JPH116727A - 円筒形ワークの外形検査用接触式センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】外乱要素に起因する検出誤差がないのはもとよ
り、円筒形ワークの位置決め精度の緩い設定を可能とし
ながらも、ワーク外周面の変形量を正確に、かつ効率よ
く検出することができるようにする。 【解決手段】管体Ｗの外周面に接触可能な接触ローラ３
４を管体Ｗの径方向に直線的に移動変位自在に支持する
可動板３５を介して該接触ローラ３４を管体Ｗの外周面
側に押付け付勢するシリンダ３８を設け、このシリンダ
３４を介して管体Ｗの外周面側に押付け付勢された接触
ローラ３４を管体Ｗの周りに回転移動させる時の可動板
３５の径方向の移動量を検出するように構成されてお
り、接触ローラ３４が、その軸線方向の一端部に形成さ
れた環状先鋭突起部３４ａとそれよりも小径で軸線方向
に広幅な円柱状部３４ｂとを有する形態に構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば鋼管などの
円筒形ワークの製造工程において楕円形状などに変形し
た円筒形ワークの外周面形状を検査し、その検査結果に
基づいて円筒形ワークの外形を所定の真円形状に自動矯
正等するために使用される円筒形ワークの外形検査用接
触式センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼管などの円筒形ワークの外形状を検査
するためのセンサとして、従来一般的には、レーザーセ
ンサなどの非接触式センサが用いられていたが、このよ
うな非接触式センサを用いる場合は、円筒形ワークの外
周面が非常に細かい凹凸や不規則な凹凸を有する状態の
ものであったり、あるいは、各種の色相が混在する状態
のものであったり、要するに外乱要素を持つものである
と、測定誤差を招いて検査精度が非常に信頼性の乏しい
ものとなる。

【０００３】そこで、非接触式センサに代えて、円筒形
ワークの外周面に接触可能な接触ローラを有し、この接
触ローラをワークの外周面に押付けた状態でワークの周
りに回転移動させ、このとき、ワーク外周面の変形に応
じて径方向に移動するローラ支持部の移動量を検出する
ことで、円筒形ワークの外周面の変形量を検出するよう
にした接触式センサを用いることも従来から知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら用いられている接触式センサは、その先端接触子とな
る接触ローラがその軸線方向の全長に亘って同一径の円
柱状周面の形態に形成されたものであった。そのため
に、ワーク外周面の変形量を正確に検出するためには、
接触ローラをその円柱状周面の全域がワーク外周面に密
着するように押付けることが必要条件となり、その条件
をクリアするためには、円筒形ワークの位置決め精度を
非常に高くすることを要し、その結果、ワーク位置決め
装置として、構造的に非常に複雑で、かつ精巧なものを
設置することが必要で、検査装置全体が非常に高価にな
るという問題があった。

【０００５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、円筒形ワークの位置決め精度の緩い設定を可能とし
ながらも、ワーク外周面の変形量を正確に、かつ能率よ
く検出することができる円筒形ワークの外形検査用接触
式センサを提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る円筒形ワークの外形検査用接触式セン
サは、円筒形ワークの外周面に接触可能な接触ローラ
と、この接触ローラを上記円筒形ワークの径方向に直線
的に移動変位自在に支持するローラ支持部と、このロー
ラ支持部を介して上記接触ローラを上記円筒形ワークの
外周面側に押付け付勢する押付け付勢機構と、この押付
け付勢機構による付勢力によって上記円筒形ワークの外
周面側に押付け付勢された上記接触ローラを上記円筒形
ワークの周りに回転移動させる時の上記ローラ支持部の
径方向の移動量を検出して円筒形ワークの外周面の変形
量を検出する手段とを備えてなる円筒形ワークの外形検
査用接触式センサであって、上記接触ローラが、その軸
線方向の一端部に形成された環状先鋭突起部とそれより
も小径で軸線方向に広幅な円柱状部とを有する形態に構
成されていることを特徴とするものである。

【０００７】上記構成の円筒形ワークの外形検査用接触
式センサによれば、円筒形ワークの外周面のうち、例え
ば軸線方向の幅が小さいフランジ部などの外形を検査す
るときは、接触ローラの周面のうち広幅な円柱状部をワ
ーク外周面に押付けてワークの周りに回転移動させるこ
とによって、軸線方向に広い外周面部の変形量を一挙に
正確に検出することが可能であり、また、軸線方向の幅
が非常に大きい外周面部の外形を検査するときは、接触
ローラの周面のうち環状先鋭突起部をワーク外周面に局
所的に押付けてワークの周りに回転移動させることによ
って、ワーク外周面の変形量を線状に分割して検出する
ことが可能であり、これによって、円筒形ワークの位置
決め精度が多少悪くとも各部の検査を正確に、かつ、で
きるだけ能率よく行わせることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明に係る円筒形ワーク
の外形検査用接触式センサを含むワーク矯正設備の全体
レイアウトを示す概略側面図、図２はその概略平面図で
あり、このワークの外形検査・矯正設備は大別して、円
筒形ワークの一例として直管部Ｗ１の軸芯方向の一端側
に大径フランジ部Ｗ２を有する管体Ｗをその中心線ＣＬ
が水平姿勢にある状態に受止め支持して水平レール１で
構成される一定水平経路に沿って上記中心線ＣＬの方向
に往復走行する走行台車２と、この走行台車２の走行方
向に沿って近接状態に並設された管体外形自動矯正装置
３及び管体Ｗの外形検査装置４とから構成されている。

【０００９】上記走行台車２は、前後それぞれに上記レ
ール１に転載される左右一対づつの走行車輪５，５を軸
支した台枠６と、この台枠６の前後位置それぞれに左右
一対づつ設けた油圧式リフター７，７を介して台枠６に
対して昇降自在に連設された前後一対の昇降枠８，８
と、軸受９，９を介して回転可能に軸支された左右一対
の管体受止め支持用ローラ１０，１０と、上記走行車輪
５，５をチェーンなどの無端伝動具を介して回転駆動可
能な走行用駆動モータ１１と、後述する管体楕円自動矯
正時において上記管体受止め支持用ローラ１０，１０の
一つを回転駆動させて該ローラ１０，１０上に受止め支
持されている管体Ｗをその中心線ＣＬの周りに回転駆動
させる管体回転用モータ１２とを備えている。

【００１０】上記管体外形自動矯正装置３は、上記走行
台車２の通過を許すように固定設置された正面視形状が
門形の固定枠体１３と、この固定枠体１３の左右一対の
縦枠部１３ａ，１３ａ間の中央位置に相当する地下部に
形成したピット１４内に縦姿勢に収納された油圧シリン
ダ１５を介して昇降駆動可能に構成され、上昇姿勢にお
いて管体Ｗの下端外周面部分に下方から当接される管体
矯正用支持具１６と、上記固定枠体１３の左右一対の縦
枠部１３ａ，１３ａ間の上方部に円周方向に間隔を隔て
てその円中心部に向けて出退駆動自在に配置され、後述
する外形検査装置４による検査データ基づく管体Ｗの中
心線ＣＬに向けての進出作動時に管体Ｗの外周面を押圧
する複数の管体外形矯正用押圧具１７とを備えている。

【００１１】上記管体Ｗの外形検査装置４は、図３に示
すように構成されている。即ち、上記台車２の通過を許
すように固定設置された正面視門形の固定枠１８に、円
周方向の一部、具体的には中心角度９０°の範囲に亘る
切欠部１９を有する円環状の回転枠２０を、図４および
図５に明示するように、その下部の中心角度９０°に亘
る部分が切欠かれて上記固定枠１８に固定された円環状
のＬＭレール２１とこのＬＭレール２１も抜出不能に嵌
合された複数の摺動片２２とを介して、その中心周りに
回転可能に支持させている。この円環状回転枠２０の円
周方向に等距離を隔てた複数箇所、具体的には中心角度
が９０°毎の周方向距離を隔てた箇所には、管体Ｗの外
周面との間の距離を検出する４個の接触式センサ２３が
ブラケット２４を介して上記回転枠２０の回転中心に向
かう径方向姿勢で取り付けられている。

【００１２】また、上記円環状回転枠２０の外周部で上
記門形固定枠１８の左右一対の縦枠部１８ａ，１８ａの
うち一方の縦枠部１８ａの上下中間位置には、正面視略
矩形の支持枠２５が固定されており、この支持枠２５に
図６〜図８に示すように、３個のスプロケット２７，２
８，２８が二等辺三角形の各頂点に配置されているとと
もに、そのうち１つのスプロケット２７がサイクロ減速
機付モータ２６の出力軸２６ａに直結されて該モータ２
６の正逆転切替えに応じて正逆駆動回転自在に構成され
ている。上記円環状回転枠２０の外周面で上記切欠部１
９の一端側に近い箇所とそれから円周方向に離れた箇所
との２箇所に両端が固定係止されたローラチェーン２９
の途中部分が上記３個のスプロケット２８，２７，２８
に屈折状に掛架されており、以上の各構成によって、上
記モータ２６の正逆転切替えに応じて上記円環状回転枠
２０を上記接触式センサ２３の隣接周方向距離に相当す
る中心角度９０°の範囲に亘って往復回転駆動させる回
転駆動機構が構成されている。なお、上記３つのスプロ
ケット２７，２８，２８のうち１つのスプロケット２８
を取り付けた回転軸２８ａの端部には、円環状回転枠２
０の回転角度を検出するエンコーダ３０が連結されてい
る。また、上記円環状回転枠２０の外周部には、回転停
止時のオーバーランストッパーおよび原点停止オーバー
ランストッパーが固定されているとともに、これらスト
ッパーが当接する当たり部材が上記固定枠１８側に固定
されているが、これらについての図示は省略する。

【００１３】上記各接触式センサ２３は図９〜図１１に
示すように構成されている。即ち、上記管体Ｗの外周面
に対する接触子となる接触ローラ３４をその軸芯周りに
回転可能に支承している可動板３５（ローラ支持部の
例）が、ハイボニックギヤモータ３１およびラックジャ
ッキ３２からなる段取用ギャッキ３３を介して該段取用
ギャッキ３３の両側に配置したガイドシャフト３６およ
びスライドシフター３７によりスライドガイドされる状
態で上記円環状回転枠２０の径方向に直線的に駆動移動
変位自在に構成されているとともに、径方向内方へ移動
変位させた状態で上記接触ローラ３４を管体Ｗの外周面
に押付け移動付勢するシリンダ３８（押付け付勢機構の
例）が設けられている。

【００１４】上記接触ローラ３４は、上記管体Ｗの直管
部Ｗ１を検査する時に該直管部Ｗ１の外周面の局所に押
付けられるように軸線方向の一端部に形成された環状先
鋭突起部３４ａと上記管体Ｗのフランジ部Ｗ２を検査す
る時に該フランジ部Ｗ２の外周面全域に押付けられるよ
うに上記環状先鋭突起部３４ａよりも小径で軸線方向に
広幅な円柱状部３４ｂとを有する形態に構成されてい
る。

【００１５】また、上記シリンダ３８の下側部には上記
接触ローラ３４の径方向の移動量を検出するポテンショ
ンメータ３９（変形量検出手段の例）が設けられ、この
ポテンションメータ３９により検出される上記接触ロー
ラ３４の径方向移動量と上記エンコーダ３０により検出
される円環状回転枠２０の回転角度とを取り込んで上記
管体Ｗの外周面形状および変形量を演算するとともに、
その演算結果を検査データとして保存し、この保存検査
データを上記管体外形自動矯正装置３における複数の管
体外形矯正用押圧具１６の作動量として出力するパソコ
ン（図示省略）が設けられている。

【００１６】次に、上記構成の管体の外形検査・矯正設
備の動作について簡単に説明する。まず、走行台車２の
管体受止め支持用ローラ１０，１０上にフランジ部Ｗ２
付管体Ｗをその中心線ＣＬが水平姿勢になるように受止
め支持させた上で、該走行台車２そレール１に沿って図
１の矢印ｘ方向に走行移動させることにより、該台車２
を上記管体外形自動矯正装置３における門形固定枠体１
３に対して潜り走行通過させる。そして、上記管体Ｗの
フランジ部Ｗ２が上記外形検査装置４における門形固定
枠１８および円環状回転枠２０の切欠部１９の直下位置
にまで到達された時点で上記走行台車２の走行移動を停
止する。

【００１７】この走行台車２の停止状態で油圧式リフタ
ー７，７を介して前後一対の昇降枠８，８を上昇させる
ことによって、上記ローラ１０，１０上に受止め支持さ
れている管体Ｗをその中心線ＣＬが上記円環状回転枠２
０の中心と合致するように上昇させて所定の検査態勢と
するとともに、上記外形検査装置４における段取用ジャ
ッキ３３を作動させて円周方向に等間隔で配置されてい
る４個の接触式センサ２３を上記円環状回転枠２０の径
方向内方に直線的に駆動移動変位させ、かつ、各接触式
センサ２３における接触ローラ３４の円柱状部３４ｂを
シリンダ３８を介して上記管体Ｗのフランジ部Ｗ２の外
周面全域に押付ける。

【００１８】続いて、上記外形検査装置４におけるサイ
クロ減速機付モータ２６を作動して３個のスプロケット
２８，２７，２８およびローラチェーン２９を介して上
記円環状回転枠２０を中心角度９０°の範囲に亘って図
３の矢印ａ方向に回転駆動させると、上記各接触式セン
サ２３における先端接触ローラ３４の円柱状部３４ｂが
管体Ｗのフランジ部Ｗ２の外周面に押付け状態のままで
回転移動する。

【００１９】このような円環状回転枠２０の回転駆動時
の回転角度がエンコーダ３０により検出されて、その検
出値が上記パソコンに取り入れられる一方、上記円環状
回転枠２０の回転駆動に伴う各接触式センサ２３の回転
移動時において、上記フランジ部Ｗ２の外周面の変形に
応じて各接触ローラ３４が径方向にそれぞれ各別に移動
し、それら接触ローラ３４の径方向の移動量がポテンシ
ョンメータ３９により検出されてその検出値が上記パソ
コンに取り入れられる。そして、それら両検出値の演算
によって上記管体Ｗのフランジ部Ｗ２における変形量お
よび外周面全体形状を判別するような検査が行われる。

【００２０】上記管体Ｗのフランジ部Ｗ２の検査が終了
したならば、上記サイクロ減速機付モータ２６を逆転さ
せて３個のスプロケット２８，２７，２８およびローラ
チェーン２９を介して上記円環状回転枠２０を中心角度
９０°の範囲に亘って図３の矢印ｂ方向に回転駆動させ
ることにより元の回転位置に復帰させるとともに、段取
用ジャッキ３３を逆方向に作動させて４個の接触式セン
サ２３を上記円環状回転枠２０の径方向外方に直線的に
駆動移動変位させて検出待機姿勢とする。次いで、上記
走行台車２を上記矢印ｘ方向に少し走行移動させて上記
管体Ｗの直管部Ｗ１の一部が上記外形検査装置４におけ
る門形固定枠１８および円環状回転枠２０の切欠部１９
の直下位置にまで到達された時点で上記走行台車２の走
行移動を停止する。

【００２１】この走行台車２の停止状態で、上記段取用
ジャッキ３３を再作動させて上記４個の接触式センサ２
３を上記円環状回転枠２０の径方向内方に直線的に駆動
移動変位させ、かつ、各接触式センサ２３における接触
ローラ３４の環状先鋭突起部３４ａをシリンダ３８を介
して上記管体Ｗの直管部Ｗ１の外周面の局所に押付け
る。それ以降は、上記フランジ部Ｗ２の検査の場合と同
様に、上記サイクロ減速機付モータ２６を作動して３個
のスプロケット２８，２７，２８およびローラチェーン
２９を介して上記円環状回転枠２０を中心角度９０°の
範囲に亘って図３の矢印ａ方向に回転駆動させて上記各
接触式センサ２３における先端接触ローラ３４の先鋭突
起部３４ａを管体Ｗの直管部Ｗ１の外周面に押付け状態
のままで回転移動させ、この時の円環状回転枠２０の回
転角度をエンコーダ３０により検出しその検出値を上記
パソコンに取り入れる一方、上記円環状回転枠２０の回
転駆動に伴う各接触式センサ２３の回転移動時に、上記
直管部Ｗ１の外周面の変形に応じた各接触ローラ３４個
々の径方向の移動量をポテンションメータ３９により検
出しその検出値を上記パソコンに取り入れ、それら両検
出値の演算によって上記管体Ｗの直管部Ｗ１における変
形量および外周面全体形状を判別するような検査が行わ
れる。

【００２２】そして、上記走行台車２を予め設定した位
置へ移動し停止させながら、上記と同様な動作を繰り返
すことにより、管体Ｗの直管部Ｗ１における変形量およ
び外周面形状の判別検査をその全長に亘って行なえるも
のであり、その結果として上記パソコンには管体Ｗの各
部における変形量および外周面形状のデータが保存され
ることになる。

【００２３】上記のようにして、管体Ｗ全長の各部にお
ける外形検査が完了した後は、上記走行台車２を上記管
体外形自動矯正装置３における門形固定枠体１３に対し
て予め設定した量ごとに移動し停止させ、その停止位置
において、管体回転用モータ１２を介して一つの管体受
止め支持用ローラ１０を回転駆動させて管体Ｗをその中
心線ＣＬの周りに所定角度づつ回転させながら、管体矯
正用支持具１６および複数個の管体楕円矯正用押圧具１
７を上記パソコンに保存されている検査データに基づい
て作動させることにより、製造過程等で発生した管体Ｗ
の変形が自動的に、かつ適正に矯正される。

【００２４】特に、管体Ｗを固定支持させるとともに、
その周囲に等間隔に配置した４個の接触式センサ２３を
管体Ｗの周りに回転移動させることにより、管体Ｗの円
周方向で４分割された外周面部分それぞれの変形量およ
び形状を検出するものであるから、図１２の（Ａ）
（Ｂ）（Ｃ）などのように、管体Ｗがどのように変形し
たものであっても、その外周面全体における変形量およ
び形状を精度よく検査し、検査後における管体の自動矯
正に必要な検査データを得ることが可能である。

【００２５】また、接触式センサ２３の接触ローラ３４
として、管体Ｗの直管部Ｗ１の外周面の局所に押付けら
れる環状先鋭突起部３４ａと管体Ｗの大径フランジ部Ｗ
２の外周面全域に押付けられる広幅な円柱状部３４ｂと
を有する形態のものを用いることによって、管体Ｗの位
置決め精度が多少悪くとも各部の検査を正確に行うこと
が可能であり、その分だけ管体Ｗの位置決め精度を緩く
設定することができるという利点を有する。

【００２６】なお、上記の実施の形態では、円筒形ワー
クとして、フランジ付管体を対象としたもので説明した
が、中実の円筒形ワークの外形検査にも適用可能であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接触式センサであることによって、円筒形ワークの外周
面が非常に細かい凹凸や不規則な凹凸を有する状態のも
のであったり、あるいは、各種の色相が混在する状態の
ものであったり、要するに外乱要素を持つものであって
も、それら外乱要素に起因する誤差の発生がなく、検査
精度の信頼性を高めることができるのはもとより、円筒
形ワークの外周面の形態に対応して接触ローラの円柱状
部と環状先鋭突起部とを選択使用することによって、ワ
ークの位置決め精度を緩く設定しながらも、ワーク外周
面各部の変形量をできるだけ効率よく、かつ、正確に検
出することができる。また、それゆえに、ワークの位置
決め装置として特別に複雑かつ精巧なものを用いる必要
がなく、検査装置全体の構造の簡単化および低コスト化
を図りやすいという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る円筒形ワークの外形検査用接触式
センサを含むワーク矯正設備の全体レイアウトを示す概
略側面図である。

【図２】図１の概略平面図である。

【図３】管体の外形検査装置の拡大正面図である。

【図４】図３の要部の拡大正面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図６】図３のＢ−Ｂ線に沿った要部の拡大横断平面図
である。

【図７】図３のＣ−Ｃ線に沿った要部の拡大側面図であ
る。

【図８】図３のＤ−Ｄ線に沿った要部の拡大縦断面図で
ある。

【図９】接触式センサの拡大正面図である。

【図１０】図９のＥ−Ｅ方向からの矢視図である。

【図１１】図９のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。

【図１２】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ各種変形状態
の管体の正面図である。

【符号の説明】

２３ 接触式センサ ３４ 接触ローラ ３４ａ 環状先鋭突起部 ３４ｂ 円柱状部 ３５ 可動板（ローラ支持部の例） ３８ シリンダ（押付け付勢機構の例） Ｗ 管体（円筒形ワークの例）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｂ 5/20 Ｇ０１Ｂ 5/20 Ｃ Ｋ (72)発明者 川原 聡 兵庫県尼崎市大浜町２丁目26番地 株式会 社クボタ武庫川製造所内 (72)発明者 中嶋 利和 兵庫県尼崎市大浜町２丁目26番地 株式会 社クボタ武庫川製造所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形ワークの外周面に接触可能な接触
   ローラと、 この接触ローラを上記円筒形ワークの径方向に直線的に
   移動変位自在に支持するローラ支持部と、 このローラ支持部を介して上記接触ローラを上記円筒形
   ワークの外周面側に押付け付勢する押付け付勢機構と、 この押付け付勢機構による付勢力によって上記円筒形ワ
   ークの外周面側に押付け付勢された上記接触ローラを上
   記円筒形ワークの周りに回転移動させる時の上記ローラ
   支持部の径方向の移動量を検出して円筒形ワークの外周
   面の変形量を検出する手段とを備えてなる円筒形ワーク
   の外形検査用接触式センサであって、 上記接触ローラが、その軸線方向の一端部に形成された
   環状先鋭突起部とそれよりも小径で軸線方向に広幅な円
   柱状部とを有する形態に構成されていることを特徴とす
   る円筒形ワークの外形検査用接触式センサ。