JPS59114406A - 管端形状の自動計測方法 - Google Patents

管端形状の自動計測方法

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JPS59114406A
JPS59114406A JP22456282A JP22456282A JPS59114406A JP S59114406 A JPS59114406 A JP S59114406A JP 22456282 A JP22456282 A JP 22456282A JP 22456282 A JP22456282 A JP 22456282A JP S59114406 A JPS59114406 A JP S59114406A
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sensor
steel pipe
straight
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measurement
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JP22456282A
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JPH0374323B2 (ja
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Shinichiro Kimura
新一郎 木村
Seiichi Watanabe
誠一 渡辺
Kazuyoshi Inouchi
井内 和義
Toshio Hirokawa
広川 登志男
Yoshihisa Nagahama
長浜 好久
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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】 本発明は、産業用ロボットによる鋼管々端形状の自動計
測方法特に該ロボットに装着した光ギャップセンサの走
査軌跡に関する。
鋼管の外、内径、真円度、肉厚などは鋼管品質を決定す
る重要な項目であり、鋼管相互の突合せ溶接を想定して
管端を開先加工したものはその開先形状も重要な品質評
価項目である。従来これらの測定は測定用治具、計器を
用いて人手により行なっているが時間がか−る、測定結
果にパラつきがある、単調な作業であるから人手確保に
難がある、等の問題がある。
本発明はか−る測定をロボットにやらせることにより上
記問題を解決し、そしてロホ・ノドに取付けたセンサの
移動軌跡を適切に選択することにより、高精度かつ迅速
な鋼管端面形状計測を可能にしようとするものである。
本発明の管端形状自動計測方法は、多関節ロボットの先
端に光ギヤソプセンザを取付け、該先端の位置を制御し
て該センサを、管の中心線を通る垂直面および水平面に
対して所定角をなす2つの直線に沿って鋼管管端部前方
を径方向に横切る4つの短い直線部と、該直線部の内、
外端を結んで1つの連続したバスとする経路と、該直線
部の外端から鋼管外周面に沿って鋼管長さ方向に延びる
短い第2の直線部からなる軌跡に沿って移動させ、この
移動中に前記第1゜第2の直線部で前記センサを動作さ
せて該センサと鋼管とのギャップ長を測定し、その測定
結果と該直線部の既知の座標位置情報とから鋼管内、外
径、真円度および開先形状等の管端形状を求めることを
特徴とするが、次に実施例を参照しながらこれを詳細に
説明する。
第1図は本発明の管端形状計測法の概要を説明する図で
、10は多関節ロボットで先端にセン、す20を取付け
られる。ロボット10は台座部12、この台座部に回動
自在に取付けられた第1腕部14、・該腕部14に枢着
された第2腕部16、該腕部16に枢着された第3腕部
18などからなり、センサ20に後述の軌跡に沿った移
動をさせることができる。センサ20は光ギャップセン
サで第2図に示すようにレーザ光源22、レンズ24゜
26、P−N−P半導体素子などからなるポジションセ
ンサ28、および信号処理回路30などからなる。34
はUO鋼管で、36はその溶接部である。38はターニ
ングローラで、鋼管34を、その管中心線を中心として
回転させる。
ギャップセンサ20の動作を説明すると、レーザ光源2
2より細く絞られたレーザ光32がレンズ24を介して
鋼管34の表面に投射されると、レーザ光32は該表面
で乱反射する。点線の橢円様ループ32aはこの乱反射
光の強度分布曲線を略示するものである。レンズ26は
この乱反射光の一部を集めてポジションセンサ28上に
結Illさせる。鋼管34が点線で示すように後退する
と乱反射光発生位置もそれに伴なって後退し、このとき
レンズ26が該乱反射光を集束してポジションセンサ2
8上に結像させる位置は点線で示すようにずれる。か\
る機能があるのでセンサ28上の結像位置と、センサ2
0および対象物34間距離との関係を予め求めておけば
、該結像位置から該距離を知ることができる。結像位置
が、センサ28の中心であれば左右に流れる電流値が等
しく、センサ28中心からずれた位置に結像すると左右
に流れる電流値に差を生ずる。信号処理回路30はその
方今の電流値の差を検出し、ギヤ・・プ距離に換算する
ことにより該距離を求める。
第3図はギャップセンサ20の出力の一例を示す。鋼管
34は突合せ溶接のため管端を開先加工されており、カ
ミる鋼管端に同図(Mlに示すようにギャップセンサ2
0が配置され矢印方向に移動してセンサ、鋼管間ギヤツ
ブの測定を行なう。同図(b)ば測定出力を示し、縦軸
にはセンサ移動距離を、横軸にはセンサ・被検体間距離
をとっている。図示のようにか\る測定結果は、管端形
状を表示してもいる。開先形状のうち寸法dはルートフ
ェース中、θはへベル角度と呼ばれこの第3図(b)の
測定出力から計測される。なおギャップセンサ20の測
定可能なギャップ長はそれ程大ではないので、センサ詳
しくはレーザビームの投射光が管端を外れたりしてギャ
ップ過大となると測定不能になる。
本発明はか\るセンサおよびロボットを用いて管端形状
を測定しようとするもので、第4図にセンサの移動軌跡
を示す。第4図(a)は斜視図で、34は前記鋼管、4
0が軌跡である。第4図(blは管端から見た軌跡40
を示す。これらの図に示されるように軌跡−40は第1
の直線部分AE、BF。
CG、DHと、これらの直線部分の内、外端を接続して
連続したパスとする線分AF、BG、CH。
ED(これはなくてもよい)と、第1の直線部分の外端
から鋼管34の外周面に沿ってその長さ方向に延びる第
2の直i部分AI、BJ、GK、DL (K、Lの位置
は図面では隠れてしまうがI。
J相当位置にある)からなる。第4図(b)で鎖線42
は管中心線を通る水平面をまた鎖線44は同垂直面を示
し、点線46’、4Bはこれらに45°をなす直線で、
軌跡40の第1の直線部分は該点線直線46.48上に
ある。第1の直線部分と管端との間には若干の間隙があ
るようにし、第2の直線部分と管外表面との間も同様で
ある。また第1の直線部分にはAEで代表して示すよう
に、該直線部分の内端から鋼管内面まで部分hi、鋼管
厚みに対応する部分11.該直線部分の外端から鋼管外
面までの部分βi (いずれも長さを示し、本例では1
−1)からなる。
本発明ではロボット10に位置指令信号を与えてセンサ
20をか\る軌跡40に沿って移動させ、即ち矢印で示
ずようにE、A、I、A、F、B。
J、B、G・・・・・・の経路で移動させ、第1.第2
の直線部分で測定を行なわせる。センサ2oはその投受
光面が被検体に対抗している必要があるからロボットは
センサを第1の直線部分に沿って移動させているときと
第2の直線部分に沿って移動させているときではセンサ
を90”回動させる。が\る測定を行なうと、鋼管端面
が第3図fa)のように開先加工されている場合は同図
(blのような測定結果が得られ(但しこの場合は鋼管
外表面も測定結果として表示され表面形状測定、外径測
定などに有効)、一方軌跡40の位置座標はロボソ1−
10側で把握されている(各点E、A、F・・・・・・
の座標位置ばロボット位置指令信号または帰還信号など
により既知)ので、センサ20の出力信号により鋼管内
径、外径等を次のようにして求めることができる。即ち
、BF、CG、DHのhiをh2゜h:+、ha、ti
をC2,t:+、ta、AiをC2、l13.Ilaと
して直線46方向での内、外径は 内径−EG+h + +h 3または外径−t、−t3
外径−ACj21−C3 同様に直線48方向での内、外径は 内径−FH+h 2 +h 4または外径−C2−ta
外径=BD−C2−C4 Liは鋼管厚みを示すから直線4.6.48方向での鋼
管厚みの平均値は(t 1+t 2+t 3+L 4)
/4である。大径鋼管は水平に置くと撓んで垂直面44
での内、外径は水平面42での内、外径より小になる。
この点、45”線46,48上での管内、外径は中立点
における内、外径に相当し、正しい値を示す。内、外径
測定は上記の如く45゜線上で行なったら鋼管を45°
回転し、上下部及び左右両側にあった点を45°線上に
移動させてこの状態で再び軌跡40に沿ってセンサ20
を移動させて行ない(測定し)、8等分断面での上記諸
定数を求める。これらの測定結果はハラつきをみたり平
均値をとったりする。該測定結果から長径と短径を求め
ると、真円度が分る。
管端が開先加工されていると第3図(blの如き結果が
得られ、これよりルートフェース幅dおよびヘヘル角度
θが簡単に求まる。なお開先形状は図示のものに限らな
いが、他の形状の場合もその形状測定が可能である。
センサを図示の如き形状の軌跡40を沿って移動させな
がら測定すると、センサを鋼管端に沿っては御一同させ
るだけで形状測定でき、センサを例えば45°線46.
48に沿って移動させて測定する場合のようにEC,H
Fで無駄なパスが入ることなく測定を迅速に行なうこと
ができ、ロボットからみた走査スパンが小で済む。また
この軌#40は同形状のもの4つくその1つばEA I
 F)からなるので、制御も単なる繰り返しで済む。
鋼管溶接部はその管端面開先形状の把握が重要である。
第4図(e)はこの管端面開先形状把握のための軌跡を
加えた他の実施例を示す。軌跡40の部分40aが溶接
部開先形状測定のための軌跡で、第1の直線部分を所定
ピンチで複数本並べそれらを内、外端で連結してなる。
図示しないがこの軌跡40にも管長さ方向に延びる第2
の直線部分がある。なお第1の直線部分を連結するパス
は本例では第1の直線部分の内端同志、外端同志を結ぶ
ものになっている。これでもは−1周する間に45°線
上4ケ所での測定を行なうことができる。
第4図(C1の状態での測定が終了したら鋼管34を4
5°回転し、部分40aを除いた軌跡40で再び測定を
行なう。
軌跡部分40aでの走査の測定結果は第3図(blで得
られる測定出力が7線についてそれぞれ得られ、各線に
ついてルートフェースrl] (diとヘヘル角θが計
測されることになる。尚、実施例は第1の直線部分”が
管中心線を通る水平面又は垂直面に対して45°をなす
直線で説明して来たが、これは鋼管の検査の際、鋼管の
たわみ等を考慮して約45°方向に測定することが多い
ためである。しかし、本発明はこの角度に限定されるも
のでないことはいうまでもない。
以上説明したように本発明によればロボット腕端の移動
量が少なく、所定パターンの単純な繰り返しでは\1周
するだけで鋼管の外径、内径、真円度、厚み、ベヘル形
状など各種端面形状を正確、迅速に測定でき、検査工程
の省力化、測定精度保持、サイクルタイムの減少などに
大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の測定法の概要を示す説明図、第2図は
光ギヤツブセンサの説明図、第3図(alおよびlb)
は光ギャップセンサによる測定要領および測定結果を示
す説明図およびグラフ、第4図は本発明で用いるセンサ
移動軌跡の説明図である。 図面で10はロボット、20は光ギャップセンサ、40
はセンサ移動軌跡、AE、BF、CG。 D、Hはその第1の直線部、/1.BJ、CK、DLは
第2の直線部、AF、BG、CH,DEまたはAB、F
C,CDは第1の直線部の内、外端を連結する経路であ
る。 第1図 3δ 第2図 (

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 多関節ロボットの先端に光ギヤソプセンザを取付け、該
    先端の位置を制御して該センサを、管の中心線を通る垂
    直面および水平面に対して所定角をなす2つの直線に沿
    って鋼管管端部前方を径方向に横切る4つの短い直線部
    と、該直線部の内。 外端を結んで1つの連続したパスとする経路と、該直線
    部の外端から鋼管外周面に沿って鋼管長さ方1iiJ 
    に延びる短い第2の直線部からなる軌跡に沿って移動さ
    せ、この移動中に前記第1.第2の直線部で前記センサ
    を動作させて該センサと鋼管とのギャップ長を測定し、
    その測定結果と該直線部の既知の座標位置情報とから鋼
    管内、外径、真円度および開先形状等の管端形状を求め
    ることを特徴とする管端形状の自動計測方法。
JP22456282A 1982-12-21 1982-12-21 管端形状の自動計測方法 Granted JPS59114406A (ja)

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JPH0374323B2 JPH0374323B2 (ja) 1991-11-26

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01321305A (ja) * 1988-06-24 1989-12-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 大径円筒体補強リングの形状自動計測装置
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JP2021009115A (ja) * 2019-07-02 2021-01-28 株式会社ミツトヨ 内径測定装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5280148A (en) * 1975-12-26 1977-07-05 Mitsubishi Motors Corp Contactless measuring method and apparatus for same

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