JP6388566B2 - マンドレルミルのチョック部のライナー寸法精度測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ライン芯方向に複数のロールスタンドが設置されるマンドレルミルにおけるロールスタンドが設置されるチョック部のライナー寸法精度測定方法に関する。

多段のロールによりパイプの圧延成形を行うマンドレルミルは、パイプを成形するライン芯に沿って独立したロールスタンドがパイプの進行方向に複数配置され、パイプを連続的に圧延成形するものである。
このようなマンドレルミル１は、図９に示すように、チョック部３と呼ばれる支持架台に、ロールスタンド５がライナー７を介して設置される構造である。
チョック部３及びロールスタンド５は、パイプの進行方向（紙面直交方向）に複数基（例えば８基）設置されて、パイプを成形するものである。
各ロールスタンド５の中央には成形されるパイプが挿入されるパイプ挿入穴９が設けられている。

なお、チョック部３は図９に示すように、ドライブシャフト１１がロールスタンド５に向けて延出する第１チョック部３ａと、第１チョック部３ａに対して直角を成すように取り付けられた第２チョック部３ｂを備えている。
第１チョック部３ａ及び第２チョック部３ｂは、それぞれ垂直面に対して４５°の傾斜角度となる傾斜面を有しており、各傾斜面にライナー７が設けられている。

パイプ進行方向に設置された全てのロールスタンド５のパイプ挿入穴９がライン芯上にある必要がある。そのため、ロールスタンド５の設置状態において、パイプ挿入穴９の中心をライン芯に一致させる必要がある。
そこで、ロールスタンド５のパイプ挿入穴９は設計通りに製造されているので、ライナー７の調整が正確に行われていれば、ロールスタンド５を設置した状態で各ロールスタンド５のパイプ挿入穴９の中心はライン芯に一致させることができる。換言すれば、ロールスタンド５を設置した状態で各ロールスタンド５のパイプ挿入穴９の中心がライン芯に一致するときのライン芯から各ライナー７までの距離を規定値として、この規定値になるようにライナー表面位置を調整することで、ロールスタンド５の設置状態でパイプ挿入穴９の中心をライン芯に一致させることができる。

このようなライナー表面の調整作業の従来の方法について図１０に基づいて説明する。図１０は、図９のロールスタンド５を取り外した状態でライナー７の寸法精度を測定している状態を示している。

従来のライナー寸法精度測定方法で用いる主な機器は、図１０に示すように、測量器１３と、三角定規の形状をした三角定規冶具１５、及びピアノ線１７である。
三角定規冶具１５は、三角定規の形状をしており、直角部をチョック部３のライナー７に当てたときに、ライナー７が正しく設定されていると、直角の対辺の所定位置がライン芯になるように設定されている。
上記の機器を用いた従来の調整作業の手順を概説すると以下の通りである。

高さの基準であるベンチマークとマンドレルミル１の入側、出側のラインセンター点までピアノ線１７を引き回してライン芯の直上にピアノ線１７を配置する。
ロールスタンド５が設置されるのと同様に、三角定規冶具１５をライナー７に押し付けて、三角定規冶具１５の直角の対辺が水平になるようにして、かつピアノ線１７から下げ振り１９を垂下させて、下げ振り１９の先端が三角定規冶具１５の直角の対辺に設定されたライン芯位置になるようにする。この状態で、ライナー７表面と三角定規冶具１５のすき間をすき間ゲージで計測する。

なお、機器の測定・調整方法として、マンドレルミルのチョック部のライナー寸法精度の測定ではないが、冶具を用いないでレーザ光線を利用して穿孔圧延機の芯出し測定をする技術が特許文献１に開示されている。

また、測定対象物に再反射ターゲットを当接して、該再反射ターゲットにレーザ光を照射して、その反射光から再反射ターゲットを当てた前記測定対象物の空間座標を求める３次元レーザトラッカーを用いた測定方法に関する技術が特許文献２に開示されている。

特開平６−１４２７１９号公報 特開２０１２−１７３２５７号公報

上述したピアノ線でライン芯を出して、三角定規冶具１５を用いてすき間ゲージで測定する方法では、（ａ）すき間ゲージでの測定に至るまでのピアノ線によるライン芯出し作業に時間を要すること、（ｂ）三角定規冶具１５が大きく重く（１５ｋｇ〜３０ｋｇ）、不安定な作業のため補助者が３名以上必要なこと、（ｃ）三角定規冶具１５の直角部の対辺が水平になるように常に水準器をその対辺に設置して水平調整する必要があるが、４ヶ所のライナーの当りにバラツキがあることから、寸法精度も±２．０ｍｍ以内に治めるのが精一杯であった。

このように、従来行われているライナー寸法精度測定方法には種々の問題があり、特許文献１に示されたように光学的な機器を用いること、より具体的には特許文献２に示されたレーザトラッカーを用いることが考えられる。
しかしながら、レーザトラッカーを用いるとしても、具体的にどのように用いるかについて、具体的な開示や示唆をした文献は発明者が知る限りはなく、具体的な測定方法の開発が望まれていた。

本発明はかかる課題を解決するものであり、マンドレルミルのチョック部のライナー寸法精度測定方法に関し、３次元レーザトラッカーを用いて、効率的かつ精度よく測定する方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るマンドレルミルのチョック部のライナー寸法精度測定方法は、ライン芯方向に複数のロールスタンドが設置されるマンドレルミルにおける前記ロールスタンドを設置するチョック部のライナー寸法精度測定方法において、測定対象物に再反射ターゲットを当接して、該再反射ターゲットにレーザ光を照射して、その反射光から再反射ターゲットを当てた前記測定対象物の空間座標を求める３次元レーザトラッカーを用いるものであって、前記３次元レーザトラッカーによって高さの基準点を示すベンチマークの座標と、前記マンドレルミルの入側、出側のセンターマークの座標を求め、これらの座標に基づいて前記ライン芯を空間座標に設定するライン芯設定工程と、前記３次元レーザトラッカーによって前記チョック部に設置された各ライナーの表面の座標を求めるライナー表面座標取得工程と、該ライナー表面座標取得工程で得られた座標と前記ライン芯とを用いて各ライナー表面と前記ライン芯を通り当該ライナーが設置されているチョック部の傾斜角度と同一傾斜角度を有する面との最短距離を算出するライン芯・ライナー間距離算出工程と、ライン芯・ライナー距離算出工程で得られた距離と予め設定された規定値との差から寸法精度を算出する寸法精度算出工程とを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記３次元レーザトラッカーによって前記各ライナー表面における少なくとも３点の座標を求め、該座標を含む平面の法線の方向を求め、該法線方向が予め設定されている方向に対して所定の範囲内にあるかどうかを判定することによって、前記各ライナーの取り付け状態を判定するライナー取付け状態判定工程を含み、
該ライナー取付け状態判定工程は、前記ライナー表面座標取得工程の前に行って、前記ライナー取付け状態判定工程でライナーの取付け状態が良好と判定されたときにライナー表面座標取得工程を行うことを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、再反射ターゲットを当てるライナーがレーザ光を直接照射できない場合において、前記再反射ターゲットを測定用冶具に取り付けて座標の取得を行うことを特徴とするものである。

本発明においては、３次元レーザトラッカーを用いて、ライン芯設定工程と、ライナー表面座標取得工程と、ライン芯・ライナー間距離算出工程と、寸法精度算出工程とを備えたことにより、小人数でかつ短時間で作業ができ、格段に作業効率を向上することができ、かつ精度の向上を図ることができる。
また、調整に必要なシム量が数値として得られるので、調整作業が容易であるという効果も得られる。

本発明の実施の形態に係るマンドレルミルのチョック部のライナー寸法精度測定方法の工程を説明する説明図である。 本発明の実施の形態におけるライン芯設定工程の説明図である。 本発明の実施の形態におけるライナー表面座標取得工程の説明図である。 本発明の実施の形態におけるライン芯・ライナー間距離算出工程の説明図である。 本発明の実施の形態における寸法精度算出工程の説明図である。 本発明の実施の形態に係るライナー表面座標取得工程の他の態様に用いる測定用冶具の説明図である。 本発明の実施例において測定対象としたライナーの配置を説明する説明図である。 本発明の実施例において測定対象としたライナーとライン芯との距離の規定値を説明する説明図である。 本発明が測定対象としているマンドレルミルの説明図である。 ライナー寸法精度測定方法の従来例を説明する説明図である。

本発明の一実施の形態に係るマンドレルミルのチョック部のライナー寸法精度測定方法は、３次元レーザトラッカー２１を用いるものであって、図１に示すように、ライン芯設定工程と、ライナー表面座標取得工程と、ライン芯・ライナー間距離算出工程と、寸法精度算出工程とを備えている。
まず、３次元レーザトラッカー２１（図２参照）について説明し、その後で本発明の各工程を説明する。

＜３次元レーザトラッカー＞
３次元レーザトラッカー２１は、特許文献２にも記載されているように、測定対象物に再反射ターゲット２５の球面部を当接して、再反射ターゲット２５にレーザ光を照射して、その反射光から測定対象物の空間座標を求めるものである。
再反射ターゲット２５は、入射したレーザ光を入射方向に反射する構造になっている。

このような３次元レーザトラッカー２１による測定は一般的に以下のように行う。
測定対象物の近傍に３次元レーザトラッカー２１を設置し、再反射ターゲット２５の球面部を測定対象物の表面に当接させる。そして、３次元レーザトラッカー２１からレーザ光を再反射ターゲット２５に向けて出射し、再反射ターゲット２５で反射した光を再び３次元レーザトラッカー２１で受け取る。このときのエンコーダの値とレーザ干渉計の値とから、再反射ターゲット２５が当接している測定対象物の空間座標（３次元位置情報）を得る。空間座標の取得や、取得された空間座標に基づく演算等は、３次元レーザトラッカー２１に付随するコンピュータが所定のプログラムを実行することで実現される各手段によって行われる。

なお、以下の説明において、３次元レーザトラッカー２１による空間座標の取得は、特に説明しないが上述した操作によって行うものである。

＜ライン芯設定工程＞
ライン芯設定工程は、３次元レーザトラッカー２１によって高さの基準点を示すベンチマーク２３の座標と、マンドレルミル１の入側及び出側のセンターマークの座標を求め、これらに基づいてライン芯を空間座標に設定する工程である。
例えば、図２に示すように、基準高さであるベンチマーク２３からｈの高さが設計上のライン芯高さである場合、ベンチマーク２３、入側及び出側のセンターマークに再反射ターゲット２５を当接して、レーザ光を照射してこれらの座標を求め、これらの座標から座標空間にライン芯を設定する。
なお、センターマークとは、基準位置として設備の中心を示すマークであり、設備を設置する際に床面等に設けられるものである。

＜ライナー表面座標取得工程＞
ライナー表面座標取得工程は、図３に示すように、チョック部３に設置された各ライナー表面の座標を求める工程である。具体的には、再反射ターゲット２５を各ライナー表面に当接させ、再反射ターゲット２５にレーザ光を照射して各ライナー７の座標を取得する。

例えば、ロールスタンド５（図９参照）がパイプ進行方向に８基設置されている場合で、各チョック部３に８枚（入側：４枚、出側：４枚）のライナー７が設置されている場合には、ライナー７の数は全部で６４枚となり、全てのライナー７について各ライナー表面の座標を取得する。

＜ライン芯・ライナー間距離算出工程＞
ライン芯・ライナー間距離算出工程は、ライン芯設定工程で設定されたライン芯とライナー表面座標取得工程で得られた座標とに基づいて、各ライナー表面とライン芯を通り所定の傾斜角度（チョック部３の傾斜角度の設計値）に傾斜する面までの最短距離を算出する工程である。

この工程を一つのロールスタンド５の入側に設置されている４枚のライナー７を対象とした場合を例に挙げ、図４に基づいて説明する。
ライン芯を通り第１チョック部３ａの傾斜角度に平行な面をＰ、ライン芯を通り第２チョック部３ｂの傾斜角度に平行な面をＱとする。
第１ライナー７（１）から面Ｐまでの最短距離ａを演算によって求める。同様にして、第２ライナー７（２）から面Ｐまでの最短距離ｂを演算によって求める。
また、第３ライナー７（３）から面Ｑまでの最短距離ｃを演算によって求める。同様にして、第４ライナー７（４）から面Ｑまでの最短距離ｄを演算によって求める。

＜寸法精度算出工程＞
寸法精度算出工程は、ライナー距離算出工程で得られた最短距離ａ〜ｄと予め設定された前記最短距離の規定値との差から寸法精度を算出する工程である。
例えば、図５に示すように、第１ライナー７（１）から面Ｐまでの最短距離の規定値をＡ、第２ライナー７（２）から面Ｐまでの最短距離の規定値をＢ、第３ライナー７（３）から面Ｑまでの最短距離をＣ、第４ライナー７（４）から面Ｑまでの最短距離Ｄとすると、Δａ＝ａ−Ａ、Δｂ＝ｂ−Ｂ、Δｃ＝ｃ−Ｃ、Δｄ＝ｄ−Ｄを求める。

寸法精度算出工程で算出された寸法精度Δａ、Δｂ、Δｃ、Δｄが予め規定した精度の範囲内にあるかどうかを判定し、規定値を超える場合には、シムによる調整を行うようにする。

以上のように、本実施の形態によれば、従来行われていた三角定規冶具１５を用いる方法に比較して、ピアノ線による芯出し作業や三角定規冶具１５を用いた不安定な作業、さらには隙間ゲージを用いた測定作業が不要となり、小人数でかつ短時間で作業ができ、格段に作業効率を向上することができ、かつ精度の向上を図ることができる。
また、本実施の形態によれば、調整に必要なシム量が数値として得られるので、調整作業が容易であるという効果もある。

なお、実際に測定作業を実施したところ、作業効率に関し、従来の冶具を用いる方法の場合、指揮者が１名、作業者が４名で、９６時間を要していたのに対して、本発明によれば、指揮者が１名、作業者が２名で、１６時間で作業を完了できた。つまり、半分の作業員で、作業時間が１/６に短縮できた。
また、精度に関しては、上述の従来例では、±２.０ｍｍ程度の精度であったのものが、±０．５ｍｍ以内に調整することができた。

なお、上記の説明では、各ライナー７が正しくチョック部３に固定されて、ライナー表面が正しい傾斜角度、すなわちチョック部３の傾斜角度と同一になっていることを前提にしている。
しかしながら、例えばライナー７を固定するボルトの弛みによってライナー７がチョック部３に正しく固定されず、ライナー表面が正しい傾斜角度になっていない場合も考えられる。
ライナー表面が正しい傾斜角度でない場合には、ライナー表面おける座標を取得する位置によって前述した最短距離が変わってしまい正しい測定ができない。

そこで、このような事態を防止するために、以下に示すライナー取付け状態判定工程をさらに備えることが望ましい。
ライナー取付け状態判定工程は、各ライナー表面において少なくとも３点の座標を求め、該座標を含む平面の法線の方向を求め、該方向が予め設定されている方向に対して所定の範囲内にあるかどうかを判定することによって、各ライナー７の取り付け状態を判定する。
例えば、前記法線の方向が、チョック部３の傾斜面に対して直角方向が設計値であるとすると、この角度と直角との差が予め設定した角度範囲以内であれば、所定の範囲内にあると判定する。

ライナー取付け状態判定工程は、ライナー表面座標取得工程の前に行って、ライナー取付け状態判定工程でライナー７の取付け状態が良好と判定されたときにライナー表面座標取得工程を行うようにすればよい。

なお、ライナー７は断面がＬ字形になっているものがあり（図６参照）、この場合、Ｌ字の立上り片部７ａによってレーザ光が遮られてライナー表面座標取得工程における座標取得ができない場合がある。
このような場合には、図６に示すように、ライナー７における座標を取得する面上に予め長さが既知の測定用冶具２７をマグネットスタンド２９で固定した状態で立設し、測定用冶具２７の上端部に再反射ターゲット２５を取り付けるようにすればよい。
この場合、ライナー表面の座標は、測定用冶具２７の立設する長さを考慮して演算することで求めることができる。

本発明の効果を確認するために、マンドレルミル１の実機に対してライナー７の精度測定を行ったので、これについて以下説明する。
図７は、測定対象としてマンドレルミル１のライナー７の配置の説明図である。本実施例で測定対象としたマンドレルミル１は、図８に示すものと同型であり、ロールスタンド５が９０°互い違いに８スタンド配置された小径管製造設備のミルスタンドである。１つのスタンドには各々８枚のライナー７があり、合計で６４枚のライナー７の寸法精度測定を実施した。なお、図７においては、各チョック部３に配置されている８枚のライナー７のライナー番号（１〜８）を付している。

先ず、３次元レーザトラッカー２１を使用してベンチマーク２３の座標を取得し、ベンチマーク２３より４３３．８ｍｍ上方（フロワーラインＦＬからは１０００ｍｍ）をライン芯高さとした。また、設備の入側と出側のセンターマークの座標を取得し、この座標とライン芯高さとからライン芯を３次元座標空間に設定した。

次に、ライナー取付け状態判定工程によって、ライナー７の取り付け状態が正常であることを確認し、さらにライナー表面座標取得工程によって各ライナー表面の座標を取得し、またさらにライン芯・ライナー間距離算出工程によって前述したライン芯とライナー表面との最短距離を算出した。

本実施例で測定対象としたマンドレルミル１の各ライナー表面とライン芯との最短距離の規定値は、図８に示すように、奇数番スタンドのライナー番号（１，２，５，６）と偶数番スタンドのライナー番号（３，４，７，８）は、Ｌ_１ｍｍに設定されている。また、奇数番スタンドのライナー番号（３，４，７，８）と偶数番スタンドのライナー番号（１，２，５，６）はＬ_２ｍｍに設定されている。
寸法算出工程では、ライン芯・ライナー間距離算出工程によって得られた値と上記の規定値との差を算出した。
算出結果を表１に示す。

表１において、マイナスの値となっているライナーは、基準面より出っ張っていることを表しており、逆に＋の値となってライナーは、基準面より凹んでいることを表している。
表１に示す数値より、実施したマンドレルミルでの製品品質要求レベルから＋０．５ｍｍ以上、−０．５ｍｍ以下をＮＧと判定し、シム調整を行うことにした。
その結果、ＮＧと判断したライナーは１ｓｔのＮｏ．３，７，８と、２ｓｔのＮｏ．８，３ｓｔのＮｏ．１，２，７，８と、５ｓｔのＮｏ．４，８，の合計１０個のライナーである。

これらの１０個のライナーについてシム調整を行い、調整後の各々のライナー寸法精度を再度測定した。測定結果を表２に示す。

表２に示すように、全てのライナーが±０．５ｍｍ以内に納まっていることが確認できた。
以上のように、本発明の効果が確認された。

なお、上記の実施例では小径管製造設備のミルスタンド内のライナー寸法測定について述べているが、本発明はこれに限るものではなく、中径管やヒストリー管製造設備の測定においても同様に適用できる。

１ マンドレルミル
３ チョック部
３ａ 第１チョック部
３ｂ 第２チョック部
５ ロールスタンド
７ ライナー
７（１） 第１ライナー
７（２） 第２ライナー
７（３） 第３ライナー
７（４） 第４ライナー
７ａ 立上り片部
９ パイプ挿入穴
１１ ドライブシャフト
１３ 測量器
１５ 三角定規冶具
１７ ピアノ線
１９ 下げ振り
２１ ３次元レーザトラッカー
２３ ベンチマーク
２５ 再反射ターゲット
２７ 測定用冶具
２９ マグネットスタンド

Claims (3)

1. ライン芯方向に複数のロールスタンドが設置されるマンドレルミルにおける前記ロールスタンドを設置するチョック部のライナー寸法精度測定方法において、
   測定対象物に再反射ターゲットを当接して、該再反射ターゲットにレーザ光を照射して、その反射光から再反射ターゲットを当てた前記測定対象物の空間座標を求める３次元レーザトラッカーを用いるものであって、
   前記３次元レーザトラッカーによって高さの基準点を示すベンチマークの座標と、前記マンドレルミルの入側、出側のセンターマークの座標を求め、これらの座標に基づいて前記ライン芯を空間座標に設定するライン芯設定工程と、
   前記３次元レーザトラッカーによって前記チョック部に設置された各ライナーの表面の座標を求めるライナー表面座標取得工程と、
   該ライナー表面座標取得工程で得られた座標と前記ライン芯とを用いて各ライナー表面と前記ライン芯を通り当該ライナーが設置されているチョック部の傾斜角度と同一傾斜角度を有する面との最短距離を算出するライン芯・ライナー間距離算出工程と、
   ライン芯・ライナー距離算出工程で得られた距離と予め設定された規定値との差から寸法精度を算出する寸法精度算出工程とを備えたことを特徴とするマンドレルミルのチョック部のライナー寸法精度測定方法。
2. 前記３次元レーザトラッカーによって前記各ライナー表面における少なくとも３点の座標を求め、該座標を含む平面の法線の方向を求め、該法線方向が予め設定されている方向に対して所定の範囲内にあるかどうかを判定することによって、前記各ライナーの取り付け状態を判定するライナー取付け状態判定工程を含み、
   該ライナー取付け状態判定工程は、前記ライナー表面座標取得工程の前に行って、前記ライナー取付け状態判定工程でライナーの取付け状態が良好と判定されたときにライナー表面座標取得工程を行うことを特徴とする請求項１記載のマンドレルミルのチョック部のライナー寸法精度測定方法。
3. 再反射ターゲットを当てるライナーがレーザ光を直接照射できない場合において、前記再反射ターゲットを測定用冶具に取り付けて座標の取得を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のマンドレルミルのチョック部のライナー寸法精度測定方法。