JP5730346B2 - 管を３ｄ検知する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、管の三次元形状を検知する装置及び方法に関し、この装置は管用の保持構造体と、管形状の検知器とを有する。また本発明に係る方法は対応して、管を保持するステップと、管形状を検知するステップとを有する。

管は、一般的にはシームレスに穿孔スピンドル及び後続のロール加工プロセスにより、金属ブロックから製造されるか、又は予め所望の形状に変形された金属薄板を溶接することにより製造される。この構成において、特に高圧下にある液状及びガス状の媒体の搬送用のパイプラインエレメントとして上記管を使用する場合には、管の品質及び形状正確性に特に重きが置かれる。

品質要求は、表面の質と、管の全長に亘る予め規定された壁肉厚の起こり得る極めて小さなずれを検知するだけではなく、同様に管全体の三次元形状及び管横断面の二次元輪郭の複数の個所の三次元形状も検知する。

とりわけ海底に敷設され、ひいては使用場所において必要な内圧だけでなく、同様に高い外圧にもさらされているパイプラインの管には、全長に亘って管の形状に関する特に高い要求が課される。管横断面の所望の真円度からの既にある小さなずれ、いわゆる楕円度は、管の局所的な押しつぶし、又は２つの管の互いの溶接時の困難さに繋がることがある。

したがって管製造業者は、通常、管の真円度が全長に亘って、ひいては管端部から離れていても、要求される公差内にある、ということを保証する必要がある。したがって管輪郭を規定するために、一般的に、ノギス（Schieblehren）又はキャリパゲージといった機械的な測定エレメントを、管端部の領域に使用する。次いで管の全長に亘って、通常、予め規定された１〜３つの測定点において、管の直径は検知され、これにより管全体の真円度又は楕円度を帰納推理することになる。

しかしこれによっては、管の形状全体を管の長さに亘って、ほとんど特定することができないか又は極めて手間をかけてしか特定することができない。さらに管は、上記測定時に受け部又はフィードロールガングにおいて、位置及び配向において規定されて制限されていない数の支持受けに載置されるので、管の長さに亘る撓みも、自重に基づく管の輪郭の変形も、各測定に無視できない影響を与える。

したがって、上記管の管形状及び管輪郭を測定するために、これまでになかった標準規格化された測定方法に対する需要がある。同様に、品質規定及び品質保証に必要な測定を可能な限り自動化することができ、好ましくは標準規格化して実施することができるようにする、という要求がある。

したがって本発明の目的は、管の全長に亘って管の三次元形状の検知を再現可能に、かつ周辺からの影響により損なわれることなく、好ましくは自動化して実施することができる、装置及び方法を提供することである。

上記目的を達成するために本発明に係る、管用の保持構造体と、管形状の検知器とを有する装置は、保持構造体が、内側から前記管を支持する少なくとも１つの受け部を有し、管形状の検知器が、管形状の非接触式の検知を可能にし、管、及び管形状の検知器は、管の全長に亘って互いに相対的に可動に配置されているようになっている。

好ましくは、保持構造体は、各管端部に係合してかつ好ましくは予め規定されている、管内壁の点に作用する２つの受け部を有する。

好ましくは、管内壁の予め規定されている点は、ベッセル点の範囲に位置し、好ましくは支持されている管のベッセル点に一致している。

好ましくは、管形状の検知器は、少なくとも１つの光源、好ましくは少なくとも１つのレーザ放出器と、管表面から拡散された光線、好ましくはレーザビーム用の少なくとも１つの受信器とを有する。

好ましくは、光源により、光構造、好ましくは点又は線、特に好ましくはパターンが、管に投影可能である。

好ましくは、管形状の検知器は、管横断面を好ましくは完全に取り囲むフレームを有する。

好ましくは、複数、好ましくは１６から２４個の光源好ましくはレーザ放出器が、好ましくはフレームの周面に亘って等間隔で配置されている。

好ましくは、少なくとも１つの光源、好ましくはレーザ放出器は、フレームの内側において少なくとも半径方向に、好ましくは半径方向及び接線方向に、摺動可能に配置されている。

好ましくは、管形状の検知器は、管の全長に亘って移動可能である。

好ましくは、管をその長手方向軸線を中心に回動させる手段が設けられている、好ましくは少なくとも１つのローラブロック体が設けられている。

さらに、上記目的を達成するために本発明に係る、管の三次元形状を検知する方法は、管を保持するステップと、管形状を検知するステップとを有し、管の保持を、内側から管を支持する少なくとも１つの受け部により行い、管形状の非接触式の検知を実施し、管形状の検知を、管の全長に亘って行うようになっている。

好ましくは、管形状の検知器を、静止している管の全長に亘って案内するように運動させる。

好ましくは、少なくとも１つの光源、好ましくは少なくとも１つのレーザ放出器が、光構造、好ましくは点又は線、特に好ましくはパターンを管に投影する。

好ましくは、少なくとも１つの光源、好ましくはレーザ放出器を、管形状の検知の開始前に、フレームの内側において少なくとも半径方向に、好ましくは半径方向及び接線方向に、管表面に対する光源の予め規定されている間隔を調節する、好ましくは予め決められている位置的な状態も調節する。

好ましくは、管を、管形状の検知中に、単に保持構造体、好ましくは有利に予め規定されている、管内壁の点に係合する受け部に載置する。

本発明に係る思想において、内側から管を支持する少なくとも１つの支持受けを有する保持構造体が提供される。これにより、例えば測定の場所が、ロールガング又は受けにおいてであっても、状況に起因した周辺からの影響を回避することができる。本発明に係る思想において、管形状の検知は非接触式に行われる。この構成において、管及び管形状の検知に必要な、管の全長に亘る管形状の非接触式の検知器は、互いに相対的に運動可能に配置されている。

一方では管、他方では管形状の検知器の互いの相対的な運動性は、静止している管に亘っての検知器の運動、不動に配置されている検知器に対して相対的な管の運動、及び２つの装置構成要素の互いの運動を含むことができる。しかし、管形状の検知器による管形状の検知は、保持構造体においてのみ静止している管の全長に亘って行われ、これにより管の運動だけによる管形状の検知への全体的な影響が阻止される構成が有利になる。

本発明に係る方法は相応に、内側から管を保持するステップと、管の全長に亘って適切な機器により管形状を非接触式に検知するステップとを有する。この構成において、一方では管が、他方では管形状の検知器が、検知過程のために管の全長に亘って互いに相対的に運動する。

これにより、管全体の三次元形状を検知する標準規格化可能な方法が初めて提供される。この方法は、局地的な影響を考慮する必要なく、完全に再現可能でかつ再検査可能な結果を提供することができる。

管の三次元形状の標準規格化された検知のために、管を支持する支持受けの数、及び内部での管内壁における各支持受けの位置と、場合によっては各支持受け面、及び単数の支持受け又は複数の支持受けに対する管の単数の溶接シーム又は複数の溶接シームの位置を確認するだけでよい。管が専ら内側から支持されるという事実に基づいて、管の全体的な三次元形状の検知は管の全長に亘って初めて行うことができる。場合によっては同じ作業ステップにおいて、また、これに対して択一的に他の測定方法と組み合わせて、一般的に結合溶接シームの供給のために予め規定された形状を有する必要がある管端部の形状を、同様に測定することもできる。

したがって本発明に係る思想において、不連続なステップにおいて複数の測定操作を実施する必要なく、管の完全な三次元形状を管長さに亘って検知することが可能になる。

本発明に係る装置の有利な構成において、保持構造体は、各管端部に係合し、好ましくは予め規定された管端部の点に係合あるいは作用する２つの支持受けを有する。この構成において、管端部の予め規定された点がベッセル点の範囲にあると、特に有利である。この構成において、一般的にはパイプライン管用の１２．５〜１８ｍの管長さにおいて、＋／−２５ｃｍ、特に好ましくは＋／−５ｃｍの、算出されたベッセル点からのずれは許容可能であると考えられる。また、支持受け点が支承された管のベッセル点とほぼ一致していて、ひいてはベッセル点から１ｃｍ未満で離されて配置されていると、さらに有利である。ベッセル点は、均等に荷重をかけられている梁の支持受けの最適な位置を示す。この梁は、自身の重量又は均等に分配された荷重下で弾性的に撓む。したがって好ましくは保持構造体によって保持されている管のための支持受け点として働くことが望ましいベッセル点は、平均的な撓みの最小値の範囲にある。これにより測定時には、管の可能な限り小さな撓みしかもたらされない。これにより管の三次元形状の検知時の測定結果は、特に有利に最適化される。

したがって本発明に係る方法の標準規格化の理由から、場合によっては検知された管の標準規格撓みを数値化し（quantifizieren）、かつ判定する（qualifizieren）ことができるように、ベッセル点、及びベッセル点からの支持受けの最大限で許容可能なずれを確定することが推奨される。

本発明に係る装置のさらに別の有利な構成において、管形状の検知器は、少なくとも１つの光源と、管表面によって拡散された光線のための少なくとも１つの受信器とを有する。上記光源は、例えばスーパルミネセンスダイオード又は白色光源である。管表面によって拡散されたスーパルミネセンスダイオード又は白色光源の光は、受信器によって検知することができる。本発明に係る思想において、光源と受信器とを有する、各光学的な測定機器を使用する。しかし、管形状の検知器が、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つのレーザ検出器とを有していると、有利である。

これにより、特に正確に作動する手段でもって、管形状の極めて正確な検知を可能にする装置が提供される。さらに測定は迅速に行われ、適切な支持構造において省スペース式に組み込むことができる。

光源は、好ましくは光構造（Lichtstruktur）、特に点、線又はパターンを管の表面に投影する。この光構造を、特に好ましくは場所に関して及び／又は時間的に変更することができる。拡散された光構造の検出及び評価は受信器により行われ、好ましくは適切な制御ユニット及びメモリユニットでもって行われる。これら制御ユニット及びメモリユニットを介して、管自体の（二次元の）横断面輪郭及び（三次元）形状の規定が可能になる。

本発明に係る装置のさらに別の有利な構成において、管形状の検知器は、管をその長手方向配向に対して垂直方向に、好ましくは完全に取り囲むフレームを有する。この関連で、複数の光源、好ましくはレーザ放出器は、好ましくはフレームの周面に亘って均等に配置されていると、特に有利になる。この関連で、１６〜２４個のレーザ放出器と、対応する数の受信器がフレームの周面に亘って配置されていると、さらに有利になる。これにより個々の光源のための支持構造の比較的簡単な構成でもって、管の全周面は測定又は検知過程中に同時に検知することができる一方で、他方、管表面に対する個々の光源の確実かつ一様な配向及び配置が確保されている、ということを保証することができる。

上記関連で、フレームが、夫々同じ数の光源及び受信器を支持する個々のフレームセグメントから成っていると特に有利になる。これにより三次元管形状の検知器の、構成要素ごとの交換及び組立てが、特に簡単かつ効果的な手段でもって促進される。

少なくとも１つの光源が、フレームの内側において少なくとも半径方向、好ましくは半径方向にも接線方向にも移動可能に配置されているとさらに有利になる。したがって三次元管形状の検知器を、検知したい各管横断面に有効に適合させることができるように、光源がフレームセグメントの内側において、適切な調節手段を介してグループごとに移動可能に配置されていると、特に有利である。

上記関連で、光源が、好ましくは検知したい管の全周面をオーバラップして覆う表面に、光構造を投影すると有利になる。これにより管の三次元形状の完全かつもれのない検知が確保される。このことは、管形状の検知器が、静止している管の全長に亘って移動可能であると、特に特別に有利に促進される。この構成においてはとりわけ、冒頭で述べたように、管の各運動が測定不正確性に繋がることになり、ひいては三次元の管形状の不正確な検知に繋がることがある、という状況をとりわけ考慮した。

本発明に係る装置及び本発明に係る方法のさらに別の有利な構成において、例えば保持装置内部における、予め確定されている溶接シームを、例えば１２時又は３時方向で配向するために、管を規定された角度位置に回動させることができる。この関連で、例えば互いに離間した少なくとも２つのローラを備えたV字形の支持受け部を含む、少なくとも１つのローラブロック体（Rollenprisma）の形式の、支持受け部における回動装置が特に有利になる。同様に、管の長手方向軸線を中心に、管を回動させるための手段が特に有利になる。この手段は、保持装置に結合されているのではなく、管が支持受け部に載置される前に、管を規定された回動位置にもたらす。

本発明に係る方法のさらに別の有利な構成において、本発明に係る方法は、管の三次元形状を検知する本発明に係る装置のために働く。したがって本発明に係る方法によって達成される効果は、本発明に係る装置の使用時に、本発明に係る装置の有利な構成をも含めて達成することができる効果に一致する。

本発明に係る方法は、少なくとも管を保持するステップと、管形状を検知するステップとを有する。この構成において、管の保持は、管を支持する少なくとも１つの支持受けにより内側から行われ、管形状の非接触式の検知が実施される。この方法において、管及び管形状の検知器は、管の全長に亘って互いに相対的に運動する。

好ましくは、管を、例えばロールガングといった適切な手段を介して、管ための保持構造体に搬送され、かつ管形状の検知器に搬送する。次いで、保持構造体によってつかまれ、次いでロールガングから持ち上げられるか、又は少なくともロールガングセグメントの降下により、保持構造体によってのみ保持される。好ましくは管形状の検知器は、静止している管をその全長に亘って擦過するので、非接触式に三次元の管形状が検知される。

検知開始前に、少なくとも１つの光源、好ましくは少なくとも１つのレーザ放出器が、光源又は光源を支持するフレームの内側において、管表面に対して少なくとも半径方向に向けて調節されると特に有利になる。これにより特に好ましくは、管表面からの各光源の間隔が同じに調節可能である。特に好ましくは、単数又は複数の光源の場所に関する位置の接線方向の調節も行われ、ひいては光源の移動は、半径方向の調節運動に対して略垂直に行われ、これにより、検知したい管に対する検知器の全ての光源の、好ましくは等間隔の方向付けが実現される。

管形状の検知中に、保持構造体、好ましくは有利に予め規定されている管内壁の点に作用する支持受けにのみ管が載置されると特に有利になる。これにより、三次元管形状を検知するための再現可能でかつ好ましくは標準規格化された方法を、外部からの測定結果への影響なく提供することができる。

本発明によれば、管の全長に亘って管の三次元形状の検知を再現可能に、かつ周辺からの影響により損なわれることなく、好ましくは自動化して実施することができる。

管の三次元形状を検知する本発明に係る装置の概略的な側面図である。 本発明に係る装置に検知しようとする管を供給するステップを示す概略的な側面図である。 本発明に係る装置に検知しようとする管を供給する第２のステップを概略的に示す図である。 本発明に係る装置に検知しようとする管を供給する第３のステップを示す図である。 三次元の管形状を検知している間の、本発明に係る装置の使用状況を示す図である。 三次元の管形状を検知する本発明に係る装置の実施の形態を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態を６枚の図面を参照して詳細に説明する。これらの図面は、本発明の有利な実施の形態を概略的に示す。

図１は、２つの昇降可能なロールガングローラ１１ａ，１１ｂと、２つの昇降可能な受け部４ａ，４ｂを持つ２つの保持構造体２ａ，２ｂとを備えた、管用の供給装置を有する、管１の三次元形状を検知するための本発明に係る装置の概略的な側面図を示す。保持構造体２ａ，２ｂは夫々、管１に接近運動可能であり、かつこの管１から再度離れるように運動可能に設けられている。最終的には、本発明に係る装置は管形状を検知する機器３を有する。この機器３は管の全長に亘って可動であり、好ましくは保持構造体２ａ，２ｂにより保持されている管１の全周面を検知することができる。

図２は、本発明に係る装置に管１を供給する第１のステップを示す。管１は、持ち上がった状態のロールガングローラ１１ａ，１１ｂを介して、２つの保持構造体２ａ，２ｂの間を左から右に搬送される。この実施の形態において、保持構造体２ａ，２ｂの間の、管の横方向搬送が可能である。管形状の検知器３は、上記作業ステップ中に既に、保持構造体２ａ，２ｂの間にリングの形式において配置されている。管１は、保持構造体２ａ，２ｂの間における供給時に、機器３のフレームの閉鎖されたリングを通って案内される。

図３は、本発明に係る装置に検知したい管１を供給する第２のステップを示す。管１は、ロールガングローラ１１ａ，１１ｂに依然として載っていて、この実施の形態において、降下した状態の受け部４ａ，４ｂを備えた保持構造体２ａ，２ｂは夫々、管１に向かって互いに運動し、受け部４ａは既に左側の管端部１ａを通って、管内壁１ｃの規定された点５ａの下側に配置されている。これに対して右側の保持構造体２ｂは、受け部４ｂが右側の管端部１ｂを通って、受け部４ｂに対する規定された点５ｂの下方に到達するまではまだ管１に向かって移動させられていない。管形状の検知器３は、この作業ステップにおいては静止位置で、管１から離れて側方に配置されている。

図４は、本発明に係る装置へ管１を供給する別のステップを概略的に示す。保持構造体２ａ，２ｂの受け部４ａ，４ｂは管内壁１ｃと接触していて、管１をロールガングローラ１１ａ，１１ｂから持ち上げるために、さらに持ち上げられる。この時点で、管１の周面はまだ完全に解放されていないので、管形状の検知器３は、さらに図３の静止位置に留まっている。

図５は、本発明に係る方法の実施中の本発明に係る装置を示す。この実施の形態において、管１は、保持構造体２ａ，２ｂの受け部４ａ，４ｂによってのみ保持される。ロールガングローラ１１ａ，１１ｂは、静止位置に降下されているので、管１は単に内側から支持されて装置の内側で保持される。機器３はむしろ、管１の形状全体を非接触式に三次元に検知し複製するために、管１の全長に亘って保持構造体２ａ，２ｂの間で往復運動することができる。

最後に図６は、本発明に係る、管１の形状の検知器３のフレーム１０を示す。看取できるように、管１は円形のフレーム１０に対して同心的に配置されている。このフレーム１０は、管１に対するフレーム１０の正確な方向付けのために、水平方向でも鉛直方向でも任意に調整することができる。フレーム１０の内側に、互いに等距離を置いて１６個のユニット１３が配置されている。この実施の形態において、８個のユニット１３がフレーム１０の前面に設けられていて、８個のユニット１３がフレーム１０の後面に設けられている。

上記各ユニット１３は、レーザ光線源とビーム成形光学系を内蔵している。このビーム成形光学系は、上側のユニット１３の下側に扇状の光構造１２として概略的に示されているレーザ光線からのレーザラインを形づくる。各ユニット１３は、最終的に検出ユニット、図示の構成においては画像検出器も有する。個々のユニット１３は夫々、管１に向かって、かつ管１から離れるようにして、フレーム１０の内側において半径方向に調節可能に配置されているので、ユニット１３から放出された光構造１２は、管１の予め決められている部分周面を覆う。管１の表面から拡散された光は、次いで各ユニット１３に対応配置されている検出器によって受信され、適切な画像化ユニットに送られ、この画像化ユニットにおいて管１の三次元形状は完全に再現される。ユニット１３、好ましくはレーザセンサを管１に向かって半径方向に送ることは、ユニット１３の測定領域は一般的に限定されているので、可能な限り高い測定正確性を達成するために有利になる。またこれと同時に、同じ設備でもって、管直径の大きなスペクトルを測定することができる、ということも望まれる。

１ 管、 ２ａ，２ｂ 保持構造体、 ３ 機器、 ４ａ，４ｂ 受け部、 １０ フレーム、 １１ａ，１１ｂ ロールガングローラ、 １２ 光構造、 １３ ユニット

Claims (13)

1. 管（１）の三次元形状を検知する装置であって、前記管（１）用の保持構造体（２）と、前記管の管形状を検知する検知器（３）とを有し、
   前記保持構造体は、内側から前記管（１）を支持する少なくとも１つの受け部（４）を有し、
   前記管形状の検知器（３）は、前記管形状の非接触式の検知を可能にし、
   前記管（１）、及び前記管形状を検知する検知器（３）は、前記管（１）の全長に亘って互いに相対的に可動に配置されている、管の三次元形状を検知する装置において、
   前記保持構造体（２）は、各管端部（１ａ，１ｂ）内に係合してかつ予め規定されている、管内壁（１ｃ）の点（５ａ，５ｂ）に係合する２つの受け部（４ａ，４ｂ）を有することを特徴とする、管の三次元形状を検知する装置。
2. 前記管内壁（１ｃ）の予め規定されている点（５ａ，５ｂ）は、ベッセル点の範囲に位置することを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 前記管形状の検知器（３）は、少なくとも１つの光源（６）と、管表面（１ｄ）から拡散された光線用の少なくとも１つの受信器（７）とを有することを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記光源（６）により、光構造（１２）が、前記管（１）に投影可能であることを特徴とする、請求項３記載の装置。
5. 前記管形状の検知器（３）は、管横断面を取り囲むフレーム（１０）を有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 複数の光源（６）が、前記フレーム（１０）の周面に亘って配置されていることを特徴とする、請求項５記載の装置。
7. 少なくとも１つの光源（６）は、前記フレーム（１０）の内側において少なくとも半径方向に、摺動可能に配置されていることを特徴とする、請求項５又は６記載の装置。
8. 前記管形状の検知器（３）は、前記管（１）の全長に亘って移動可能であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 前記管（１）をその長手方向軸線を中心に回動させる手段が設けられていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 管（１）の三次元形状を検知する方法であって、前記管（１）を保持するステップと、前記管の管形状を検知するステップとを有し、
    前記管（１）の保持を、内側から前記管（１）を支持する少なくとも１つの受け部（４）により行い、
    前記管形状の非接触式の検知を実施し、
    前記管形状の検知を、前記管（１）の全長に亘って行う、管の三次元形状を検知する方法において、
    前記管（１）を、前記管形状の検知中に、単に保持構造体（２）において、予め規定されている、管内壁（１ｃ）の点（５ａ，５ｂ）に係合する受け部（４ａ，４ｂ）に載置することを特徴とする、管の三次元形状を検知する方法。
11. 前記管形状の検知器（３）を、静止している前記管（１）の全長に亘って案内するように運動させることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
12. 少なくとも１つの光源（６）は、光構造を前記管（１）に投影することを特徴とする、請求項１０又は１１記載の方法。
13. 少なくとも１つの光源（６）を、前記管形状の検知の開始前に、フレーム（１０）の内側において少なくとも半径方向に動かして、管表面に対する前記光源（６）の予め規定されている間隔を調節することを特徴とする、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の方法。

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