JP4457370B2 - 長尺材の寸法測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、端部に曲がりを生じ得る管などの長尺材の寸法を精度良く測定可能な寸法測定装置に関する。

油井管や配管などの管は、端部同士が所謂ピン継手とボックス継手とからなる継手部によって連結された状態で使用される場合が多い。具体的には、管の端部外周面にネジ切り加工やベベル加工が施されることにより、ピン継手が形成される。そして、一対の管のそれぞれに形成された一対のピン継手が、内周面にネジ切り加工やベベル加工が施されたボックス継手に締結されることにより、一対の管同士が連結される。ピン継手の寸法精度が低いと、ピン継手とボックス継手との締結状態が緩み、管同士の連結が解除されて脱落したり、内部に流体が流れる油井管や配管の場合には継手部から流体が漏洩する虞がある。このため、管の端部に形成されるピン継手の寸法精度や品質保証レベルに対する要求は年々厳格化している。

ピン継手の寸法検査においては、専用の測定器具を用いて人手により寸法測定を行い、要求精度を満足しているか否かを検査しているのが現状である。ピン継手の形状が複雑になればなるほど、検査すべき寸法項目が多くなるため、多くの人手と長い検査時間が必要になる。このため、ピン継手の中でも近年の使用環境の過酷化に伴って多用されている複雑な形状を有する特殊継手については、管を大量生産する高能率の生産ライン上で全数の寸法検査を行うことが不可能になっている。

従って、大量生産される管の特殊継手に対しては、生産能率に見合う寸法検査方法として、一定頻度での抜き取り検査が一般的に採用されている。管のピン継手は、ＣＮＣ旋盤を用いて加工形成されるのが一般的である。このＣＮＣ旋盤には加工精度に対する信頼性があるため、管のピン継手には、ＣＮＣ旋盤が備える工具の摩耗に起因した緩やかな寸法変化しか生じないことを前提として、抜き取り検査が許容されている。もし、抜き取り検査で寸法不良が発見されれば、当該抜き取り検査以前に行った抜き取り検査で要求精度を満足した管のピン継手までを合格品として扱うことにより、全体として品質保証されているという考え方である。

しかしながら、実際には、抜き取り検査で発見できる工具の摩耗に起因した緩やかな寸法変化に限らず、他の要因による寸法変化が生じる虞も考えられる。

従って、管のピン継手、特に複雑な形状を有する特殊継手については、高速に測定でき全数の寸法検査を可能とする自動寸法測定装置の開発が望まれている。従来、ピン継手等のネジ部の寸法を自動測定する装置としては、例えば、日本国特開昭５５−１１３９０７号公報（特許文献１）、日本国特開昭５８−２０５８０９号公報（特許文献２）、日本国特開昭６１−２５００１号公報（特許文献３）、日本国特開２００１−２９３６１９号公報（特許文献４）に記載の装置が提案されている。

ところで、管のピン継手について検査すべき寸法は、主として管の長手方向端面を基準にした所定の長手方向位置における外径等の寸法である。換言すれば、管のピン継手について検査対象となる寸法は、管の端面を構成する点のうち、管の長手方向の最端点を通る平面（基準面）に対して垂直な方向の所定位置における寸法が主体である。このような寸法としては、例えば、シール径やネジ径が例示される。図６（ａ）に示すように、シール径は、管Ｐの端面Ｅを構成する最端点Ｅ１を通る基準面ＥＳに対して垂直な方向に予め決められた距離ＳＬだけ離れた位置におけるシール部Ｓの外径ＳＤである。また、ネジ径は、管Ｐの基準面ＥＳに対して垂直な方向に予め決められた距離ＴＬだけ離れた位置におけるネジ部Ｔのネジ山上の外径（各ネジ山の頂部を通る仮想線Ｖ上の外径）ＴＤである。

しかしながら、長尺な管については、端部に曲がりが生じているのが一般的である。管に曲がりが生じている場合、管の長手方向中央部について長手方向が水平となるように管を配置したとしても、管の前記基準面の方向は鉛直方向とはならず、曲がりの程度や方向に応じて、鉛直方向に対して傾斜する。従って、管の基準面の方向が鉛直方向であるとの前提で、ピン継手についての寸法を測定すると測定誤差が生じることになる。例えば、図６（ｂ）に示すように、管の基準面の方向が鉛直方向である（すなわち、管の基準面がＥＳ’である）との前提でシール径を測定すると、基準面ＥＳ’から垂直な方向（水平方向）に距離ＳＬだけ離れた位置における鉛直方向の距離ＳＤ’がシール径として測定されることになり、実際のシール径ＳＤ（図６（ａ））に対して測定誤差を生じる。同様に、基準面ＥＳ’から垂直な方向（水平方向）に距離ＴＬだけ離れた位置における鉛直方向の距離ＴＤ’がネジ径として測定されることになり、実際のネジ径ＴＤ（図６（ａ））に対して測定誤差を生じる。従って、シール径やネジ径のような管の基準面に対して垂直な方向の所定位置における寸法を精度良く測定するには、管の基準面の方向及び位置を精度良く把握することが重要である。

上記の測定誤差を低減するため、前述した専用の測定器具は、管の端面（最端点）に当接させるための接触面を有する部材や、この部材の接触面に対して垂直な方向の所定位置における管の寸法を測定するための接触子等を具備する。そして、人手により、前記部材の接触面を管の端面（最端点）に当接させることによって基準面の方向及び位置を把握した状態で、前記接触子を用いて寸法測定を行っている。

しかしながら、従来の特許文献１〜４に記載のような自動寸法測定装置では、管の基準面の方向を精度良く把握することについて何ら提案されておらず、専ら管の端部に曲がりが生じていないことを前提とした寸法測定を行っている。従って、管の曲がりの程度によっては、大きな測定誤差を生じる虞があり、厳格化するピン継手の寸法精度に十分対応できないという問題がある。

本発明は、斯かる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、端部に曲がりを生じ得る管などの長尺材の寸法を自動的に精度良く測定可能な寸法測定装置を提供することを課題とする。

長尺材の基準面（長尺材の長手方向端面を構成する点のうち、長尺材の長手方向の最端点を通る平面）の方向及び位置を把握するための手段として、例えば、レーザ距離計等の光学的手段を用いて、端面の形状を測定し、得られた端面形状から最端点を検出して、最端点を通る基準面の方向及び位置を把握することが考えられる。しかしながら、長尺材が肉厚の小さな管である場合には、管の中心軸を通る断面において、端面の径方向の寸法が小さいため、光学的手段で端面の径方向の断面形状を測定する際に、端面の存在するおおよその位置を何らかの手段で予め把握しておく必要が生じる。また、端面の存在するおおよその位置を把握できたとしても、端面の径方向の断面形状が平面ではなく、前述した図６に示すように曲面である場合には、最端点を検出するのに時間を要する。そして、基準面の方向及び位置を把握するには、端面を構成する少なくとも３つの最端点を検出し、これら少なくとも３つの最端点を通る基準面を３次元的に算出する必要があるため、基準面の方向及び位置を把握するのに非常に長い時間を要し、管の生産能率を低下させることになってしまう。

そこで、本発明者らは、長尺材の生産効率を低下させることなく基準面の位置及び方向を把握する手段として、長尺材の長手方向端面に当接する端面倣い機構を採用することに着眼した。そして、本発明者らは鋭意検討した結果、一の平面に沿ってそれぞれ配置され接触状態を検知する３つ以上の複数の接触センサを長尺材の長手方向端面に当接する側に具備すると共に、前記平面の法線方向に直交し且つ互いに直交する２軸周りに少なくとも回動可能な端面倣い機構とすることを考えた。この端面倣い機構を長尺材の長手方向端面に向けて押動して当接させることにより、長尺材の端部に曲がりが生じている場合に、この曲がりの方向が如何なる方向であっても、長手方向端面に倣って端面倣い機構が回動することになる。また、複数の接触センサのうち、少なくとも３つの接触センサによって端面倣い機構が長尺材の長手方向端面（端面の最端点）に当接していることが検知される状態となるように倣い機構を押動すれば、端面倣い機構を端面に確実に当接させることが可能である。そして、長尺材の寸法を測定する寸法測定機構が端面倣い機構と一体的に押動され且つ一体的に回動可能である構成とすれば、長尺材の端部に曲がりが生じている場合であっても、端面倣い機構を押動して長尺材の長手方向端面に向けて押動して当接させることにより、寸法測定機構も端面倣い機構と一体的に押動され、なお且つ、端部の曲がりに応じて端面倣い機構と一体的に回動するため、基準面に対して垂直な方向の所定位置における寸法を精度良く測定可能となることに想到した。

本発明は、上記本発明者らの知見に基づき完成された。すなわち、本発明は、長尺材の長手方向端面に当接する端面倣い機構と、前記端面倣い機構に接続され、長尺材の寸法を測定する寸法測定機構と、前記端面倣い機構を長尺材の長手方向端面に向けて押動する押動機構とを備え、前記端面倣い機構は、一の平面に沿ってそれぞれ配置され接触状態を検知する３つ以上の複数の接触センサを長尺材の長手方向端面に当接する側に具備すると共に、前記平面の法線方向に直交し且つ互いに直交する２軸周りに少なくとも回動可能とされ、前記押動機構は、前記複数の接触センサのうち、少なくとも３つの接触センサによって前記端面倣い機構が長尺材の長手方向端面に当接していることが検知される状態となるように、前記端面倣い機構を押動し、前記寸法測定機構は、前記端面倣い機構と一体的に押動され且つ一体的に回動可能であると共に、前記複数の接触センサのうち、少なくとも３つの接触センサによって前記端面倣い機構が長尺材の長手方向端面に当接していることが検知されている場合に、長尺材の寸法を測定することを特徴とする長尺材の寸法測定装置を提供する。

斯かる発明によれば、押動機構によって、端面倣い機構を長尺材の長手方向端面に向けて押動し、端面倣い機構が具備する少なくとも３つの接触センサを端面に当接させることにより、端部に曲がりが生じている場合であっても長尺材の基準面（長尺材の長手方向端面を構成する点のうち、長尺材の長手方向の最端点を通る平面）の方向及び位置を確実に把握することが可能である。そして、長尺材の基準面の方向及び位置に応じて端面倣い機構と一体的に押動され且つ一体的に回動する寸法測定機構によって、長尺材の基準面に対して垂直な方向の所定位置における寸法を自動的に精度良く測定可能である。

前記接触センサとしては、例えば、接触時に加わる圧力に応じて接触状態を検知する圧力検知式の接触センサを適用することも可能である。しかしながら、圧力検知式の接触センサを用いて接触状態を検知するには、比較的大きな押動力で押動する必要があるため、長尺材の材質等によっては端面の変形をもたらし、寸法測定精度の低下に通じる虞がある。また、圧力検知式の接触センサには、接触状態の検知にある程度の変動範囲が存在するため、接触センサが長尺材の長手方向端面に当接していることを検知する際に上記変動範囲に応じた誤差が生じ、寸法測定精度の低下に通じる虞がある。

長尺材が導電性材料から構成される場合、上記のような長尺材の変形や接触状態の検知誤差が生じる虞を抑制するには、前記接触センサは、一対の電極を具備し、該一対の電極間の通電の有無によって接触状態を検知する構成とすることが好ましい。

斯かる好ましい構成によれば、接触センサが具備する一対の電極に長尺材の端面が当接すれば、一方の電極から長尺材の端面を介して他方の電極へと通電が生じ、当接しなければ、一対の電極間に通電が生じない。このため、比較的小さな押動力で押動すればよく、接触状態の検知の変動範囲も小さいため、一対の電極間の通電の有無によって、接触状態を精度良く検知可能である。従って、長尺材の寸法測定精度をより一層高めることが可能である。

好ましくは、前記押動機構は、前記端面倣い機構を押動する押動力を調整可能とされる。

斯かる好ましい構成によれば、端面倣い機構を押動する押動力を調整可能であるため、長尺材の材質等に応じて適切な押動力とすることができ、長尺材の端面に過度に大きな押動力が加わって変形する虞をより一層低減可能である。従って、長尺材の寸法測定精度をより一層高めることが可能である。

また、好ましくは、前記端面倣い機構、前記寸法測定機構及び前記押動機構のうち、少なくとも一つの機構は、振動状態を検知する振動センサを備え、前記寸法測定機構は、前記振動センサによって検知された振動が所定の大きさ以下である場合に、長尺材の寸法を測定する構成とされる。

斯かる好ましい構成によれば、振動センサによって検知された振動が所定の大きさ以下である場合に、長尺材の寸法を測定するため、振動に起因した測定誤差が低減し、長尺材の寸法測定精度をより一層高めることが可能である。

以上に説明したように、本発明によれば、端部に曲がりを生じ得る管などの長尺材の寸法を自動的に精度良く測定可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る長尺材の寸法測定装置の概略構成を示す側面図である。 図２は、図１に示す寸法測定装置が備える端面倣い機構、寸法測定機構及び押動機構の一部を詳細に示す図である。 図３は、図１に示す寸法測定装置による寸法測定動作について説明する説明図である。 図４は、図１に示す寸法測定装置による寸法算出方法について説明する説明図である。 図５は、図２に示す端面倣い機構及び寸法測定機構が回動している状態を示す図である。 図６は、シール径及びネジ径を説明する説明図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明に係る長尺材の寸法測定装置の一実施形態について、長尺材が導電性材料からなる管であり、管の端部に形成されたピン継手のシール径及びネジ径を測定する場合を例に挙げて説明する。

＜Ａ．全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る寸法測定装置の概略構成を示す側面図である。図２は、図１に示す寸法測定装置が備える端面倣い機構、寸法測定機構及び押動機構の一部を詳細に示す図であり、図２（ａ）は部分的に断面で表した側面図を、図２（ｂ）は正面図（図１に示すＺ軸方向から見た図）を示す。
図１に示すように、本実施形態に係る寸法測定装置１００は、チャック部材Ｃで拘束された管Ｐの長手方向端面Ｅに当接する端面倣い機構１と、端面倣い機構１に接続され、管Ｐの寸法（本実施形態では、シール径及びネジ径）を測定する寸法測定機構２と、端面倣い機構１を管Ｐの長手方向端面Ｅに向けて押動する押動機構３とを備えている。また、寸法測定装置１００は、端面倣い機構１、寸法測定機構２及び押動機構３をそれぞれ駆動制御するための制御装置４を備えている。さらに、寸法測定装置１００は、好ましい構成として、加速度計等の振動センサ５を備えている。なお、図１及び図２（ａ）において、寸法測定機構２には斜線のハッチングを施し、押動機構３には灰色のハッチングを施している。また、実際には、制御装置４と、各機構１〜３及び振動センサ５との間に電気配線等が接続されているが、便宜上、ここでは電気配線等の図示を省略している。

＜Ｂ．端面倣い機構＞
図１又は図２に示すように、端面倣い機構１は、一の平面１１４Ｓに沿ってそれぞれ配置され（管Ｐの端面Ｅとの接触面が平面１１４Ｓ上に存在するように配置され）接触状態を検知する３つ以上の複数（本実施形態では４つ）の接触センサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄを管Ｐの長手方向端面Ｅに当接する側に具備すると共に、平面１１４Ｓの法線方向（Ｚ軸方向）に直交し且つ互いに直交する２軸（Ｘ軸及びＹ軸）周りに回動可能とされている。以下、本実施形態に係る端面倣い機構１のより具体的な構成について説明する。

本実施形態に係る端面倣い機構１は、端面倣い部１１と、筒状部１２と、第１平板部１４と、第２平板部１５と、第３平板部１６と、第１リニアステージ１７と、第２リニアステージ１８とを具備する。

＜Ｂ−１．端面倣い部＞
端面倣い部１１は、平板部材１１１と、平板部材１１１のＸ軸方向両端部からＺ軸方向に突設された一対の突設部材１１２と、一対の突設部材１１２をそれぞれ筒状部１２に連結する一対の軸部材１１３とを具備する。端面倣い部１１は、一対の軸部材１１３により、筒状部１２に対してＸ軸周りに回動可能に連結されている。具体的には、一対の突設部材１１２が、一対の軸部材１１３を介して、筒状部１２に対してそれぞれＸ軸周りに回動可能に連結されている。また、端面倣い部１１は、平板部材１１１の管Ｐの端面Ｅに当接する側の面上に放射状に配置された４つの接触センサ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄを具備する。さらに、端面倣い部１１は、平板部材１１１の接触センサ１１４ａ〜１１４ｄが配置された側とは反対側の面に接続され、Ｚ軸方向に延びる複数の棒状部材１１５を具備する。

上記の構成を有する端面倣い部１１の接触センサ１１４ａ〜１１４ｄを管Ｐの端面Ｅに向けて押動し、接触センサ１１４ａ〜１１４ｄの何れかに管Ｐの端面Ｅが当接すると、管Ｐの基準面（管Ｐの端面Ｅを構成する点のうち、管Ｐの長手方向の最端点を通る平面）の方向に応じて、端面倣い部１１はＸ軸周りに回動することになる。すなわち、管Ｐの端面Ｅから接触センサ１１４ａ〜１１４ｄの何れかに対してＸ軸周りに回動させる反力が付加された場合、接触センサ１１４ａ〜１１４ｄと、接触センサ１１４〜１１４ｄが取り付けらた平板部材１１１と、平板部材１１１に取り付けられた突設部材１１２及び棒状部材１１５と、突設部材１１２に取り付けられた軸部材１１３との全てに上記の反力が作用し、これらが一体的にＸ軸周りに回動することになる。

なお、本実施形態では、好ましい構成として、接触センサ１１４ａ〜１１４ｄが、それぞれ一対の電極（図２（ｂ）において「＋」で示す正電極及び「−」で示す負電極）を具備し、この一対の電極間の通電の有無によって接触状態を検知する形式とされている。具体的には、制御装置４から一対の電極に電圧が供給され、一対の電極に管Ｐの端面Ｅが当接すれば、正電極から管Ｐの端面Ｅを介して負電極へと通電が生じ、当接しなければ、一対の電極間に通電が生じないことを利用して、接触状態を検知する形式である。接触センサ１１４ａ〜１１４ｄは、寸法測定装置１００による寸法測定を繰り返すことにより管Ｐの端面Ｅに繰り返し接触すると共に、そのうち少なくとも１つが管Ｐの端面Ｅに初めて当接した状態から、少なくとも３つが管Ｐの端面Ｅに当接する状態（後述するように、管Ｐの寸法を測定する状態）となるまで、管Ｐの端面Ｅに沿って摺動することになる。このため、管Ｐの端面Ｅの荒れや変形を防止すると共に、管Ｐの材料の凝着による寸法測定精度の低下を防止する観点より、上記の電極としては、導電性、耐摩耗性を有する他、表面粗さが小さく、耐凝着性に優れた材料から形成することが望ましい。このような電極としては、例えば、高硬度の金属材料の表面（管Ｐの端面Ｅに接触する側の表面）に、導電性、耐摩耗性、耐凝着性に優れ、表面粗さを小さくすることができるＴｉＮ等の金属化合物のコーティングを施した電極を例示することができる。

＜Ｂ−２．筒状部＞
筒状部１２（図２（ａ）では断面で図示）は、端面倣い部１１及び後述する押動機構３の支持部３１の一部を囲繞するように、端面倣い部１１及び支持部３１の外方に配置されている。筒状部１２は、前述のように、一対の軸部材１１３によって、端面倣い部１１をＸ軸周りに回動可能に連結している。また、筒状部１２は、一対の軸部材３１３によって、支持部３１に対してＹ軸周りに回動可能に連結されている。

上記の構成を有する筒状部１２により、端面倣い部１１はＹ軸周りに回動可能となる。すなわち、端面倣い部１１の接触センサ１１４ａ〜１１４ｄを管Ｐの端面Ｅに向けて押動し、接触センサ１１４ａ〜１１４ｄの何れかに管Ｐの端面Ｅが当接すると、管Ｐの基準面の方向に応じて、端面倣い部１１はＹ軸周りに回動することになる。具体的には、管Ｐの端面Ｅから接触センサ１１４ａ〜１１４ｄの何れかに対してＹ軸周りに回動させる反力が付加された場合、この反力が平板部材１１１、突設部材１１２、軸部材１１３にも作用し、軸部材１１３を通じて筒状部１２にも作用する。これにより、筒状部１２は、支持部３１に対してＹ軸周りに回動する。筒状部１２がＹ軸周りに回動すると、軸部材１１３によって筒状部１２に連結された端面倣い部１１も、筒状部１２と一体的にＹ軸周りに回動することになる。また、支持部３１が水平方向（図１に示す状態ではＺ軸方向）に押動されることにより、支持部３１に連結された筒状部１２が水平方向に押動され、筒状部１２に連結された端面倣い部１１も水平方向に押動されることになる。

＜Ｂ−３．端面倣い機構のその他の構成＞
第１平板部１４は、棒状部材１１５に固定接続されている。具体的には、第１平板部１４には、棒状部材１１５が貫通する部位に貫通孔が設けられている。この貫通孔の寸法は、棒状部材１１５の断面寸法と略同等とされており、棒状部材１１５がこの貫通孔に密接嵌合している。このように、第１平板部１４は、棒状部材１１５に固定接続されているため、端面倣い部１１がＸ軸周り及びＹ軸周りに回動する際に、第１平板部１４も端面倣い部１１と一体的に回動する。また、端面倣い部１１が水平方向に押動されることにより、第１平板部１４も端面倣い部１１と一体的に押動される。なお、第１平板部１４には、後述する押動機構３の軸部３２が貫通する部位にも貫通孔が設けられている。上記のように、端面倣い部１１がＸ軸周り及びＹ軸周りに回動する際に、第１平板部１４も端面倣い部１１と一体的に回動する。このため、前記貫通孔（軸部３２が貫通する部位に設けられた貫通孔）は、第１平板部１４の回動が干渉されないように、第１平板部１４の回動範囲に応じた寸法とされている。

第２平板部１５は、第１リニアステージ１７によって、第１平板部１４に対してα軸方向に移動可能に連結されている。α軸は、平面１１４Ｓの法線方向（Ｚ軸方向）に直交する軸である。第１リニアステージ１７は、制御装置４からの制御信号によって駆動される。前述のように、第１平板部１４は、端面倣い部１１と一体的にＸ軸周り及びＹ軸周りに回動するため、第１平板部１４に連結された第２平板部１５も、端面倣い部１１と一体的に回動する。また、端面倣い部１１が水平方向に押動されることにより、第２平板部１５も端面倣い部１１と一体的に押動される。なお、第２平板部１５には、端面倣い部１１の棒状部材１１５が貫通する部位に貫通孔が設けられている。前述のように、第２平板部１５は、第１リニアステージ１７によって、第１平板部１４に対してα軸方向に移動可能とされている。このため、前記貫通孔は、第２平板部１５のα軸方向への移動が干渉されないように、第２平板部１５の移動範囲に応じた寸法とされている。また、第２平板部１５には、後述する押動機構３の軸部３２が貫通する部位にも貫通孔が設けられている。前述のように、端面倣い部１１がＸ軸周り及びＹ軸周りに回動する際に、第２平板部１５も端面倣い部１１と一体的に回動する。また、前述のように、第２平板部１５は、第１リニアステージ１７によって、第１平板部１４に対してα軸方向に移動可能とされている。このため、前記貫通孔（軸部３２が貫通する部位に設けられた貫通孔）は、第２平板部１５の回動及びα軸方向への移動が干渉されないように、第２平板部１５の回動範囲及び移動範囲に応じた寸法とされている。

第３平板部１６は、第２リニアステージ１８によって、第２平板部１５に対してβ軸方向（平面１１４Ｓの法線方向及びα軸方向に直交する方向）に移動可能に連結されている。第２リニアステージ１８は、制御装置４からの制御信号によって駆動される。前述のように、第２平板部１５は、第１平板部１４に対してα軸方向に移動可能であるため、第３平板部１６は、第１平板部１４に対してα軸方向及びβ軸方向にそれぞれ移動可能である。前述のように、第２平板部１５は、端面倣い部１１と一体的にＸ軸周り及びＹ軸周りに回動するため、第２平板部１５に連結された第３平板部１６も、端面倣い部１１と一体的に回動する。また、端面倣い部１１が水平方向に押動されることにより、第３平板部１６も端面倣い部１１と一体的に押動される。なお、第３平板部１６には、端面倣い部１１の棒状部材１１５が貫通する部位に貫通孔が設けられている。前述のように、第３平板部１６は、第１リニアステージ１７及び第２リニアステージ１８によって、第１平板部１４に対してα軸方向及びβ軸方向に移動可能とされている。このため、前記貫通孔は、第３平板部１６のα軸方向及びβ軸方向への移動が干渉されないように、第３平板部１６の移動範囲に応じた寸法とされている。また、第３平板部１６には、後述する押動機構３の軸部３２が貫通する部位にも貫通孔が設けられている。前述のように、端面倣い部１１がＸ軸周り及びＹ軸周りに回動する際に、第３平板部１６も端面倣い部１１と一体的に回動する。また、前述のように、第３平板部１６は、第１リニアステージ１７及び第２リニアステージ１８によって、第１平板部１４に対してα軸方向及びβ軸方向に移動可能とされている。このため、前記貫通孔（軸部３２が貫通する部位に設けられた貫通孔）は、第３平板部１６の回動及びα軸方向及びβ軸方向への移動が干渉されないように、第３平板部１６の回動範囲及び移動範囲に応じた寸法とされている。

以上に説明した構成を有する端面倣い機構１を管Ｐの端面Ｅに向けて押動して当接させることにより、管Ｐの端部に曲がりが生じている場合に、この曲がりの方向が如何なる方向であっても、端面Ｅに倣って端面倣い機構１が回動することになる。

＜Ｃ．寸法測定機構＞
図１又は図２に示すように、寸法測定機構２は、端面倣い機構１と一体的に押動され且つ一体的に回動可能であると共に、４つの接触センサ１１４ａ〜１１４ｄのうち、少なくとも３つの接触センサによって端面倣い機構１が管Ｐの長手方向端面Ｅに当接していることが検知されている場合に、管Ｐの寸法（シール径及びネジ径）を測定するように構成されている。具体的には、４つの接触センサ１１４ａ〜１１４ｄによる接触状態の検知結果がそれぞれ制御装置４に送信され、制御装置４は、少なくとも３つの接触センサによって端面倣い機構１が管Ｐの端面Ｅに当接していることが検知されている場合にのみ、寸法測定機構２を駆動制御するように構成されている。また、好ましい構成として、寸法測定機構２は、振動センサ５によって検知された振動が所定の大きさ以下である場合に、管Ｐの寸法を測定するように構成されている。具体的には、振動センサ５による振動の検知結果が制御装置４に送信され、制御装置４は、検知された振動が所定の大きさ以下である場合にのみ、寸法測定機構２を駆動制御するように構成されている。以下、本実施形態に係る寸法測定機構２のより具体的な構成について説明する。

本実施形態に係る寸法測定機構２は、基部２１と、シール径測定用接触子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、ネジ径測定用接触子２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄとを具備する。

＜Ｃ−１．基部＞
基部２１は、端面倣い機構１の第３平板部１６に固定接続されている。前述のように、第３平板部１６は、第１平板部１４に対してα軸方向及びβ軸方向にそれぞれ移動可能であるため、第３平板部１６に固定接続された基部２１も、第１平板部１４に対してα軸方向及びβ軸方向にそれぞれ移動可能である。また、前述のように、第３平板部１６は、端面倣い部１１と一体的にＸ軸周り及びＹ軸周りに回動するため、基部２１も端面倣い部１１と一体的に回動する。さらに、前述のように、第３平板部１６は、端面倣い部１１と一体的に押動されるため、基部２１も端面倣い部１１と一体的に押動される。

＜Ｃ−２．シール径測定用接触子及びネジ径測定用接触子＞
シール径測定用接触子２２ａ〜２２ｄは、その先端部が、接触センサ１１４ａ〜１１４ｄの接触面１１４Ｓに対して垂直な方向に予め決められた距離ＳＬ（図６参照）だけ離れた位置となるように基部２１に取り付けられている。シール径測定用接触子２２ａ、２２ｃは、制御装置４からの制御信号によって駆動されるエアシリンダやリニアステージ等の一軸駆動機構に取り付けられ、基部２１に対してα軸方向に進退動可能に構成されている。同様に、シール径測定用接触子２２ｂ、２２ｄは、制御装置４からの制御信号によって駆動されるエアシリンダやリニアステージ等の一軸駆動機構に取り付けられ、基部２１に対してβ軸方向に進退動可能に構成されている。シール径測定用接触子２２ａ、２２ｃのα軸方向の変位量及びシール径測定用接触子２２ｂ、２２ｄのβ軸方向の変位量は、それぞれ一軸駆動機構に取り付けられたマグネスケール等の変位量測定器によって測定可能とされている。

ネジ径測定用接触子２３ａ〜２３ｄは、その先端部が、接触センサ１１４ａ〜１１４ｄの接触面１１４Ｓに対して垂直な方向に予め決められた距離ＴＬ（図６参照）だけ離れた位置となるように基部２１に取り付けられている。ネジ径測定用接触子２３ａ、２３ｃは、制御装置４からの制御信号によって駆動されるエアシリンダやリニアステージ等の一軸駆動機構に取り付けられ、基部２１に対してα軸方向に進退動可能に構成されている。同様に、ネジ径測定用接触子２３ｂ、２３ｄは、制御装置４からの制御信号によって駆動されるエアシリンダやリニアステージ等の一軸駆動機構に取り付けられ、基部２１に対してβ軸方向に進退動可能に構成されている。ネジ径測定用接触子２３ａ、２３ｃのα軸方向の変位量及びネジ径測定用接触子２３ｂ、２３ｄのβ軸方向の変位量は、それぞれ一軸駆動機構に取り付けられたマグネスケール等の変位量測定器によって測定可能とされている。

前述のように、基部２１は、第１平板部１４に対してα軸方向及びβ軸方向にそれぞれ移動可能であるため、基部２１に取り付けられたシール径測定用接触子２２ａ〜２２ｄ及びネジ径測定用接触子２３ａ〜２３ｄも、基部２１の移動に伴って、第１平板部１４に対してα軸方向及びβ軸方向にそれぞれ移動可能である。さらには、前述のように、シール径測定用接触子２２ａ、２２ｃ及びネジ径測定用接触子２３ａ、２３ｃは基部２１に対してα軸方向に移動可能である。シール径測定用接触子２２ｂ、２２ｄ及びネジ径測定用接触子２３ｂ、２３ｄは基部２１に対してβ軸方向に移動可能である。また、前述のように、基部２１は、端面倣い部１１と一体的にＸ軸周り及びＹ軸周りに回動するため、シール径測定用接触子２２ａ〜２２ｄ及びネジ径測定用接触子２３ａ〜２３ｄも、端面倣い部１１と一体的に回動する。さらに、前述のように、基部２１は、端面倣い部１１と一体的に押動されるため、シール径測定用接触子２２ａ〜２２ｄ及びネジ径測定用接触子２３ａ〜２３ｄも端面倣い部１１と一体的に押動される。

＜Ｃ−３．寸法測定動作＞
以下、図３を適宜参照しつつ、上記の構成を有する寸法測定機構２による寸法測定動作について説明する。なお、シール径測定用接触子２２ａ〜２２ｄによるシール径測定動作と、ネジ径測定用接触子２３ａ〜２３ｄによるネジ径測定動作とは、同様の動作であるため、ここでは、ネジ径測定用接触子２３ａ〜２３ｄによるネジ径測定動作についてのみ説明する。

まず最初に、後述する押動機構３によって端面倣い機構１を管Ｐの端面Ｅに向けて押動して当接させた直後の初期状態（図３（ａ））から、第３平板部１６をα軸方向に適宜の移動量だけ移動させる（図３（ｂ））。具体的には、制御装置４からの制御信号によって第１リニアステージ１７を駆動制御することにより、第２平板部１５をα軸方向に適宜の移動量だけ移動させる。これにより、第２平板部１５に連結された第３平板部１６も、第２平板部１５と一体的にα軸方向に移動することになる。また、基部２１を介して第３平板部１６に連結されたネジ径測定用接触子２３ａ〜２３ｄも、第３平板部１６と一体的にα軸方向に移動することになる。

次に、制御装置４からの制御信号によってネジ径測定用接触子２３ｂ、２３ｄが取り付けられた一軸駆動機構を駆動制御することにより、ネジ径測定用接触子２３ｂ、２３ｄをβ軸方向に移動させ、その先端部を管Ｐのネジ部に当接させる（図３（ｃ））。この際、初期状態（図３（ａ））から管Ｐのネジ部に当接した状態（図３（ｃ））になるまでのネジ径測定用接触子２３ｂ、２３ｄのβ軸方向の変位量が、一軸駆動機構に取り付けられた変位量測定器によって測定される。

次に、第３平板部１６をα軸方向（ただし、図３（ｂ）に示す方向とは逆向き）に適宜の移動量だけ移動させながら、先端部が管Ｐのネジ部に当接した状態となるように、ネジ径測定用接触子２３ｂ、２３ｄをβ軸方向に移動させる（図３（ｄ））。この際にも、前述したのと同様に、ネジ径測定用接触子２３ｂ、２３ｄのβ軸方向の変位量が、一軸駆動機構に取り付けられた変位量測定器によって測定される。

上記のようにして第３平板部１６がα軸方向に移動する過程で逐次測定されたネジ径測定用接触子２３ｂ、２３ｄのβ軸方向の変位量は、制御装置４に送信される。図４に示すように、制御装置４は、ネジ径測定用接触子２３ｂ、２３ｄのβ軸方向の変位量の分布（α軸方向の分布）のピーク値ＤＰ_１、ＤＰ_２や、予め記憶された初期状態（図３（ａ））におけるネジ径測定用接触子２３ｂと２３ｄとのβ軸方向の離間距離に基づき、β軸方向のネジ径ＳＤ_Ｃを算出する。より具体的には、初期状態におけるネジ径測定用接触子２３ｂと２３ｄとのβ軸方向の離間距離をＤとすると、β軸方向のネジ径ＳＤ_Ｃは、例えば、以下の式（１）によって算出される。
ＳＤ_Ｃ＝Ｄ−（ＤＰ_１＋ＤＰ_２） ・・（１）

以上に説明した一連の動作と同様の動作がネジ径測定用接触子２３ａ、２３ｃについても実行され、これにより、α軸方向のネジ径が算出される。

以上に説明した構成を有する寸法測定機構２は、図５に示すように、管Ｐの基準面の方向及び位置に応じて端面倣い機構１と一体的に押動され且つ一体的に回動するため、管Ｐの基準面に対して垂直な方向の所定位置における寸法を自動的に精度良く測定可能である。なお、図５では、管Ｐの端部が鉛直方向に曲がっているため、端面倣い機構１及び寸法測定機構２が、管Ｐの端面に倣って、Ｘ軸周り（軸部材１１３周り）に回動している状態を示している。管Ｐの端部が水平方向に曲がっている場合には、端面倣い機構１及び寸法測定機構２は、管Ｐの端面に倣って、Ｙ軸周り（軸部材３１３周り）に回動することになる。また、管Ｐの端部が鉛直方向及び水平方向の双方に曲がっている場合には、端面倣い機構１及び寸法測定機構２は、管Ｐの端面に倣って、Ｘ軸周り（軸部材１１３周り）及びＹ軸周り（軸部材３１３周り）の双方に回動することになる。

＜Ｄ．押動機構＞
図１又は図２に示すように、押動機構３は、４つの接触センサ１１４ａ〜１１４ｄのうち、少なくとも３つの接触センサによって端面倣い機構１が管Ｐの長手方向端面Ｅに当接していることが検知される状態となるように、端面倣い機構１を水平方向（図１に示す状態ではＺ軸方向）に押動する。具体的には、４つの接触センサ１１４ａ〜１１４ｄによる接触状態の検知結果がそれぞれ制御装置４に送信され、制御装置４は、少なくとも３つの接触センサによって端面倣い機構１が管Ｐの端面Ｅに当接していることが検知される状態となるように、押動機構３を駆動制御して、端面倣い機構１を水平方向に押動させる。以下、本実施形態に係る押動機構３のより具体的な構成について説明する。

本実施形態に係る押動機構３は、支持部３１と、軸部３２と、台車部３３と、駆動部３４とを具備する。

＜Ｄ−１．支持部及び軸部＞
支持部３１は、平板部材３１１と、平板部材３１１のＹ軸方向両端部からＺ軸方向に突設された一対の突設部材３１２と、一対の突設部材３１２をそれぞれ筒状部１２に連結する一対の軸部材３１３とを具備する。支持部３１は、前述のように、一対の軸部材３１３によって、筒状部１２をＹ軸周りに回動可能に連結している。具体的には、一対の突設部材３１２が、一対の軸部材３１３を介して、筒状部１２をＹ軸周りに回動可能に連結している。

支持部３１は、軸部３２に固定接続されており、支持部３１及び軸部３２は、端面倣い機構１及び寸法測定機構２がＸ軸周り及びＹ軸周りに回動したとしても、回動しない構成となっている（図５参照）。支持部３１が軸部３２によって水平方向に押動されることにより、支持部３１に連結された筒状部１２が水平方向に押動され、筒状部１２に連結された端面倣い部１１も水平方向に押動されることになる。なお、平板部材３１１には、端面倣い部１１の棒状部材１１５が貫通する部位に貫通孔が設けられている。前述のように、接触センサ１１４ａ〜１１４ｄが管Ｐの基準面の方向に応じてＸ軸周り及びＹ軸周りに回動する際に、棒状部材１１５も接触センサ１１４ａ〜１１４ｄと一体的に回動する。このため、前記貫通孔は、棒状部材１１５の回動が干渉されないように、棒状部材１１５の回動範囲に応じた寸法とされている。

＜Ｄ−２．押動機構のその他の構成＞
軸部３２は、台車部３３に固定接続されるか、或いは、必要に応じてエアシリンダやリニアステージ等の一軸駆動機構を介して台車部３３に連結されている。上記の一軸駆動機構は、台車部３３に対して、軸部３２及び支持部３１を鉛直方向に昇降させる必要がある場合に設けられる。

台車部３３には、台車部３３を水平方向に押動するためのエアシリンダ等から構成された駆動部３４が取り付けられている。制御装置４からの制御信号によって駆動部３４を駆動制御することにより、台車部３３が水平方向に押動され、台車部３３に接続された軸部３２や、軸部３２に接続された支持部３１も水平方向に押動されることになる。

なお、本実施形態に係る押動機構３は、好ましい構成として、端面倣い機構１を押動する押動力を調整可能とされている。具体的には、駆動部３４を構成するエアシリンダの圧力が適宜のセンサによって測定され、この圧力測定値が制御装置４に送信される。制御装置４は、圧力測定値から算出される押動力が予め定めた値となるように、駆動部３４を駆動制御する。

以上に説明した構成を有する押動機構３による端面倣い機構１の押動は、寸法測定機構２によって管Ｐの寸法を測定する前の段階（端面倣い機構１が管Ｐの端面に当接していない状態から当接する状態に遷移させる段階）に限るものではなく、寸法測定中にも継続される。このため、端面倣い機構１が管Ｐの端面に当接している状態を安定的に維持しながら、管Ｐの寸法測定が可能である。

なお、本実施形態では、押動機構３の台車部３３に振動センサ５が取り付けられているが、これに限るものではなく、押動機構３の他の部位や、或いは、端面倣い機構１や寸法測定機構２に取り付ける構成を採用することも可能である。

以下、実施例及び比較例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。

＜実施例１＞
図１及び図２に概略構成を示す寸法測定装置１００を用いて、管Ｐの端部に形成されたピン継手のシール径及びネジ径を測定した。測定対象とした管Ｐは、外径７３．０ｍｍ、肉厚５．５１ｍｍ、長さ９５００ｍｍであり、管Ｐの端面から約５００ｍｍの位置をチャック部材Ｃで拘束し、管Ｐの当該拘束した部位の軸方向が端面倣い部１１の押動方向とほぼ平行となるようにした。管Ｐの端部の曲がり量（＝管Ｐの断面中心のズレ量／ズレ量測定部位の長さ）は、β軸方向に最大で１．２ｍｍ／１０００ｍｍであった。シール径の測定位置（距離ＳＬ、図６参照）は、基準面から１．９ｍｍ、ネジ径の測定位置（距離ＴＬ、図６参照）は、基準面から１９．０ｍｍとした。また、上記と同じ管Ｐについて、専用の測定器具を用いて人手によりシール径及びネジ径を測定した。そして、寸法測定装置１００を用いて測定したシール径及びネジ径と、専用の測定器具を用いて人手により測定したシール径及びネジ径との差を評価結果とした。

＜比較例１＞
以下の条件が異なる点を除き、実施例１と同様の条件で、管Ｐの端部に形成されたピン継手のシール径及びネジ径を測定し、専用の測定器具を用いて人手により測定したシール径及びネジ径との差を評価結果とした。すなわち、実施例１と同じ寸法測定装置１００において、端面倣い部１１の平面１１４Ｓの法線方向が端面倣い部１１の押動方向とほぼ平行となるようにした状態（図１に示す状態）で、端面倣い機構１が回動しないように固定した。この端面倣い機構１が回動しない寸法測定装置１００を用いて、管Ｐの端部に形成されたピン継手のシール径及びネジ径を測定した。そして、端面倣い機構１が回動しない寸法測定装置１００を用いて測定したシール径及びネジ径と、専用の測定器具を用いて人手により測定したシール径及びネジ径との差を評価結果とした。

＜実施例２＞
測定対象とした管Ｐの端部の曲がり量が、α軸方向に最大で２．１ｍｍ／１０００ｍｍである点を除き、実施例１と同様の条件で、管Ｐの端部に形成されたピン継手のシール径及びネジ径を測定し、専用の測定器具を用いて人手により測定したシール径及びネジ径との差を評価結果とした。

＜比較例２＞
測定対象とした管Ｐの端部の曲がり量が、α軸方向に最大で２．１ｍｍ／１０００ｍｍである点を除き、比較例１と同様の条件で、管Ｐの端部に形成されたピン継手のシール径及びネジ径を測定し、専用の測定器具を用いて人手により測定したシール径及びネジ径との差を評価結果とした。

＜実施例３＞
測定対象とした管Ｐの端部の曲がり量が、β軸方向に最大で２．８ｍｍ／１０００ｍｍである点を除き、実施例１と同様の条件で、管Ｐの端部に形成されたピン継手のシール径及びネジ径を測定し、専用の測定器具を用いて人手により測定したシール径及びネジ径との差を評価結果とした。

＜比較例３＞
測定対象とした管Ｐの端部の曲がり量が、β軸方向に最大で２．８ｍｍ／１０００ｍｍである点を除き、比較例１と同様の条件で、管Ｐの端部に形成されたピン継手のシール径及びネジ径を測定し、専用の測定器具を用いて人手により測定したシール径及びネジ径との差を評価結果とした。

＜評価結果＞
以上に説明した実施例１〜３及び比較例１〜３の評価結果を表１に示す。なお、表１に示す数値の単位はμｍである。

表１に示すように、比較例１〜３では、α軸方向のシール径、β軸方向のシール径、α軸方向のネジ径及びβ軸方向のネジ径の評価結果のうち、少なくともいずれか一つの評価結果（表１でハッチングを施した評価結果）については大きくなることが分かる。すなわち、寸法測定装置を用いた測定値と、専用の測定器具を用いた人手による測定値との差が大きくなることが分かる。これに対し、実施例１〜３では、α軸方向のシール径、β軸方向のシール径、α軸方向のネジ径及びβ軸方向のネジ径の全ての評価結果について小さくなることが分かる。すなわち、寸法測定装置を用いた測定値と、専用の測定器具を用いた人手による測定値との差が小さくなることが分かる。つまり、本発明に係る寸法測定装置によれば、端部に曲がりを生じている管であっても、専用の測定器具を用いた人手による測定と同程度に精度良くシール径及びネジ径を測定できるといえる。

Claims (4)

1. 長尺材の長手方向端面に当接する端面倣い機構と、
   前記端面倣い機構に接続され、長尺材の寸法を測定する寸法測定機構と、
   前記端面倣い機構を長尺材の長手方向端面に向けて押動する押動機構とを備え、
   前記端面倣い機構は、一の平面に沿ってそれぞれ配置され接触状態を検知する３つ以上の複数の接触センサを長尺材の長手方向端面に当接する側に具備すると共に、前記平面の法線方向に直交し且つ互いに直交する２軸周りに少なくとも回動可能とされ、
   前記押動機構は、前記複数の接触センサのうち、少なくとも３つの接触センサによって前記端面倣い機構が長尺材の長手方向端面に当接していることが検知される状態となるように、前記端面倣い機構を押動し、
   前記寸法測定機構は、前記端面倣い機構と一体的に押動され且つ一体的に回動可能であると共に、前記複数の接触センサのうち、少なくとも３つの接触センサによって前記端面倣い機構が長尺材の長手方向端面に当接していることが検知されている場合に、長尺材の寸法を測定することを特徴とする長尺材の寸法測定装置。
2. 前記接触センサは、一対の電極を具備し、該一対の電極間の通電の有無によって接触状態を検知することを特徴とする請求項１に記載の長尺材の寸法測定装置。
3. 前記押動機構は、前記端面倣い機構を押動する押動力を調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の長尺材の寸法測定装置。
4. 前記端面倣い機構、前記寸法測定機構及び前記押動機構のうち、少なくとも一つの機構は、振動状態を検知する振動センサを備え、
   前記寸法測定機構は、前記振動センサによって検知された振動が所定の大きさ以下である場合に、長尺材の寸法を測定することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の長尺材の寸法測定装置。