JP2017032354A - 管の肉厚及び内外面変位測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る測定装置100は、第1アーム部11及び第2アーム部12を具備するコの字状部材1と、コの字状部材の開放端側において、第1アーム部に取り付けられた第1接触子2と、第2アーム部に取り付けられた第2接触子32を具備する接触式変位計3と、第1接触子が管Pの内面に接触するようにコの字状部材を付勢する付勢手段4と、コの字状部材の変位を測定する変位計5と、コの字状部材等を管の軸方向に一体的に相対移動させる移動手段6と、接触式変位計による変位測定値に基づき管の肉厚を算出し、変位計による変位測定値に基づき管の内面の変位を算出し、接触式変位計及び変位計による変位測定値に基づき管の外面の変位を算出する演算手段7と、を備える。
【選択図】 図1
Description
このため、製品の肉厚分布を解析し、各工程での肉厚不良の原因を特定する取り組みがなされている(例えば、特許文献1、2参照)。
ただし、特許文献1、2に記載のように、肉厚分布を解析するのに用いられるフーリエ解析等の周波数解析は、管の軸方向及び周方向に大量の測定データを必要とする。
しかしながら、上記の方法では、表面に形成されたスケールが除去されていない製品の測定においてノイズを含み易く、測定誤差が大きくなる。また、肉厚測定装置は、製造後の管の肉厚を速やかに測定し、測定値が許容範囲内であるか否かを速やかに判定するために、管の製造ラインと直結していることが多い。したがって、ノイズなどによる測定誤差が疑われるために再測定する必要が生じた場合であっても、上記のように製造ラインに直結した肉厚測定装置を用いて再測定することは、製造スケジュールの調整や、管を再び製造ラインに戻すための運搬の問題があり、容易ではない。
しかしながら、特許文献3、4に記載の装置は管の肉厚を測定可能であるものの、管の内外面のうねりを測定可能な構成になっていない。
また、上記の状態において、接触式変位計が具備する軸部材を進退動させて第2接触子を管の外面に接触させることで、軸部材の進退動量に応じた第2接触子の変位が測定される。例えば、管の軸方向に沿って管の内面の位置のみが変化し管の肉厚が一定であるとすれば、第2接触子が接触する管の外面の位置は、内面の位置の変化量と同じ量だけ変化することになる。しかしながら、接触式変位計はコの字状部材に取り付けられているため、管の内面の位置が変化することで付勢手段によってコの字状部材が付勢されて移動することにより、接触式変位計の位置(軸部材及び第2接触子の位置)もコの字状部材の移動量(すなわち、管の内面の位置の変化量)と同じ量だけ変化することになる。このため、第2接触子が接触する管の外面の位置が変化したとしても、接触式変位計の軸部材は進退動しないため、接触式変位計による変位測定値は変化しないことになる。換言すれば、接触式変位計による変位測定値は、管の肉厚のみに応じて変化するため、演算手段は、接触式変位計による変位測定値に基づき管の肉厚を容易に算出可能である。
さらに、管の外面の変位は、管の内面の変位に管の肉厚を加算することによって算出できるため、演算手段は、接触式変位計による変位測定値及び変位計による変位測定値に基づき管の外面の変位を容易に算出可能である。
そして、移動手段によってコの字状部材等が管の軸方向に相対移動しつつ、演算手段が管の肉厚を算出することで管の肉厚の軸方向分布を評価し、演算手段が管の内外面の変位を算出することで管の内外面のうねりを評価可能である。
さらに、本発明に係る測定装置に対して管を周方向に相対回転させれば、管の全周に亘る測定も可能である。
また、本発明によれば、第1接触子が接触する管の内面の部位では変位が直接測定されず、管の外部に配置することが可能な変位計によって、コの字状部材の変位、ひいては管の内面の変位が測定されることになる。すなわち、第1接触子は、第2接触子のように進退動可能な軸部材に取り付けられた接触式変位計の一部を構成するものではない。このため、管の内外にそれぞれ接触式変位計を配置して管の肉厚を測定する場合に比べて、管内に挿入する部材の寸法を小さくすることができるので、内径の小さな管であっても肉厚や内外面変位を測定可能である。
また、本発明におけるコの字状部材等を管の軸方向に一体的に相対移動させる「移動手段」としては、コの字状部材等に連結された一軸ステージ等を例示できる。ただし、本発明の「移動手段」は必ずしもコの字状部材等を移動させるものに限らず、水平に配置された管を下から支持すると共に管を軸方向に搬送可能な搬送ローラなど、管の方を軸方向に移動させる手段を用いることも可能である。
すなわち、前記演算手段は、前記第1接触子と前記第2接触子との間に厚みAの校正材を挟んで校正した際の前記接触式変位計による変位測定値をUO0とし、前記第1接触子が前記管の内面に接触し且つ前記第2接触子が前記管の外面に接触した状態での前記接触式変位計による変位測定値をUOnとし、前記変位計による変位測定値をUInとしたとき、以下の式(1)〜(3)によって、前記管の肉厚、前記管の内面の変位及び前記管の外面の変位を算出することが可能である。
管の肉厚=UOn−UO0+A ・・・(1)
管の内面の変位=UIn−B ・・・(2)
管の外面の変位=UIn−B+UOn−UO0+A ・・・(3)
ただし、上記式(2)及び(3)におけるBは、任意の定数を意味する。また、前記接触式変位計による変位測定値は、前記第2接触子が前記第1接触子から離れる方向に変位する場合に大きくなるものとする。
図1は、本発明の一実施形態に係る管の肉厚及び内外面変位測定装置(以下、単に「測定装置」という)の概略構成を模式的に示す図である。図1(a)は管Pの軸方向に対して直交する水平方向から見た正面図であり、図1(b)は平面図であり、図1(c)は図1(b)のAA矢視断面図である。図1(a)において管Pは断面図で示している。また、図1(b)において演算手段7は図示省略している。
図1に示すように、本実施形態に係る測定装置100は、コの字状部材1と、第1接触子2と、接触式変位計3と、付勢手段4と、変位計5と、移動手段6と、演算手段7とを備えている。また、本実施形態に係る測定装置100は、好ましい形態として、管Pを保持する保持手段8を備えている。
具体的には、演算手段7は、第1接触子2と第2接触子32との間に厚みAの校正材を挟んで校正した際の接触式変位計3による変位測定値をUO0とし、第1接触子2が管Pの内面に接触し且つ第2接触子32が管Pの外面に接触した状態(図1(a)に示す状態)での接触式変位計3による変位測定値をUOnとし、変位計5による変位測定値をUInとしたとき、以下の式(1)〜(3)によって、管Pの肉厚、管Pの内面の変位及び管Pの外面の変位を算出するように構成されている。
管の肉厚=UOn−UO0+A ・・・(1)
管の内面の変位=UIn−B ・・・(2)
管の外面の変位=UIn−B+UOn−UO0+A ・・・(3)
ただし、上記式(2)及び(3)におけるBは、任意の定数を意味する。また、接触式変位計3による変位測定値は、第2接触子32が第1接触子2から離れる方向に変位する場合(軸部材31が退動する場合)に大きくなるものとする。
なお、本実施形態の演算手段7は、移動手段6を駆動する制御手段としての機能も果たしている。具体的には、演算手段7は、移動手段6である一軸ステージの駆動源(図示せず)に接続され、移動手段6の移動部材62を管Pの軸方向に一定の速度で移動させる指令信号を前記駆動源に出力するようにプログラミングされている。これにより、管Pの肉厚及び管Pの内外面の変位を管Pの軸方向に連続して測定することが可能である。
そして、移動手段6によってコの字状部材1等が管Pの軸方向に相対移動しつつ、演算手段7が管Pの肉厚を算出することで管Pの肉厚の軸方向分布を評価し、演算手段7が管Pの内外面の変位を算出することで管Pの内外面のうねりを評価可能である。
さらに、測定装置100に対して管Pを周方向に相対回転させれば(手動、又は、管Pを周方向に回転させる回転手段を設けてこの回転手段により回転させても良い)、管Pの全周に亘る測定も可能である。
また、本実施形態に係る測定装置100によれば、第1接触子2が接触する管Pの内面の部位では変位が直接測定されず、管Pの外部に配置することが可能な変位計5によって、コの字状部材1の変位、ひいては管Pの内面の変位が測定されることになる。すなわち、第1接触子2は、第2接触子32のように進退動可能な軸部材に取り付けられた接触式変位計の一部を構成するものではない。このため、管Pの内外にそれぞれ接触式変位計を配置して管Pの肉厚を測定する場合に比べて、管P内に挿入する部材(本実施形態の場合は、第1アーム部11及び第1接触子2)の寸法を小さくすることができるので、内径の小さな管Pであっても肉厚や内外面変位を測定可能である。
図2(a)に示すように、第1の変形例に係る測定装置100Aは、図1(a)に示す測定装置100と異なり、付勢手段4が連結部材13の上側(第2アーム部12側)に設けられている。このため、付勢手段4のバネ42は自然長よりも長い状態で取り付けられている。これにより、連結部材13ひいてはコの字状部材1に対して上方向の付勢力Fが作用し、第1アーム部11に取り付けられた第1接触子2が管Pの内面に接触することになる。また、第1の変形例に係る測定装置100Aは、付勢手段4が連結部材13の上側に設けられているため、移動手段6には、付勢手段4と移動部材62とを連結する連結部材63が設けられている。これにより、移動部材62が管Pの軸方向に移動することで、コの字状部材1、第1接触子2、接触式変位計3、付勢手段4及び変位計5を管Pの軸方向に一体的に移動させることが可能である。
図3及び図4に示すように、本実施形態に係る測定装置100によれば、継目無管の肉厚及び内外面のうねりを評価可能である。
図5に示すように、本実施形態に係る測定装置100によれば、継目無管の表面にスケールが形成された状態であっても、管の軸方向及び周方向に正確な肉厚データを容易に且つ大量に測定可能であるため、容易にフーリエ解析等の周波数解析を実行可能である。また、本実施形態に係る測定装置100は、管内に挿入する部材(第1アーム部11、第1接触子2)が単純化されているため、小型の実験ミルで製造した内径の小さな管であっても、肉厚及び内外面変位を測定可能である。
2・・・第1接触子
3・・・接触式変位計
4・・・付勢手段
5・・・変位計
6・・・移動手段
7・・・演算手段
8・・・保持手段
11・・・第1アーム部
12・・・第2アーム部
13・・・連結部材
31・・・軸部材
32・・・第2接触子
100・・・管の肉厚及び内外面変位測定装置(測定装置)
P・・・管
Claims (2)
- 第1アーム部及び該第1アーム部に対向して平行に配置された第2アーム部を具備し、該第1アーム部及び該第2アーム部の一端側が連結されたコの字状部材と、
前記コの字状部材の開放端側において、前記第2アーム部に対向するように前記第1アーム部に取り付けられた第1接触子と、
前記コの字状部材の開放端側において、前記第1接触子に対向するように前記第2アーム部に取り付けられ、前記対向方向に進退動可能な軸部材及び該軸部材の先端に取り付けられた第2接触子を具備し、前記軸部材の進退動量に応じた前記第2接触子の変位を測定する接触式変位計と、
前記第1アーム部が管の内側に位置し、前記第2アーム部が前記管の外側に位置し、なお且つ前記第1アーム部及び前記第2アーム部が前記管の軸方向に対して略平行となるように前記コの字状部材が配置された際に、前記第1アーム部に取り付けられた前記第1接触子が前記管の内面に接触するように、前記コの字状部材を前記第1アーム部及び前記第2アーム部の対向方向に付勢する付勢手段と、
前記コの字状部材の付勢方向の変位を測定する変位計と、
前記コの字状部材、前記第1接触子、前記接触式変位計、前記付勢手段及び前記変位計を前記管の軸方向に一体的に相対移動させる移動手段と、
前記接触式変位計による変位測定値に基づき前記管の肉厚を算出し、前記変位計による変位測定値に基づき前記管の内面の変位を算出し、前記接触式変位計による変位測定値及び前記変位計による変位測定値に基づき前記管の外面の変位を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする管の肉厚及び内外面変位測定装置。 - 前記演算手段は、前記第1接触子と前記第2接触子との間に厚みAの校正材を挟んで校正した際の前記接触式変位計による変位測定値をUO0とし、前記第1接触子が前記管の内面に接触し且つ前記第2接触子が前記管の外面に接触した状態での前記接触式変位計による変位測定値をUOnとし、前記変位計による変位測定値をUInとしたとき、以下の式(1)〜(3)によって、前記管の肉厚、前記管の内面の変位及び前記管の外面の変位を算出することを特徴とする請求項1に記載の管の肉厚及び内外面変位測定装置。
管の肉厚=UOn−UO0+A ・・・(1)
管の内面の変位=UIn−B ・・・(2)
管の外面の変位=UIn−B+UOn−UO0+A ・・・(3)
ただし、上記式(2)及び(3)におけるBは、任意の定数を意味する。また、前記接触式変位計による変位測定値は、前記第2接触子が前記第1接触子から離れる方向に変位する場合に大きくなるものとする。
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