WO2013065379A1

WO2013065379A1 - 鋼管の生産管理方法

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Publication number: WO2013065379A1
Application number: PCT/JP2012/070427
Authority: WO
Inventors: 繁俊兵藤; 聡史露口; 和人久保田
Original assignee: 新日鐵住金株式会社
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2013-05-10
Also published as: EP2775364A1; CN103917930B; JPWO2013065379A1; KR20140063872A; EP2775364A4; CN103917930A; EP2775364B1; US20140312115A1; JP5196082B1; US9033220B2; KR101579018B1

Abstract

　複数の製造工程によって生産される鋼管の生産管理方法であって、管情報を符号化したマトリクスコードを、幅の周角度が３０°以下となるようにレーザー光により管端部に加工するステップと、マトリクスコードをリニアセンサー型カメラによって自動で読み取るステップとを備え、マトリクスコードを読み取ることで、それぞれの鋼管に応じた製造情報および品質情報を管番号毎に識別・記録することにより製造履歴を管理し、必要に応じて、管情報を取り出せるようにした鋼管の生産管理方法。

Description

鋼管の生産管理方法

　本発明は、鋼管の生産管理方法に係り、特に複数の製造工程により生産される鋼管の生産管理方法に関する。

　複数の工程を経て製造される鋼管は、各工程における処理が予定される製造条件で確実に行われる必要があるため、鋼管の現品識別ができるように管理する必要がある。鋼管の識別管理は、複数本を同時処理する熱処理等では、ロット単位での管理が必要となり、また１本毎に処理される研磨工程、非破壊検査工程等では、管一本単位での管理が必要となる。また、それと同時に、各工程におけるそれぞれの鋼管に応じた製造情報および品質情報を記録し、製造履歴を管理することが望まれる。

　特に、原子力用鋼管には、製造履歴データの長期保管が求められる。例えば、冷間仕上げ鋼管は、圧延、熱処理、研磨、検査等の複数の製造工程によって製造されるが、熱処理工程以降、熱処理温度、研磨量、非破壊検査結果等の種々の製造履歴を管理する必要がある。

　従来、これらを厳密に管理する方法として、材料移動用のパレットに別表を添付する方法、紙で製作したバーコードを管内へ挿入する方法、材料保護用のシートにバーコードを貼り付ける方法等が実施されている。しかし、全ての工程において管一本単位での生産管理を実施するために、多大な工数を費やしている。

　電気回路で使用される配線基板では、英数字からなる品番を印刷した名札、付箋、工程管理表を付与するなど人手による管理がされてきたが、特許文献１では、配線基板の製造工程中で、印刷またはエッチング等を用いてバーコード、マトリクスコード等の符号を導体で形成して、後の工程で市販のコードリーダーで読み取る方法が提案されている。

　特許文献２では、加熱、圧延、精整、熱処理、検査等の複雑な工程で製造される油井用鋼管のねじ切り工程の管理において、鋼管の外面にマーキングする方法ではマーキングが消失する可能性があり、また鋼管の内面・外面に刻印する方法では、鋼管に傷が付くこと、小径鋼管の内面には刻印ができないこと等の問題があることが指摘されている。そして、上記の問題を改善する方法として、製造情報が記憶されたＩＣタグを、管体またはねじ部保護のために管端部に装着するプロテクターの端面に埋設する管理方法が提案されている。

　特許文献３では、鋼管の識別管理方法として、従来の樹脂板に張り付けられたＩＣタグを永久磁石によって管内面に吸着させる方法では、衝撃によってＩＣタグが脱落するおそれがあることから、軽量ホルダーにＩＣタグを装着し、接着媒体を介して鋼管の内面に張り付ける方法が提案されている。

　また、レーザー法を用いて、管へ直接マーキングする方法について、これまでにいくつかの提案がなされてきた。

　特許文献４では、従来のロット番号を記入した認識表をナイロン製ロープで結び付けるロット管理方法では多大な工数を要するため、レーザービームを走査ミラーで金属管の外周面に照射して、深さ０．１μｍ以下の文字、図形等を描くマーキング方法が提案されている。

　特許文献５では、レーザー光線を走査して表面に細線を形成し、この細線を複数並べて太線を形成することで、太線の加工に伴う熱影響および材料の化学変化を低減するバーコードのレーザーマーキング方法が提案されている。この方法は、管を回転させながらレーザー光線を照射し、全周に渡って１０～５０μｍ程度の深さを加工するものである。

　特許文献６では、外表面に微細な凹凸を有する燃料棒に使用される被覆管に、平滑面からなるバーコード、文字、記号等の識別記号を形成し、照明角度と撮像角度とが異なるように調整して、材料表面では乱反射、識別記号部では正反射させることで明暗コントラストを大きくした識別記号を有する被覆管が提案されている。

　特許文献７では、ジルカロイ合金から形成される核燃料棒管について、レーザー加工されたバーコードからなる識別コードを、光学手段で読み取ることが開示されている。特許文献７に記載の発明は、上記のレーザー加工によって生じる熱影響領域の非破壊測定方法に関するものであり、レーザー加工の深さが０．０５ｍｍであっても、熱影響深さは０．５ｍｍ程度残存することが記載されている。

　特許文献８では、原子燃料棒被覆管のレーザーマーキングにおいて、加工熱による酸化、金属結晶粒の変化等で被覆管表面に不均一な部分があると、被覆管の被覆能力を低下させる等の問題があることから、レーザー出力を低く絞り、マーク部またはマーク部以外のスペース部をレーザー熱で凹凸を溶かし、マーク部とスペース部との反射率の差を大きくし、識別性能を向上させる技術が開示されている。

特開平５－７５２２２号公報特開２００８－２５０７１４号公報特開２００９－３０１３９１号公報特開平６－１１４５７６号公報特開平１０－６０４５号公報特開平１１－２３７５６号公報特開平３－７２２９６号公報特開２０００－３１７６５６号公報

　特許文献１に開示された方法は、電気回路用印刷配線基板の識別管理方法に関するものであり、印刷またはエッチングの工程が製造工程にない鋼管に対して適用することはできない。

　特許文献２に開示された方法は、管端面に穴を加工し、そこにＩＣタグを装着・埋設するものであるが、原子力用鋼管のような肉厚が１ｍｍ程度の小径薄肉管に対しては、適用が困難である。

　特許文献３に開示された方法は、ＩＣダグを軽量ホルダーへ装着した後、鋼管の内面へ貼り付けて、アンテナを介してＩＣタグに保存された製造情報を管理する方法であるが、小径管の内面には貼り付けが出来ないだけでなく、原子力用鋼管に接着剤を用いる場合、その成分が規制される等の問題がある。

　特許文献４に開示された方法は、レーザービームにより文字、図形等の識別管理用記号を描くマーキング方法に関するものであるが、その後の読み取り技術に関してなんら記載されていない。特に、文字、図形等の読み取りは、誤読が発生しやすいため好ましくない。さらに、文字または記号によって多くの情報を加工する場合、加工時間が増大し、それに伴う発熱が著しくなる。

　特許文献５に開示された方法では、管をその場回転させながら細線を複数並べて太線を形成するバーコードのレーザーマーキング方法によるものであるが、マーキングのための管回転装置を新たに設置する必要があり設備費が増大する。特に、長尺材では、膨大な費用が必要となる。また、バーコードでは識別する情報量を多くする際に、加工する線の数が増大するため、加工に伴う発熱が著しくなるという問題を有する。

　特許文献６に開示された方法では、文字または記号からなる識別記号を用いた場合、読み取りで誤読が生じるおそれがある。また、バーコードを用いた場合においても、上述のように、加工に伴う発熱の問題が生じる。

　特許文献７に開示された方法は、レーザー加工による熱影響領域を非破壊的に測定するためのものであり、熱影響による劣化を防止することについては、記載されていない。

　特許文献８に開示された方法では、マーク部またはそれ以外のスペース部の凹凸をレーザーで溶解することで、バーコードの識別性能を向上させるとされている。しかしながら、原子力発電プラントに用いられる鋼管は、表面粗さが１μｍ以下（実用的には、０．５μｍ以下）で製造管理されており、もともとの粗さが非常に小さい。そのため、レーザー加工によって微細な凹凸を溶解しても、表面粗さはかえって大きくなり、識別性能を向上させることは困難である。本発明者らの検証結果でも、特段の差は認められなかった。さらに、凹凸を溶解するのに要する加工時間が長くなるため、生産性が低下する問題がある。

　以上のように、特許文献１～３に開示された方法は、原子炉蒸気発生器用伝熱管のような小径薄肉管の鋼管に対して適応が難しく、また、特許文献４～７に開示された方法には、加工に伴う発熱の問題が残されていた。さらに、特許文献８に開示された方法を原子力用鋼管に適応することは困難であった。

　そこで、本発明は、鋼管に対して深刻な熱影響を生じさせず、管一本単位での確実な現品識別を行えるようにする方法を提供することを目的とする。

　本発明者は、複数の製造工程によって生産される鋼管を適切に識別管理する方法について検討し、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得るに至った。

　（Ａ）鋼管を管一本単位で識別するためには、レーザー光を用いて鋼管に直接識別符号を加工するのが良い。識別符号として、文字、記号等を用いると読み取り時に誤読が生じるおそれがあるため、コードを用いることとする。ただし、１次元のバーコードでは、識別する情報量が多いとレーザー加工する領域が増大し、それに伴う発熱の問題が生じるため、同等の情報量を１／４以下の時間で加工することが可能な２次元のマトリクスコードを用いる。

　（Ｂ）回転しながら搬送される鋼管表面に加工されたマトリクスコードを読み取るに際して、エリアセンサー型のカメラによって撮像するのでは、シャッターを切るタイミングの調整および制御が極めて困難である。また、一定区間の連続撮像を行い、そのデータを解析する場合、データ量が膨大になり好ましくない。さらに、曲面に加工されたマトリクスコードは、サイズによっては、エリアセンサー型カメラの撮像では全面に焦点が合わず、読み取り不能となる問題も生じた。したがって、リニアセンサー型のカメラによって撮像することとする。

　本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）～（５）に示す鋼管の生産管理方法を要旨とする。

　（１）複数の製造工程によって生産される鋼管の生産管理方法であって、
　管情報を符号化したマトリクスコードを、幅の周角度が３０°以下となるようにレーザー光により管端部に加工するステップと、
　マトリクスコードをリニアセンサー型カメラによって自動で読み取るステップとを備え、
　マトリクスコードを読み取ることで、それぞれの鋼管に応じた製造情報および品質情報を管番号毎に識別・記録することにより製造履歴を管理し、
　必要に応じて、管情報を取り出せるようにしたことを特徴とする鋼管の生産管理方法。

　（２）マトリクスコードをリニアセンサー型カメラによって自動で読み取るステップにおいて、鋼管の搬送スキュー角度を１６°以下とすることを特徴とする上記（１）に記載の鋼管の生産管理方法。

　（３）マトリクスコードをエリアセンサー型カメラによって手動で読み取るステップをさらに備えることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の鋼管の生産管理方法。

　（４）原子炉蒸気発生器用伝熱管の生産管理方法であることを特徴とする上記（１）から（３）までのいずれかに記載の鋼管の生産管理方法。

　（５）鋼管の製造工程に研磨工程が含まれ、研磨工程において、マトリクスコードが加工された管端部の研磨を行わないように研磨ヘッドを退避制御するステップをさらに備えることを特徴とする上記（４）に記載の鋼管の生産管理方法。

　本発明によれば、マトリクスコードを鋼管表面の管端部に直接加工するため、鋼管への熱影響が生じない状態で、管一本単位での確実な現品識別が可能となる。また、その後の複数の製造工程を通過する際に、適宜マトリクスコードの自動読み取りを行うことで、それぞれの鋼管に応じた製造情報および品質情報を記録し、製造履歴を容易に管理することができるようになる。したがって、本発明は、特に製造工程が複雑な原子炉蒸気発生器用伝熱管の生産管理方法に好適である。

鋼管の製造工程の一例を説明する図である。マトリクスコード加工ステップの一例を模式的に示した図である。マトリクスコードの自動読み取りステップの一例を模式的に示した図である。リニアセンサー型カメラによるマトリクスコードの撮像例を示した図である。エリアセンサー型カメラによるマトリクスコードの撮像例を示した図である。鋼管の検査工程以降における製造工程の一例を説明する図である。

　本発明に係る鋼管の生産管理方法は、複数の製造工程によって生産される鋼管の生産管理方法であって、マトリクスコードを加工するステップと、マトリクスコードを自動で読み取るステップとを備える。また、上記に加えて、マトリクスコードを手動で読み取るステップおよび／またはマトリクスコードが加工された管端部の研磨を行わないように研磨ヘッドを退避制御するステップを備えても良い。鋼管の製造方法および生産管理方法における各ステップについて、以下に詳細を示す。

　１．鋼管の製造工程
　本発明の生産管理方法を適用する鋼管の製造工程について、特に制限はないが、一般的に鋼管は、熱処理工程、研磨工程、検査工程を経た後に梱包され出荷される。このような製造工程では、各工程の処理能力が異なるため、熱処理等のロット単位で同時処理を行うバッチ処理と、研磨工程、検査工程等の管一本単位で処理する１本処理とで構成されている。また、設備の処理能力に応じて同一工程に複数の設備が導入されている。製造履歴の管理が必要な製造情報および品質情報は、製造工程によって異なるため、鋼管が各製造工程を通過する時点で鋼管を識別管理するための識別番号が必要である。

　図１に示すように、原子炉蒸気発生器用伝熱管の製造工程はさらに複雑であり、第１熱処理の後、熱処理または曲り矯正によって生じた疵を除去するために、第１研磨が施される。また、耐食性を向上させる目的で、鋭敏化処理として第２熱処理が施され、その後に製品検査の直前に軽微な第２研磨が施されるのが一般的である。この際に、第１熱処理および第２熱処理がバッチ処理で行われ、第１研磨、第２研磨および検査が１本処理で行われる。そして、熱処理工程における熱処理条件および研磨工程における研磨量が製造情報として、検査工程における検査結果が品質情報として製造履歴の管理対象となる。

　２．マトリクスコード加工ステップ
　マトリクスコードは、鋼管を識別管理するための管情報を符号化したものであり、レーザー光を用いて鋼管の管端部に加工する。管情報は、鋼管の識別番号だけとしても良いし、識別番号および予定される製造条件としても良い。加工する場所を切断代である管端から２００ｍｍ以内の範囲とすれば、コード加工に伴う熱影響を完全に回避することができるので望ましい。

　切断代である管端部に加工することによって製品に対する熱影響を完全に回避することはできるが、管端部での発熱であっても以下のような不具合を生じさせる場合がある。

　上述のように、通常、鋼管の製造過程には外面研磨工程があり、８０～１００μｍ程度の研磨が行われるが、この研磨時に研磨水を付与するのが一般的である。研磨水を付与することによって、研磨量の確保、研磨粉の飛散防止、騒音の低下等が可能となる。その際、管端より研磨水が管内面に浸入するのを防止するため、端栓が施される。端栓としては、例えば、フェルト状の筒が用いられ、これを両管端より１００ｍｍ程度差し込む。そのため、レーザー加工による管端部での発熱が過大であると、端栓が発煙・燃焼し、燃焼不純物によって、特に、管内面が汚染されるおそれがある。

　表１に示すように、バーコードを加工した場合、加工時間が長く、加工後の材料温度が上昇するため、端栓に発煙が生じた。一方、マトリクスコードを加工した場合、加工時間を短縮できるため、発熱による端栓の不具合の問題が生じないことが分かる。

　マトリクスコードを加工するステップを製造工程のどこに設けるかについて、特に制限はないが、図１に示すように、１本処理を開始する第１研磨工程以降、管一本単位での製造情報および品質情報の管理が必要となるため、第１研磨後またはそれと同時に、マトリクスコードの加工を行うのが好ましい。

　その場合、コード加工ステップは、例えば、図２に示すような手順に従って行うことができる。第１研磨工程の入口テーブル１１に投入された鋼管１は、回転しながら搬送され、入口コンベア１２、第１研磨装置１３、出口コンベア１４を順次通過する。この際の研磨量について、特に規定はないが、外径で１００μｍ程度の研磨を行うのが好ましい。研磨が完了した鋼管１は、出口テーブル１５上で静止し、レーザー加工装置１６によって、マトリクスコードの加工を行う。この際に、管情報を付するとともに、それぞれの鋼管に応じた外面研磨量に関する製造情報の記録を行う。マトリクスコードは、搬送方向に対して、鋼管の先端側に加工しても良いし、後端側に加工しても良く、また両端に加工しても良い。

　３．マトリクスコード自動読み取りステップ
　上記の方法により鋼管表面に加工したマトリクスコードを、各製造工程を通過する際に、適宜自動で読み取ることで、鋼管の現品識別を行い、必要に応じて管情報を取り出せるようにする。また、それと同時にそれぞれの鋼管に応じた製造情報および品質情報を記録することによって、製造履歴を管理できるようにする。

　自動読み取りは、全部または一部の製造工程の前に行うことができる。図３は、第２研磨工程直前におけるマトリクスコードの自動読み取りステップを模式的に示した図である。第２研磨装置２１の入口側に設置された鋼管１は、搬送ローラー２２によって、回転しながら搬送される。この時、回転する鋼管１の上面に設置されたリニアセンサー型カメラ２３によって撮像することで、コードを読み取ることができる。なお、マトリクスコードは、鋼管の円周方向の一部に最小限の面積で加工しており、撮像に用いるリニアセンサー型カメラ２３を固定配置すると、管の全周の撮像を行うためには、鋼管を回転させる必要がある。第２研磨工程は、鋼管を回転させながら行われるため、リニアセンサー型カメラ２３は、第２研磨工程直前に配置することが望ましい。

　リニアセンサー型カメラ２３による自動読み取りは、図３に示すように、搬送される鋼管の管端が管端検知センサー２４によって検知されることを合図に、一定時間撮像することによって行うことができる。撮像時間については特に制限はないが、管端部が通過する程度の時間である２秒以内の短時間とし、処理する画像情報を最小限にすることが望ましい。

　鋼管は、回転しながら前進する搬送スキュー角度を持つため、リニアセンサー型カメラで得られる画像には、図４に示すようなねじれが生じてしまう。しかし、少なくともスキュー角度が１６°以下であれば、ほぼ確実にコードの自動読み取りが可能であることが分かった。

　４．マトリクスコード手動読み取りステップ
　検査工程において不良品と判定された鋼管等、製造工程の途中で特定の鋼管のみ情報を追加したい場合が生じることがある。その際に、管情報をキーボード等の操作により手入力すると、入力間違い等のミスが生じるおそれがある。そのため、管表面に加工されたマトリクスコードは、カメラを用いて手動で読み取りを行えるようにするのが好ましい。

　マトリクスコードの手動読み取りは、静止している鋼管に対して行うため、エリアセンサー型のカメラを用いることが好ましい。曲面に加工したマトリクスコードは、サイズによって全面に焦点を合わせることができなくなるため、読み取れない場合が生じ得る。しかし、径の異なる鋼管に対して様々な幅を有するマトリクスコードを加工して読み取り試験を行ったところ、表２に示すように、マトリクスコードの幅の周角度が３０°以下であれば、エリアセンサー型カメラによって読み取れることが分かった。なお、リニアセンサー型カメラを用いた自動読み取りでは、試験を行った全てのマトリクスコードの読み取りが可能であった。

　また、図５に示すように、鋼管をカメラで撮像する際に、照明によって鋼管の周側面部が明るくなりその部分での読み取りが困難であった。一方、中心部では、暗くなるが照度むらが少なく、撮像が良好に行えることが分かった。上記のようにマトリクスコードの幅の周角度が３０°以下であれば、照度むらの少ない範囲内に収めることができる。また、図５に示すように、マトリクスコードが斜めに撮像された場合においても、読み取りが可能であった。したがって、本発明において、加工するマトリクスコードの幅の周角度は３０°以下とする。

　エリアセンサー型カメラを用いたマトリクスコードの手動読み取りは、例えば、検査工程において行うことができる。図６は、検査工程以降出荷されるまでの各工程について詳細を示した図である。第２研磨終了後、超音波探傷試験（ＵＴ）、渦電流探傷試験（ＥＴ）等の非破壊検査を行い、その後さらに目視による表面検査を行う。図６に示すように、非破壊検査工程では、自動読み取りによってそれぞれの鋼管に応じた検査結果を記録するようにするのが好ましいが、目視による表面検査工程では、現品識別を強化するため、全て手動読み取りによって現品確認を行うようにするのが好ましい。

　非破壊検査または目視による表面検査によって不良品と判定された鋼管は、手動読み取りを行い不良品として記録した後、次工程への搬送を中止し、不良品処理する。

　鋼管は、図６に示すように、その後必要に応じて、曲げ加工を行うことができる。この際、各鋼管に割り当てられた曲率情報を記録するため、曲げ加工工程前に手動読み取りを行うのが好ましい。曲げ加工後には、再度内面ＥＴおよび寸法検査を行った後、さらに目視による表面検査を行う。内面ＥＴおよび寸法検査工程では、自動読み取りによってそれぞれの鋼管に応じた検査結果を記録するようにするのが好ましいが、目視による表面検査工程では、現品識別を強化するため、全て手動読み取りによって現品確認を行うようにするのが好ましい。曲げ加工後の検査によって不良品と判定された鋼管は、上記と同様に、手動読み取りを行い不良品として記録した後、次工程への搬送を中止し、不良品処理する。

　検査を終了した鋼管は、梱包後に出荷される。梱包に際して、手動読み取りを行うことで、梱包された位置情報を記録する。

　５．研磨ヘッド退避制御ステップ
　原子炉蒸気発生器用伝熱管の製造工程においては、第１研磨後にマトリクスコードの加工を行うのが好ましいが、この後さらに第２研磨を行うため、第２研磨工程に伴うコードの消失を回避する必要がある。

　第２研磨工程において、マトリクスコードが加工されている管端部の通過を検知して、研磨ヘッドを回避するような制御ステップを備えることが好ましい。そのため、管端部の研磨は行わないように制御されるが、管端部は切断代であることから、疵の残存による問題は生じることがない。

　以上、特に原子炉蒸気発生器用伝熱管の製造工程を例に、本発明の生産管理方法について説明したが、本発明の実施態様はこれに限定されるものではなく、様々な種類の鋼管の生産管理に適用することができる。

１．鋼管
１１．入口テーブル
１２．入口コンベア
１３．第１研磨装置
１４．出口コンベア
１５．出口テーブル
１６．レーザー加工装置
２１．第２研磨装置
２２．搬送ローラー
２３．リニアセンサー型カメラ
２４．管端検知センサー

Claims

　複数の製造工程によって生産される鋼管の生産管理方法であって、
　管情報を符号化したマトリクスコードを、幅の周角度が３０°以下となるようにレーザー光により管端部に加工するステップと、
　マトリクスコードをリニアセンサー型カメラによって自動で読み取るステップとを備え、
　マトリクスコードを読み取ることで、それぞれの鋼管に応じた製造情報および品質情報を管番号毎に識別・記録することにより製造履歴を管理し、
　必要に応じて、管情報を取り出せるようにしたことを特徴とする鋼管の生産管理方法。
　マトリクスコードをリニアセンサー型カメラによって自動で読み取るステップにおいて、鋼管の搬送スキュー角度を１６°以下とすることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の生産管理方法。
　マトリクスコードをエリアセンサー型カメラによって手動で読み取るステップをさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼管の生産管理方法。
　原子炉蒸気発生器用伝熱管の生産管理方法であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の鋼管の生産管理方法。
　鋼管の製造工程に研磨工程が含まれ、研磨工程において、マトリクスコードが加工された管端部の研磨を行わないように研磨ヘッドを退避制御するステップをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の鋼管の生産管理方法。