JPH02122211A - 管形状の測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主として油井管等の管端部における形状、内、
外径く肉厚等を測定する方法及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

石油掘削用鋼管は通常管端部に切ったねしによって順次
連結してゆく構成が採られている。しかし肉厚力神定の
鋼管に螺条を形成すると管端部がそれだけ薄肉化するこ
ととなり、強度が低下することは避けられない。

このため通常は管端部における螺条形成部分に予め増肉
加工（アップセラ１−加工という）を施しておくことが
行われるが、この増肉加工部分が規格値どおりに仕上が
っているか否か、或いは内外面形状異常（オーバフィル
、アンダーフィル）がなく所定のプロフィルどおりにな
っているか否かを検査する必要がある。

ところが、従来にあっては管形状については、殆ど目視
によって検査が行われており、個人差が大きく正確さを
欠くという問題があった。この対策として従来にあって
は、第６．７図に示す如き方法が提案されている。

第６図は従来の管形状測定方法（実開昭６０−８８１０
号公報）を示す模式図であり、旋回アーム５１にこれと
直交して前方に突き出した取付アーム５２を旋回アーム
５１に沿って移動可能に設け、該支持アーム５２．の先
端部にセンサＳを取り付け、このセンサＳを被測定管Ｐ
の外周面に対向させて移動する過程でセンサＳから被測
定管Ｐの表面までの距離が予め定めた所定値となるよう
支持アーム５２を移動制御する。これによって被測定管
Ｐの形状に合わせて支持アーム５２が被測定管Ｐに対し
て遠近移動することとなり、管形状が測定されることと
なる。

第７図は被測定管の管壁に形成された増−肉加工部のテ
ーパ部長さ等を測定する方法（特開昭６２８５８１１号
公報）を示す模式図であり、被測定管Ｐの外周面に水タ
ンク６５の開口部を密着させ、水タンク６５内に配した
超音波探触子６６と被測定管Ｐの外周面との間に水を介
在させつつ超音波探触子６６から超音波を発振させ、被
測定管Ｐの肉厚信号を検出して被測定管Ｐ内面の形状を
検知するようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した如き従来装置では前者の場合、セン
サと被測定管との距離を一定に保持するようセンサの取
付アームを移動制御するから、測定速度が遅く、またセ
ンサの支持アームを頻繁に移動調整するため支持アーム
駆動用のギヤ結合部におけるバックラッシ互等による測
定精度の低下を避けられず、また支持アームを移動位置
決めするためのサーボ系が精度に与える影響も大きい等
の欠点があった。

一方、後者の方法は外面テーパ部と内面テーパ部とがオ
ーバラップする領域では反射超音波が得難く、また超音
波を管軸に対して垂直に入射させるのが難しい等、正確
な肉厚測定が出来ないという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは非接触型の距離センサを用いること
によって被測定管の形状測定を正確にしかも迅速に行い
得るようにした管形状の測定方法及びその装置を提供す
るにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る管形状の測定方法は、測定位置にセントし
た被測定管の公称外径に基づき基準点に対する被測定管
の管軸位置を求め、この管軸位置と同一直線上に支持ア
ームの旋回中心を位置させ、距離センサを被測定管の外
周面及び／又は内周面と対向させた状態でその周りに回
動させ、距離センサの検出データに基づき被測定管の管
軸位置を求め、この管軸位置に支持アームの旋回中心を
移動修正した後、支持アームを旋回させ、また管軸方向
へ移動して距離センサの検出データを求め、これに基づ
き管形状を測定する。

また本発明に係る管形状の測定装置は、被測定管の管端
部に対向して回転駆動せしめられる旋回アームと、先端
部側を前方に突き出した状態で基端部側が前記旋回アー
ムに該旋回アームの旋回中心に対して遠近移動可能に支
持され、旋回アームを被測定管の管軸に沿って管端部に
接近させたとき被測定管の外周面及び／又は内周面に臨
む支持アームと、該支持アームに取り付けられ被測定管
の外周面又は内周面と対向せしめられて外周面又は内周
面末での距離を検出する距離センサと、該距離センサを
被測定管の管軸方向へ移動さゼると共に前記旋回アーム
の旋回中心を被測定管の管軸と同一直線」二に位置決め
すべく旋回アームを三次元的に移動させる手段と、前記
距離センサの検出データに基づき被測定管の形状を求め
る演算部とを具備する。

〔作用〕

本発明方法及び装置にあっては、距離セン→ノ゛は被測
定管の外周面及び／又は内周面に対向して旋回及び管軸
方向へ移動するのみであって、測定作業が効率的で誤差
要因も少ない。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて具体的に説明する。

第１図は本発明に係る管形状の測定方法を本発明に係る
管形状の測定装置を用いて実施している態様を示す模式
図、第２図は第１図のｎ−ｔｔ線による拡大側面図であ
り、図中１０は基台、１は第１の移動台、２は第２の移
動台、３ば旋回アーム、４．５はセンサ３１．　Ｓ２の
支持アーム、Ｐは被測定管を示している。

基台］０には第１図に示す如く被測定管Ｐの管軸と直交
する方向である紙面と直交する方向（これをＸ軸方向と
する）に、第１の移動台１に螺合貫通せしめた螺条杆７
を軸支してあり、基台ＩＯの外部に突き出した前記螺条
杆７の一端部に連繋したモータ旧の正、逆駆動によって
螺条杆７を回転させ、基台１０上で移動台１をＸ軸方向
の任意位置に移動位置決めし得るようになっている。　
第１の移動台１のＸ軸方向の位置は、モータＭ１に付設
したパルスジェネレータ等の検出器８による検出信号に
基づいて検出される。

第１の移動台１は被測定管Ｐの管軸と平行な方向である
前記螺条杆７と直交する方向（これをＸ軸方向とする）
に第２の移動台２を螺合貫通せしめた螺条杆９を軸支し
てあり、第２の移動台２の外部に突き出した螺条杆９の
一端部に連繋せしめたモータＭ２の正、逆駆動によって
螺条杆９を回転させ、第２の移動台２をＸ軸方向の任意
位置に移動位置決めし得るようになっている。第２の移
動台２のＸ軸方向の位置はモータＭ２に付設したパルス
ジェネレータ等の検出器１１による検出信号に恭づき検
出される。

第２の移動台２は被測定管Ｐの管軸と直交する上、下方
向（これをｙ軸方向とする）に軸支した螺条杆１３及び
その両側にこれと平行に配した一対のガイド杆１４．１
４を備えており、前記螺条杆１３に螺合貫通させたナツ
ト部材１５及び各ガイド杆１４１４に摺嵌せしめた摺動
駒１６．１Ｇに渡して支持筒１７を設け、螺条杆１３の
一端に連繋したモータＭ３の正逆駆動によって、支持筒
１７を上、下の任意位置に移動位置決めし得るようにし
である。支持筒１７のｙ軸方向の位置はモータ旧にイ」
設した検出器１２の検出値に基づき検出される。

支持筒１７内には一端部にモータＭ４を連繋させた回転
軸１８を挿通し、その他端部に旋回アーム３を装着して
あり、モータＬの駆動によって回転軸１８を回動し、旋
回アーム３及びこれに付設した距離センサＳ１．　Ｓ２
の支持アーム４，５を回転せしめ得るようになっている
。回転軸１８の回転角度はモータＭ４に付設した角度検
出器２０の検出信号に基づき検出される。

旋回アーム３には第２図に示す如く回転軸１８と直交す
る向きに夫々支持アーＬ４，５に螺合貫通させた一対の
螺条杆２１２２が前記回転輪１８と直交する向きに軸支
されており、その各一端部には夫々モータ？Ｉ５．　Ｍ
６が連繋せしめられ、各モータＭ５Ｌ、の正、逆駆動に
よって回転軸１８の軸心線から各支持アーム４，５に至
る距離Ｒ８，Ｒ８（第３図（ロ）参照〕を任意に設定し
得るようになっている。　回転軸１８の軸心線に対する
各支持アーム４５の距離Ｒ，，Ｒ，は各モータＭ、、、
　Ｍ、にイリ設した検出器２５．２６の検出信号に基づ
いて検出される。

各支持アーム４．５は旋回アーム３から先端部をその前
方に巾］　＆ノて回転軸１８と平行に突き出した状態で
夫々基端部を螺条杆２Ｌ　２２に螺合せしめられており
、各先端部には光変位計等で構成された距離センサＳ１
．　Ｓ２が設けられている。距離センサＳ、、　Ｓ２に
ついては光変位計に限らず非接触型の構造であればよい
。

一方の支持アーム４は例えば四角筒形に形成されており
、その内側には第３図（イ）に示すように先端部側から
内筒４ａを摺嵌せしめ、その先端部に距離センサＳ１を
取り付けである。この内筒４ａには支持アーム４に固定
した例えば油圧シリンダ４ｂのロンドを連繋せしめてあ
り、油圧シリンダ４ｂの駆動によって支持アーム４に対
して内筒４ａを伸縮操作し、距離センサＳ１のみを被測
定管Ｐの外周面に臨ませ得るようになっている。

２３は距離センサＳ＋、　Ｓ２を較正するための標準体
であり、被測定管の管端部形状に合わせた既知寸法仕様
を有する筒状に形成されており、軸心線を水平にした状
態でアーム２４の先端部に装着され、アーム２４の基端
部は基台１０の取付台に軸支してあり、第２図に示す如
く常時は実線で示す位置に待機せしめられ、測定作業の
開始に先立って破線で示す位置に回動され、この標準体
２３に対する測定を行うことによって距離センサＳ、、
　Ｓ２の較正を行うようになっている。

被測定管Ｐは螺条を形成すべき管端部はその内径を縮小
して及び／又は外径を拡大して厚肉化せしめてあり、正
面視でＶ形をなす受台２７上に支持される。

３０は演算器であって、支持アーム４．５先端に取り付
けられた距離センサＳ、、　Ｓ２の検出信号、並びに各
モーター〜Ｍ６にイ」設の各検出器８，１１１２，２０
゜２５．２６の検出信号を取り込み、被測定管Ｐの管端
部形状、内、外径、肉厚を算出し、また形状の良否を判
定し、信号を図示しない記録器等に出力するようになっ
ている。

而してこのような本発明装置を用いて管形状を測定する
方法について具体的に手順を追って説明する。

標準体２３を第２図に示す待機位置から調整位置に回動
し、この標準体２３に対する形状測定を行う。

調整位置にある標準体２３の軸心線位置は既知であるか
ら、この軸心線と同一直線上に回転軸１８の軸心、換言
すれば旋回アーム３の旋回中心が位置するようＸ軸、ｙ
軸方向に第１の移動台１及び支持筒１７を移動調節した
後、標準体２３の内径、外径に基づき、距離センサＳ１
は標準体２３の外周面から所定位置に、また距離センサ
Ｓ２は標準体２３の内周面から所定位置に臨ませ得るよ
う両支持アーム４５夫々を移動位置決めする。次いで第
２の移動台２を２軸方向に移動し、距離センサＳ、及び
Ｓ２が標準体２３の端部に臨んで標準体２３の端部が検
出されると、そのときの２軸方向位置から予め定めた寸
法だけ第２の移動台２を更に前進させて停止する。

この状態においては、支持アーム４は標準体２３の外側
に、また支持アーム５は標準体２３の内側に位置し、距
離センサＳ、は外周面に、また距離センサＳ２は内周面
に夫々対向位置せしめられている。

旋回アーム３を間欠的（又は連続的）に回転し、標準体
２３の周方向複数個所で標準体２３の内、外周面迄の寸
法を測定する。次いで旋回アーム３を標準体２３の軸心
方向に位置をずらしつつ同様にして測定を行う。

距離センサＳＩ、　Ｓｔの検出データに基づき演算器３
０にて標準体２３の内、外径、肉厚、テーバ部の距離等
を求め、標準体２３の既知値と対比し、標準体２３の既
知値と一致するよう距離センサＳ、、　Ｓ２のオフセッ
ト値を調整し、一致すれば第２の移動台２を元の位置に
戻すと共に標準体２３を待機位置に戻し、被測定管Ｐを
受台２７上に載置してこれに対する測定を開始する。

先ず、被測定管Ｐの公称外径、肉厚、並びにアプセット
部の公称外径、肉厚（又は内径）等のデータを演算器３
０に入力する。演算器３０はこれら入力データに基づい
て被測定管Ｐの管軸位置を、例えば受台２７等に定めた
基準点からの寸法として算出すると共に、この管軸位置
に旋回アーム３の旋回中心、即ち回転軸１８の軸心線を
一致させるべくモータＭ１．トを駆動して螺条杆７，１
３を回転させ旋回アーム３を移動位置決めする。

続いてモータＭ５．　Ｍｂを駆動して螺状杆２１．２２
を回転させ両支持アーム４，５を移動位置決めする。

旋回アーム３の旋回中心から支持アーム４，５までの夫
々の距離Ｒ８，Ｒ８は下記（１）式及び（２）式で夫々
与えられる。

ｍ Ｒｏ　　−＋に、　　　・・・・・（１）Ｒ，＝　　　
　　　　　　　　＋に２　　　　　・・・・・・（２）
但し、Ｄｍ　：アプセノト部公称外径 ｄｍ　：アプセット部公称内径 に＋、に２　：距離セン→ノＳ＋、　Ｓｚの測定可能範
囲中心（オフセット値） 次に油圧シリンダ４ｂを作動して内管４ａを第３図（イ
）に示すように前方に突き出し、距離センサＳ、を管端
から例えば１０ｍｍ程度の位置に移動位置決めする。こ
れによって距離センサＳ１は被測定管Ｉ）の外周面の所
定位置に所定距ｌｌｉＩＩＭ隔して対向せしめられるこ
とになる。

この状態で旋回アーム３を略１回転（最低限２７０゜回
転させ、この間９０°回転する毎に距離センサＳの検出
データを取り込み、これらの検出データに基づいて被測
定管Ｐの管端におＧ）る管軸位置を演算器３０で算出す
る。管軸位置は第４図に示ず如く距離センサＳ１でｙ軸
方向においてＸａ、Ｘｂまたｙ軸方向においてＹａ、Ｙ
ｂの検出データを得たとすると、（Ｘａ−Ｘｂ）／２．
　（Ｙａ−Ｙｂ）／２から夫々管軸位置の座標が求まる
からこれを基準点からの距離として求める。

また、同時に公称外径との差を求めると共に被測定部Ｐ
の管端部形状の異常な変形の有無を検出する。公称外径
との差が異常に大きいとき、異常な変形か認められると
き、公称外径に基つく管軸位置と前述のようにして求め
た管端にお４ノる管軸位置のずれか大きい、即ら管端部
りが大きいときは、２　アーム５を被測定管Ｐ内に挿入
しようとしたとき距離センサＳ２が管端部に衝突するお
それがあるため、被測定管Ｐを交換するか、或いは目視
にて確認しっ１）支持アー１．４．５の位置を修正して
測定を手動的に行う。

管端部に異常な変形等かないと判断されときは油圧シリ
ンダ旧）を退入させて、距離センサーＳ１を第１図に示
す位置に戻した後、改めてモータＭ＋３Ｍ３を駆動して
旋回アーム３の旋回中心が被測定管Ｐの管端における管
軸位置と同一直線」二に位置するように修正位置決めす
る。その後、モータＭ２を駆動し−Ｃ第２の移動台２を
前進させる。これによって各支持アーム４，５の距離セ
ンサＳｌ、Ｓ２が被測定管■〕の内、外周面と対向し、
距離セン’ｊ’ｓ＋、Ｓ２がスケールオフの状態から管
端部内、外周壁までの距離の測定が可能な距離に達する
と、このときの位置を管端部と判断し、測定を開始する
。

この時は第３回（ロ）に示ず如く支持アーＪ、４は被測
定管Ｐの外側に臨み、また支持アーム５（，１被測定管
Ｐの内側に挿入され、距離センサＳ１は被測定管Ｐの外
周面に、また距離セン′ＩＪ’　Ｓ　ｚは被測定管Ｐの
内周面に夫々対向して位置する。この状態で更にモータ
Ｍ２を駆動して管端部位置から所定＝Ｊ法被測定管Ｐの
中間部側に移動しつつ距離センサＳ、、Ｓ２を通して検
出信号を読の取る。

その後旋回アーム３を、例えば９０°旋回さ−１た後支
持アーム４，５を後退させ、この間において逐次被測定
管Ｐの外周面、内周面に対する距離測定を行い、これを
繰り返す。

被測定管Ｐの外径、内径は賀軸周りに１８０°隔てた両
位置からの検出データに括づき下式に従って算出する。

（被測定管Ｐの外径） ２Ｉマ。　　（１８０°隔てられた２点の距離測定値の
和） （被測ボＴｌＰの内径） ２　Ｒ，＋　　（１１１０°隔てた２点の距離測定値の
和）（肉ｊ￥値） （Ｒ，距離センサＳ、に基つく測定値）（Ｒ，」距離セ
ンサＳ２に基つく測定値）［数値例］ 第５図は本発明方法及び装置を用いて測定した被測定管
の管端部の測定値を図示しており、ｔｌは管端部の肉厚
、［２は管本体部分の肉厚である。

この図面から明らかなように管端部内周面に測定精度確
認のために設ｉＪた凹溝等の形状が確実に検出されてい
ることが解る。

（発明の効果〕 以にの如く本発明方法及び装置にあっては被測定管の公
称外径、肉厚又は内径等に基づいて被測定管の管軸位置
を求めＣごごにアーム旋回中心のセンタリングを行い、
管軸中心と距離センサの旋回中心とのイ◇ｉηずれを求
め、旋回中心の修正を行った後、管形状の測定を行うか
ら距離セン→ノ゛と、被測定管との接触等の不都合を招
来することなく、また機械的なバックラッシュ等に影響
されることなく形状測定を正確且つ迅速に行い得る等本
発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を本発明装置を用いて実施している
態様を示す模式図、第２図は第１図のｌ］■線方向から
みた側面図、第３図（イ）はイｆ形状の測定の態様を示
す説明図、第３図（ロ）はｐ備測定の態様を示す説明図
、第４図は被測定管の管軸値Ｈｇを求める説明図、第５
図は測定結果を示す説明図、第６，７図は従来方法の説
明図である。 ■・・・第１の移動台　　２・・・第２の移動台３・・
・旋回アーム　　　　４，５・・・支（）アート７・・
・螺条杆　　８・・・検出器　　９・・・螺条１［１０
・・・基台　　１３・・・螺条杆　　１４・・・ガイド
本１特　許　出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁
理士　河　　野　　登　　人（外２名） ■９ （ロ） 図 弔 図 弔 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、支持アームに取り付けた距離センサを被測定管の表
   面に対向させて移動し、被測定管の形状を測定する方法
   において、 測定位置にセットした被測定管の公称外径 に基づき基準点に対する被測定管の管軸位置を求め、こ
   の管軸位置と同一直線上に支持アームの旋回中心を位置
   させ、距離センサを被測定管の外周面及び／又は内周面
   と対向させた状態でその周りに回動させ、距離センサの
   検出データに基づき被測定管の管軸位置を求め、この管
   軸位置に支持アームの旋回中心を移動修正した後、支持
   アームを旋回させ、また管軸方向へ移動して距離センサ
   の検出データを求め、これに基づき管形状を測定するこ
   とを特徴とする管形状の測定方法。 ２、被測定管の管端部に対向して回転駆動せしめられる
   旋回アームと、先端部側を前方に突き出した状態で基端
   部側が前記旋回アームに該旋回アームの旋回中心に対し
   て遠近移動可能に支持され、旋回アームを被測定管の管
   軸に沿って管端部に接近させたとき被測定管の外周面及
   び／又は内周面に臨む支持アームと、該支持アームに取
   り付けられ被測定管の外周面又は内周面と対向せしめら
   れて外周面又は内周面までの距離を検出する距離センサ
   と、該距離センサを被測定管の管軸方向へ移動させると
   共に前記旋回アームの旋回中心を被測定管の管軸と同一
   直線上に位置決めすべく旋回アームを三次元的に移動さ
   せる手段と、前記距離センサの検出データに基づき被測
   定管の形状を求める演算部とを具備することを特徴とす
   る管形状の測定装置。