレードからなる。肉厚の相応の増加はローラーバーと一緒に生じる。ローラー間の領域においては、ツール接触部を除いて一定の肉厚が形成される。ここでは場合によっては、直線状の較正パターンを有する緑部領域において、損傷のあるフレームのローラー圧の誤差タイプが示される。

さらなる例：ＰＱＦローラーの半径方向のずれは、特定の局所的な特徴を有する非対称な肉厚偏差を引き起こす。この誤差タイプの場合に検出される実際の肉厚偏差の分布の近似の際には、ローラー圧の誤差タイプの所定の分布ないしは誤ったローラー始動の誤差タイプの所定の分布が近似に最も適していることが確定し、それと共に前記誤差タイプも直接診断される。

この本発明による方法は、有利には、偏心に係わる誤差タイプの診断が可能である。

基本的に言えることは、この本発明による方法が、測定ないし検出された実際の肉厚偏差の分布の分解能が精密であればあるほど、より正確な誤差分析が可能となることである。そのため前記分解能はできるだけ高い方が望ましいことを述べておく。

１ 実際の肉厚偏差の分布の特性曲線
２ 外郭
３ 肉厚偏差の第１の所定の分布
４ａ 付加的肉厚偏差の分布
４ｂ 付加的肉厚偏差の分布
５ 付加的重畳特性曲線軌跡
１０ 管路

Claims (8)

1. 管路（１０）の肉厚分布を分析するための方法であって、
   目標肉厚分布からの、管路（１０）周面方向（φ）における肉厚偏差の分布を求める検出ステップと、
   求められた前記肉厚偏差の分布を、周面方向（φ）における肉厚偏差の複数の所定の分布の加算的な重畳によって近似する近似ステップとを含んでいる方法であって、
   肉厚偏差の前記複数の所定の分布が、それぞれ前記管路（１０）の製造時に生じ得る様々な実際の誤差タイプを表すものであり、幾何学的推論に基づいて理論的に求められるか、または、複数の試行パターンによって実験的に求められ、
   肉厚偏差の前記複数の所定の分布の少なくとも１つは、１８０°未満の周面領域においてのみ現れる誤差タイプを表すようにしたことを特徴とする方法。
2. 前記近似ステップの枠内において、肉厚偏差の前記複数の所定の分布がそれぞれ適切にパラメータ化される、請求項１記載の方法。
3. 肉厚偏差の前記複数の所定の分布は、それらの振幅、周波数または位相位置に関してパラメータ化される、請求項２記載の方法。
4. 前記肉厚偏差の分布を求める検出ステップは、さらに以下のサブステップ、すなわち、
   前記管路（１０）の表面において外部からまたは前記管路の内部から、肉厚分布を測定するサブステップと、
   測定された肉厚分布と目標肉厚分布との間の差分を形成するサブステップとを含んでいる、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 様々な前記誤差タイプは、平均肉厚偏差、場合によって生じる様々な偏心、ローラー圧またはローラーバー圧、多側性、内的多角形、または内的隆起である、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
6. 前記ローラー圧またはローラーバー圧、および前記内的隆起からなる前記誤差タイプは、１８０°未満の周面領域においてのみ現れる、請求項５記載の方法。
7. 各近似毎に合理的に要される肉厚偏差の分布の誤差タイプが、それぞれの被検管路（１０）のもとで存在することが逆推論され、当該誤差に対する原因が取り除かれる、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
8. 請求項１から６いずれか１項記載の方法を実行するように構成されていることを特徴とする、マイクロプロセッサ上で実行するためのコンピュータプログラムを備えたコンピュータプログラム製品。