JPH03296613A - 鋼管外径測定装置 - 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］ この発明は鉄鋼製造ラインなどにおいて製造される鋼管
の外径を超音波を用いて測定し、管理するための鋼管外
径測定装置に関するものである。

［従来の技術］ 鉄鋼製造業などにおいては、シームレス鋼管や電縫鋼管
、００鋼管などいろいろな種類の鋼管が製造されている
が、これらの鋼管の外径を知ることは製品の品質保証上
重要なことであり、その測定結果は出荷検査や製造過程
へのフィードバックに使用されることが多い。

従来から鋼管の外径を測定するために種々の方法が試み
られている。最も単純な手法としては人間が余尺などの
道具を使用して直接測定するものであるが、効率的とは
言えない。一方１人間の手を介さずに自動的に測定する
装置も各種の手法が開発され、実際に製造ラインに導入
されてきている。

第４図は従来の鋼管外径測定装置の一実施例を示したも
のであり１図において（１）は鋼管、（Ｉｔ）は投光部
、　（１２）は受光部、（１３）は光束である。いま投
光部（Ｉｆ）からは常時平行な光束（１３）が出力され
ており、鋼管（１）をはさんで反対側に対向して受光部
（１２）が配置されている。光束（１３）は鋼管（１）
によって遮られる部分は受光できないが、他の部分は通
過するため受光部（１２）で検知される。受光部にはイ
メージセンサ−などが使用され、光が遮られた幅りを知
ることによって鋼管（１）の外径を測定することができ
るものである。

一方、第５図は従来の鋼管外径測定装置の他の実施例を
示したものであり１図において（１）は鋼管（２）は超
音波探触子、（５）は超音波探触子（２）に送信パルス
を出力し、かつ超音波探触子からの信号を受信し増幅す
るための送受信部である。いま鋼管の中心に対して向か
い合うように一対の超音波探触子（２）が配置されてお
り、送受信部（５）から送信信号によって駆動されるこ
とで、それぞれの超音波探触子は鋼管に向かって超音波
を送信する。鋼管の表面で反射されてくる超音波を再び
超音波探触子で受信することによって、超音波の伝搬時
間を基に超音波探触子と鋼管表面との距離ｄ１およびｄ
２を求めることができる。二つの超音波探触子間の距離
Ｐは既知の固定値であり、ｍ管の外径りは下式で算出す
ることができる。

Ｄ＝Ｐ−（ｄ１＋ｄ２）　　　　　・・・・・・（１）
上記においては超音波を使用した例で説明したが鋼管表
面までの距離を測定できるものであれば何でもよく、他
に機械的な測定器や磁気センサーなども同様の目的で使
用されることがある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の鋼管外径測定装置において、第４図の光学式測定
装置の場合はセンサーの数を鋼管の最大外径に合わせて
保持する必要があり、測定分解能を高くしようとする程
その数も多くなるため装置は高価なものとなる。また、
光学式であるがために塵埃などの周囲の環境に影響を受
けやすいという欠点がある。一方、第５図の超音波式測
定装置の場合はセンサー数は少なくてすむが、原理上各
センサーは必ず鋼管の中心を向いていることが必要であ
り、外径が変化しても測定可能とするためには鋼管とセ
ンサーとの芯合わせ機構を具備せねばならないため、や
はり高価なものとなりがちである。

この発明はかかる課題を解決するためになされたもので
あり、鋼管の外径が大きくなってもその測定が比較的容
易で、しかも安定した結果が得られる装置を提供するも
のである。

「課題を解決するための手段］ この発明に係る鋼管の外径測定装置は、超音波の表面波
を利用し送信用探触子と受信用探触子とを鋼管の表面に
接触させ１両方の探触子間の超音波の伝搬時間から鋼管
の外径を算出するようにしたものである。

［作用］ この発明においては、送信用超音波探触子によって表面
波を鋼管の表面に入射し２その超音波は鋼管の表面にそ
って伝搬していく。鋼管をほぼ一周した超音波は受信用
超音波探触子によって受信され、その間の伝搬時間から
鋼管の外径を求める。

［実施例］ 以下、この発明による実施例を添付図面を参照して詳細
に説明する。

第１図はこの発明に係る鋼管外径測定装置を示したもの
であり１図において（１）は測定される鋼管（２Ｔ）は
表面波送信用超音波探触子、　（２Ｒ）は表面波受信用
超音波探触子、　（３Ｔ）は送信用探触子（２Ｔ）を保
持する探触子ホルダー、　（’３Ｒ）は受信用探触子（
２Ｒ）を保持する探触子ホルダー、　（４Ｔ）、　（４
Ｒ）はそれぞれ超音波探触子（２Ｔ）、　（２Ｒ）と送
受信部（５）とを接続しているケーブル、　（５Ｔ）は
超音波探触子（２Ｔ）に送信用電気パルスを出力する送
信部、　（５Ｒ）は超音波探触子（２Ｒ）からの受信信
号を受信し増幅するための受信部、（６）は送信部や信
号処理部に送信タイミングや処理クロックを与える基準
クロック発生部、（７）は送受信部（５）からの送信時
刻信号および受信時刻信号を受け、その間の時間を基準
クロック発生部（６）からの基準クロックを基にカウン
トする伝搬時間測定部、（８）は伝搬時間測定部（７）
からの伝搬時間によって鋼管の外径を算出する外径演算
部である。

いま、第１図のように構成された鋼管外径測定装置にお
いて、基準クロック発生部（６）から与えられた送信タ
イミングによって、送信部（５丁）は送信用電気パルス
を発生し、それはケーブル（４丁）を介して送信用超音
波探触子（２丁）に伝えられる。超音波探触子（２Ｔ）
は電気パルスを超音波に変換し、その超音波Ｕは鋼管（
１）の表面を伝搬し、外周に沿って受信用超音波探触子
（２Ｒ）の位置に到達する。超音波探触子（２Ｒ）では
受信した超音波を再び電気信号に変換し、ケーブル（４
Ｒ）を介して受信部（５Ｒ）で増幅された後、伝搬時間
測定部（７）へ伝えられる。

上記伝搬時間測定部（７）においては、送信部（５Ｔ）
より送信パルスのタイミング、受信部（５Ｒ）より受信
エコーのタイミングをもらい１両タイミング間で基準ク
ロックをカウントすることによって、その間の伝搬時間
ｔを得ることができる。この伝搬時間ｔは外径演算部（
８）に伝えられるが、そこではまず既知である表面波の
鋼管内での音速Ｖを使って送信用超音波探触子（２丁）
と受信用超音波探触子（２Ｒ）との間の超音波の伝搬し
た距離Ｘ（長尺側）が下式によって求められる。

Ｘ＝Ｖ−ｔ　　　　　　　　　　・・・・・・（２）い
ま送信用超音波探触子（２Ｔ）と受信用超音波探触子（
２Ｒ）間の短尺側間隔（超音波の伝搬しない距離）Ｙは
既知の一定値であり１両者を加算することによって、鋼
管（１）の外径は結局下式で得られることになる。

Ｄ＝Ｘ＋Ｙ　　　　　　　　　・・・・・・（３）ここ
で、上記の説明においては鋼管内での表面波音速Ｖは既
知であるものと考えたが、実際には温度や材質などによ
って変化し、一定ではない。

第２図はこのような状況に対応するために成されたこの
発明による実施例で９図において（１）〜（８）は第１
図と同一部分で、（９）は超音波伝搬時間と実測距離か
ら予め実際の音速を算出する音速演算部である。

いま、超音波による鋼管の外径測定を開始する前に、送
信用超音波探触子（２丁）と受信用超音波探触子（２Ｒ
）との間の距離（長尺側）は余尺などを使って測定すれ
ば、そのときの正確な値を知ることは簡単である。その
実測距離Ｘ。と伝搬時間測定部（７）からの伝搬時間ｔ
。を入力することで、音速演算部（９）においては下式
で実際の音速が求められる。

Ｖ、＝Ｘ、ハ。　　　　　・−・・・・（４）以後の外
径測定においてはここで求めた音速を使用することで、
はり同じ条件下にある鋼管に対しては外径演算部（８）
においてより正確に外径値を算出できるようになる。

一方、鋼管の温度Ｔや材質Ｍや外径値りが、しばしば大
きく変化する場合は実音速Ｖ。も常に変化するため、前
記の手法は手間がかかり、採用し難いものとなろう。そ
こで考えられたこの発明によるもう一つの実施例が第３
図に示されたものである。図において（１）〜（９）は
第２図と同一部分で（１０）は音速演算部（９）に対す
る条件設定部である。

上記の条件設定部（１０）からは測定される鋼管の温度
Ｔや鋼種（材質）Ｍ、公称外径値りが変わる度にリアル
タイムで音速演算部（９）に設定される。

いま音速演算部には予め上記の条件と音速との関係を実
測したデータをテーブルとして保持しておき、刻々の設
定条件に対応した上記テーブル内の音速値を使用して外
径を演算することで、温度や鋼種、外径（公称値）など
の条件が変わっても常に正確な外径値を算出することが
できる。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば表面波の送信および受
信用超音波探触子を鋼管表面に接触させることで容易に
外径値が得られ、しかも極めて短時間で測定できるため
、操作が簡単で、オンラインでの自動測定装置としても
採用しやすいという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による鋼管外径測定装置の一実施例を
示す図、第２図および第３図はこの発明による鋼管外径
測定装置の他の実施例を示す図。 第４図および第５図は従来の鋼管外径測定装置を説明す
るための図である。 図において、（１）は鋼管、　（２Ｔ）は表面波送信用
超音波探触子、　（２Ｒ）は表面波受信用超音波探触子
。 （３Ｔ）および（３Ｒ）は探触子ホルダー、　（４Ｔ）
および（４Ｒ）はケーブル、（６）は基準クロック発生
部、（７）は伝搬時間測定部、（８）は鋼管の外径演算
部、（９）は音速演算部、　（１０）は条件設定部、　
（１１）は投光部（１２）は受光部、　（１３）は光束
である。 なお１図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼管の表面に接触する表面波送信用超音波探触子
   および表面波受信用超音波探触子と、探触子への送信信
   号の発生および探触子からの受信信号を増幅する送受信
   部と、上記送受信部と探触子とを接続するケーブルと、
   上記探触子を保持し鋼管に接触させるための探触子ホル
   ダーと、上記送受信部に接続され送信信号と受信信号と
   の間の時間を計測する超音波伝搬時間測定部と、この測
   定部で得られた伝搬時間から鋼管の外径を算出する外径
   演算部とを具備したことを特徴とする鋼管外径測定装置
   。
2. （２）外径測定の前に、表面波送信用超音波探触子と表
   面波受信用超音波探触子の間の実距離を測定し、その値
   と伝搬時間とから表面波の音速値を求め、以後その音速
   値で管周距離を演算することを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載の鋼管外径測定装置。