JPH05240620A - 管の外径・肉厚測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 管の外径・肉厚測定装置における装置の小型
化, 製造費用の低価格化及び検出精度の向上を可能とす
る。 【構成】 投光装置152,152,152,152 によって電縫鋼管
Ｐの端面に光を照射し、これによって照射された領域を
テレビカメラ151,151,151,151 によって２次元的に撮像
し、テレビカメラ151,151,151,151 が撮像した２次元画
像を２値化処理部153 によって電縫鋼管Ｐの端面とそれ
以外の部分とに２値化し、２値化された２次元画像に基
づき肉厚測定部155 が電縫鋼管Ｐの肉厚を求め、また、
前記２次元画像に基づき外径測定部156 が電縫鋼管Ｐの
肉厚を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は管の外径及び肉厚を測定
する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、製造された管の外径及び肉厚の測
定は、巻尺及びマイクロメータ等の寸法測定器を用いて
作業者の手作業によって行われており、その測定結果に
基づいて品質管理が行われている。しかし、このような
測定方法では、測定作業に多くの人手を要し、また測定
効率が低いという問題があったため、自動的に管の外径
及び肉厚の測定を行う測定が開発されている。

【０００３】このような測定装置としては、以下に示す
ような２種類の装置が開示されている。従来の第１の測
定装置（特開昭51-81641号公報) では、管の両端部に対
して前後進自在に設けられた一対の台車の夫々に、一対
のレバーを管の径方向に移動させて管の外径を測定する
外径測定部と、前記レバーに夫々対向するレバーを有
し、対向するレバーにて管を挟んで管の肉厚を測定する
肉厚測定部とを備え、外径測定部及び肉厚測定部におけ
るレバーの移動に基づいて機械的に管の外径及び肉厚を
測定していた。

【０００４】従来の第２の測定装置（実開昭63-19207号
公報) では、管軸線と直交する方向に管と非接触で一対
の超音波探触子を配置し、これらの超音波探触子から超
音波を発生させ、夫々の反射波の検出結果に基づいて管
の外径及び肉厚を測定していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の第１
の測定装置では、機械的に管の外径及び肉厚を測定する
ため、装置の構造が複雑であるので製造費用が高価とな
るという問題があると共に、前記レバーの夫々の移動範
囲が限られているので測定対象の管の寸法の範囲に限界
があるという問題があった。

【０００６】また、前述の第２の測定装置では、管と超
音波探触子との位置関係を適正に調節しなければ、良好
な精度の測定結果が得られないので、前記位置関係の調
節のために複雑が複雑化及び大型化するという問題があ
り、また、この装置の測定精度は、マイクロメータの測
定精度よりも低いという問題があった。

【０００７】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、その装置が小型で安価であり、測定精度が良好
である管の外径・肉厚測定装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る管の外径・
肉厚測定装置は、管の外径及び肉厚を測定する装置にお
いて、測定対象の管の端面における、管の軸心を介して
径方向に対向する所定領域の夫々へ各別に光を照射する
手段と、該手段によって照射された夫々の領域を各別に
２次元的に撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した
２次元画像を管の端面とそれ以外の部分とに２値化する
２値化手段と、該２値化手段によって２値化された２次
元画像に基づいて管の外径を求める手段と、前記２値化
手段によって２値化された２次元画像に基づいて管の肉
厚を求める手段とを具備することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明にあっては、光が照射された領域が２次
元的に撮像され、撮像された２次元画像が管の端面とそ
れ以外の部分とに２値化されるので、２値化された２次
元画像には、管の端面の２次元的な像が示される。この
ような前記２次元画像を２次元座標化すれば、夫々の撮
像領域において管の肉厚が幾何学的に求められる。ま
た、前記座標化により、夫々の撮像領域において管の外
径の半径が幾何学的に求められ、管の軸心を介して径方
向に対向する所定領域の夫々で求めた管の外径の半径半
径を加算することによって管の外径の直径が求められ
る。

【００１０】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。図１は本発明に係る管の外径・肉
厚測定装置（以下本発明装置という）を適用した電縫鋼
管の製造ラインを示す模式図である。

【００１１】図中１は帯鋼Ｂを円筒状に曲成してオープ
ンパイプＯを得るフォーミングロールであり、該フォー
ミングロール群１のライン下流側には、オープンパイプ
Ｏの両側エッジ部を衝合溶接して電縫鋼管Ｐを得るウエ
ルダ２，衝合溶接されてなる電縫鋼管Ｐを冷却する水冷
槽３，電縫鋼管Ｐを定形するサイザロール群４，電縫鋼
管Ｐのシーム部の位置を検出するシーム部位置検出装置
５，電縫鋼管Ｐを所定長に切断するカットオフ機６，切
断された電縫鋼管Ｐを後述のコンベア８へ順次送るテー
ブル７，該テーブル７から送られた電縫鋼管Ｐをライン
の下流側へ搬送するコンベア８，該コンベア８の搬送経
路の中途に配され、電縫鋼管Ｐの曲がりを修正するスト
レーナ９，曲がりを修正された電縫鋼管Ｐを後述のコン
ベア12へ順次送るテーブル10，テーブル10上を送られる
電縫鋼管Ｐの両端部を加工する面取機11,11 ，テーブル
10から送られた電縫鋼管Ｐをラインの下流側へ搬送する
コンベア12，該コンベア12の搬送経路の中途に配され、
電縫鋼管Ｐの表面検査を行う渦流探傷器13，表面検査さ
れた電縫鋼管Ｐを順次送るテーブル14，該テーブル14上
の電縫鋼管Ｐの端部の外径及び肉厚を測定する寸法測定
装置15,15 がこの順序で配設されている。

【００１２】このように構成された電縫鋼管の製造ライ
ンにおいては、図中白抜き矢符にて示される、ライン上
流側からライン下流側へ向かう方向に帯鋼Ｂが送給さ
れ、該帯鋼Ｂは、フォーミングロール群１に通され、そ
の両側エッジ部が相対する円筒状に曲成されたオープン
パイプＯとなる。そして、オープンパイプＯは、ウエル
ダ２においてその両側エッジ部に電流が流され、抵抗熱
によって両側エッジ部が加熱溶融させられつつ衝合溶接
されて電縫鋼管Ｐとなる。このように衝合溶接された電
縫鋼管Ｐは、水冷槽３にて冷却され、さらに切削装置
（図示せず）によって管内側及び管外側のビードを切削
される。

【００１３】そして、電縫鋼管Ｐは、サイザロール群４
によってその外径変動が抑制されつつ、シーム部位置検
出装置５によってそのシーム部の位置が検出され、検出
されたシーム部が超音波探傷装置（図示せず）によって
探傷される。その後、電縫鋼管Ｐはサイザロール群４に
よって所定の外径に定形され、カットオフ機６によって
所定長に切断される。

【００１４】そして、電縫鋼管Ｐは、ストレーナ９によ
ってその曲がりが抑制され、面取機11,11 によってその
両端部が機械加工される。その後、電縫鋼管Ｐは、渦流
探傷器13によって表面を検査され、寸法測定装置15,15
に送られる。

【００１５】次に、寸法測定装置15,15 の構成を説明す
る。寸法測定装置15,15 の夫々は同一の構成となってい
るため、以下、その一方の寸法測定装置15を代表例とし
て説明する。図２は電縫鋼管Ｐを側面視した状態での寸
法測定装置15,15 のカメラ及び投光装置の配置状態を示
す模式図、図３は寸法測定装置15,15 のカメラの視野を
表す模式図である。

【００１６】図２に示される如く、電縫鋼管Ｐの端部近
傍には、電縫鋼管Ｐの端面の円周上において周方向に略
90度ずつ離れた４つの領域を各別に撮像する４つのテレ
ビカメラ151,151,151,151 と、前記４つの領域に各別に
光を照射する４つの投光装置152,152,152,152 とが配設
されている。前記テレビカメラ151,151,151,151 の夫々
は、図３中に破線で示す如く、電縫鋼管Ｐの端面の円周
上において周方向に略90度ずつ離れた撮像領域Ｚ，Ｚ，
Ｚ，Ｚを有する。

【００１７】図４は寸法測定装置15,15 のブロック図で
ある。テレビカメラ151,151,151,151 の撮像信号は、画
像処理等の信号処理を行うことにより電縫鋼管Ｐ端部の
外径及び肉厚の測定値を求める信号処理装置150 に与え
られるようになっている。また、信号処理装置150 で求
められた外径及び肉厚の測定値のデータは、表示データ
及び記録データとして出力されるようになっている。

【００１８】信号処理装置150 は、テレビカメラ151,15
1,151,151 で撮像された画像をその輝度によって２値化
する２値化処理部153 と、前記２値化のための輝度のし
きい値を記憶するしきい値記憶部154 と、２値化された
画像から電縫鋼管Ｐの端部の肉厚を求める肉厚測定部15
5 と、２値化された画像から電縫鋼管Ｐの端部の外径を
求める外径測定部156 とによって構成されている。

【００１９】次に、このように構成された寸法測定装置
15の動作について説明する。テレビカメラ151,151,151,
151 の撮像信号は、信号処理装置150 における２値化処
理部153 に与えられる。２値化処理部153 には、しきい
値記憶部154 から２値化のための輝度のしきい値が予め
与えられており、２値化処理部153 では、テレビカメラ
151,151,151,151 で撮像された電縫鋼管Ｐの画像がその
輝度により、前記しきい値に基づいて電縫鋼管Ｐの端面
と、それ以外の部分とに２値化され、電縫鋼管Ｐの端面
が表された２値化画像が得られる。

【００２０】そして、前述の如く２値化された画像のデ
ータ（以下、２値化画像データという）は肉厚測定部15
5 に与えられ、肉厚測定部155 では以下に説明する方法
により２値化画像データに基づいて電縫鋼管Ｐの端部の
肉厚を求める。その後、前記２値化画像データは、外径
測定部156 に与えられ、外径測定部156 では以下に説明
する方法により２値化画像データに基づいて電縫鋼管Ｐ
の端部の外径を求める。

【００２１】図５は肉厚測定部155 における肉厚測定方
法を説明するための２値化画像を示す模式図であり、テ
レビカメラ151,151,151,151 のうち、一例として最上部
に配したテレビカメラ151 の撮像に基づく２値化画像を
示す。

【００２２】図中Ｗは外径及び肉厚の測定領域を表すウ
インドウである。このウインドウＷは、撮像領域中の４
点の座標にて指定された領域であり、２値化画像の横方
向をＸ軸，縦方向をＹ軸としたものである。

【００２３】肉厚を測定する場合は、既知である、電縫
鋼管Ｐの軸心Ｏ_P の位置に基づいて、２値化画像上にお
ける電縫鋼管Ｐの半径方向を肉厚の測定方向と定め、２
値化画像上にて周方向への所定角度ピッチで肉厚（内周
面から外周面までの長さ）ｔを複数測定する。この肉厚
ｔの測定においては、２値化画像上における外周面の座
標点( Ｘ_O ，Ｙ_O ）と、内周面の座標点( Ｘ_I ，Ｙ_I ）
との間の距離を求め、この距離を肉厚ｔの測定値とす
る。そして、これらの肉厚ｔの測定結果の最大値ｔ_max
及び最小値ｔ_min を求める。このような肉厚ｔの最大値
ｔ_max 及び最小値ｔ_min は、その他のテレビカメラ151,
151,151 の撮像による２値化画像についても前述と同様
の方法にて求められる。

【００２４】図６(a),(b) は外径測定部156 における外
径測定方法を説明するための２値化画像を示す模式図で
あり、外径測定方法の一例として、図６(a) には最上部
に配したテレビカメラ151 の撮像に基づく２値化画像を
示し、図６(b) には最下部に配したテレビカメラ151 の
撮像に基づく２値化画像を示してある。なお、図６にお
いて図５と一致するものには同符号を付し、その説明を
省略する。

【００２５】外径を測定する場合は、図６(a) に示され
る如く、最上部に配したテレビカメラ151 の撮像に基づ
く２値化画像上において、電縫鋼管Ｐの軸心からの距離
が既知である基準位置Ｑ₁ の座標点( Ｘ_Q1，Ｙ_Q1）のＹ
軸成分Ｙ_Q1と、外周面の座標点( Ｘ_O ，Ｙ_O ）のＹ軸成
分Ｙ_O との間の距離ｈ₁ を、Ｘ軸方向に所定ピッチで複
数測定する。そして、これらの距離ｈ₁ の測定結果の最
大値ｈ_1maxを求め、この最大値ｈ_1maxと、既知である電
縫鋼管Ｐの軸心からの基準位置Ｑ₁ までの距離とを加算
し、前記２値化画像から得られる電縫鋼管Ｐの半径Ｒ₁
を求める。

【００２６】また、同様に図６(b) に示される如く、最
下部に配したテレビカメラ151 の撮像に基づく２値化画
像上において、電縫鋼管Ｐの軸心からの距離が既知であ
る基準位置Ｑ₂ の座標点( Ｘ_Q2，Ｙ_Q2）のＹ軸成分Ｙ_Q2
と、外周面の座標点( Ｘ_O ，Ｙ_O ）のＹ軸成分Ｙ_O との
間の距離ｈ₂ を、Ｘ軸方向に所定ピッチで複数測定す
る。そして、これらの距離ｈ₂ の測定結果の最大値ｈ
_2maxを求め、この最大値ｈ_2maxと、既知である電縫鋼管
Ｐの軸心からの基準位置Ｑ₂ までの距離とを加算し、前
記２値化画像から得られる電縫鋼管Ｐの半径Ｒ₂ を求め
る。る。

【００２７】そして、前記半径Ｒ₁ と前記半径Ｒ₂ とを
加算し、電縫鋼管Ｐの外径を求める。これは、最上部に
配したテレビカメラ151 と、最下部に配したテレビカメ
ラ151 とは、電縫鋼管Ｐの径方向に対向するものである
ので、前記半径Ｒ₁ と前記半径Ｒ₂ とを加算すれば、電
縫鋼管Ｐの上下方向の外径が求められるからである。

【００２８】このような外径の測定値は、左右方向に対
向するその他のテレビカメラ151,151 の撮像による２値
化画像についても前述と同様の方法にて行われ、これに
よって電縫鋼管Ｐの上下方向の外径及び左右方向の外径
が求められることとなる。

【００２９】次に、前述したような本発明装置を用いて
実際に電縫鋼管の外径及び肉厚を測定した場合の結果に
ついて説明する。この場合の検出条件は、電縫鋼管が外
径31.8mm, 肉厚3.5mm の炭素鋼であり、テレビカメラ15
1,151,151,151 の夫々が高速度シャッターカメラ(1/700
秒),倍率２倍であり、投光装置152,152,152,152 の夫々
が照度約10000 lx（照射角度約30度) であった。

【００３０】図７は前述の如き条件にて本発明装置を用
いて実際に電縫鋼管の外径及び肉厚を測定した場合の測
定誤差を電縫鋼管の周方向の測定位置毎に示すグラフで
あり、縦軸に測定誤差、横軸に周方向の測定位置を夫々
とり、これらの関係を、肉厚ｔの最大値ｔ_max は白三
角、肉厚ｔの最小値ｔ_min は白四角、外径は白丸にて示
している。

【００３１】但し、測定誤差は、マイクロメータを用い
た測定値を基準値として求めた。また、このグラフにお
ける測定位置は、最上部のテレビカメラ151 を０度_, 最
右部のテレビカメラ151 を90度_, 最下部のテレビカメラ
151 を180 度 _,最左部のテレビカメラ151 を270 度とし
ている。また、外径の測定誤差については、０度と180
度とのテレビカメラ151,151 による測定誤差を０度の位
置に表し、90度と270度とのテレビカメラ151,151 によ
る測定誤差を90度の位置に表してある。

【００３２】図５から明らかな如く肉厚及び外径の測定
誤差は±10μｍ以内に入っている。また、このような条
件で一般的な従来装置を用いて肉厚及び外径を測定した
場合、次のような測定誤差が得られた。その代表例とし
て、前述した如き従来の第２の測定装置では、測定誤差
が±50μｍであった。以上の結果から明らかな如く本発
明装置では、従来の装置に比して測定誤差が小さくな
り、検出精度が向上した。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明装置において
は、光が照射された管の端面が２次元的に撮像され、撮
像された２次元画像が管の端面とそれ以外の部分とに２
値化されるので、２値化された２次元画像には、管の端
面の２次元的な像が示され、このような２次元的な像を
２次元画像上で２次元座標化することによって、管の外
径・肉厚が精度良く求めることができ、また、装置は、
光を管の表面に照射する装置と、照射された部分を撮像
する装置と、簡単な画像処理を行う装置とで構成される
ため、装置の小型化が実現できると共に製造費用の低価
格化が実現できる等、優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る管の外径・肉厚測定装置を適用し
た電縫鋼管の製造ラインを示す模式図である。

【図２】電縫鋼管を側面視した状態での寸法測定装置の
カメラ及び投光装置の配置状態を示す模式図である。

【図３】寸法測定装置のカメラの視野を表す模式図であ
る。

【図４】寸法測定装置のブロック図である。

【図５】肉厚測定部における肉厚測定方法を説明するた
めの２値化画像を示す模式図である。

【図６】外径測定部における外径測定方法を説明するた
めの２値化画像を示す模式図である。

【図７】本発明装置を用いて実際に電縫鋼管の外径及び
肉厚を測定した場合の測定誤差を電縫鋼管の周方向の測
定位置毎に示すグラフである。

【符号の説明】

151 テレビカメラ 152 投光装置 153 ２値化処理部 155 肉厚測定部 156 外径測定部 Ｐ 電縫鋼管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管の外径及び肉厚を測定する装置におい
   て、 測定対象の管の端面上における、管の軸心を介して径方
   向に対向する所定領域の夫々へ各別に光を照射する手段
   と、 該手段によって照射された夫々の領域を各別に２次元的
   に撮像する撮像手段と、 該撮像手段が撮像した２次元画像を管の端面とそれ以外
   の部分とに２値化する２値化手段と、 該２値化手段によって２値化された２次元画像に基づい
   て管の外径を求める手段と、 前記２値化手段によって２値化された２次元画像に基づ
   いて管の肉厚を求める手段とを具備することを特徴とす
   る管の外径・肉厚測定装置。