JPH0372927B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は溶接管の溶接部段差を測定する方法に
関する。

（従来の技術） 溶接管の溶接部段差、即ち溶接前の素材側端の
突き合わせ部の目違いによつて生ずる溶接部段差
は、管の溶接部品質と大きな関係があり、溶接管
製造工程における重要な管理項目の一つである。

この溶接部段差を溶接管製造工程中に測定する
従来の方法として、特開昭57−137801号公報に記
載の方法がある。この方法は、管の溶接部にスリ
ツト光を照射して得られた光切断プロフイール受
像信号から、溶接部のビード方向両端（溶接部境
界）にそれぞれ連続する外周面の多数点について
Ｘ−Ｙ座標を求め、この各点のＸ−Ｙ座標から溶
接部両側の外周面の円の方程式（Ｙ＝G_L（ｘ），
Ｙ＝G_R（ｘ））を求め、両者の差（Ｄ＝｜G_L−G_R
｜）から溶接部段差を求める方法である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来の方法で溶接部段差を測定することは
勿論可能であるが、この方法では光学系及び信号
処理装置を含めて装置の構成が複雑で高価なもの
となり、またこの方法では溶接ビードを切削した
後では段差測定ができないので、溶接直後からビ
ード切削までの間、すなわちスクイズロールとビ
ード切削機の間の狭隘な場所に光学系を設置しな
ければならないという困難性がある。さらに実際
のオンライン測定においては、管外表面の周方向
形状は必ずしも真円とは限らず、管が移送中に横
振れや回転を起こしたときに段差測定値に誤差が
生じるという問題点があつた。そこで本発明は、
比較的簡単な装置で溶接部段差を測定するため
に、従来鋼板など平坦な板の突き合わせ溶接時の
段差を検出するのに用いられているところの、両
板面までの距離の差から段差を求める方法を応用
することとし、この方法を用いた場合の管の横振
れや回転による段差測定誤差を補正して正しい溶
接部段差を測定する方法を提供しようとするもの
である。

（問題点を解決するための手段） 即ち、本発明は、管外面の溶接部境界近傍を指
向する距離検出器を管の移送経路中に配置し、管
軸方向に移送されてきた管の外周上の溶接部両側
の境界近傍までの距離を夫々検出し、該両距離検
出値の差から溶接部段差を求める方法であり、こ
の際、その被測定部近傍の外表面の周方向形状が
必ずしも真円でない管が移送中に横振れして水平
方向に変位した場合、この水平方向変位によつて
前記距離検出値が変化して段差測定値に誤差を生
ずるので、この誤差を補正するために、被測定物
の軸方向と直交し、該被測定物の両側方にそれぞ
れ配置した２個の距離検出器によつて管の水平方
向変位量を検出すること、また管が移送中に外周
方向に回転した場合、この回転によつて前記距離
検出値が変化して段差測定値に誤差を生ずるの
で、この誤差を補正するために、被測定物の軸方
向と直交し、被測定物の直上に配置した溶接部位
置検出器によつて管の外周方向回転量を検出する
こと、及び、被測定物の管軸方向と直交する水平
方向に前記距離検出器を移動させながら前記距離
を検出し、得られた周方向距離検出値群の連なり
から溶接部両側の周方向外表面のプロフイールを
表す方程式を求め、前記水平方向変位量と外周方
向回転量の検出値に応じ前記方程式を用いて前記
距離検出値の差を補正するようにした溶接管の溶
接部段差測定方法である。

（実施例と作用） 以下本発明を電縫溶接鋼管の製造工程における
溶接部段差測定に適用した実施例にもとづき詳細
に説明する。

第１図は本発明の実施例における被測定物と検
出器の配置関係を示す正面図であり、図において
Ｐは被測定物である溶接管（以下単に管という）
であり、図では真円でないことを誇張して全体を
楕円で示してある。D₁およびD₂は管Ｐの上方に
配置した距離検出器、D₃及びD₄は管Ｐの両側方
に配置した距離検出器、D₅は管Ｐの上方に配置
した溶接位置検出器である。管Ｐは図示省略の移
送テーブル上にあつて移送中心線CLを中心にし
て溶接部Ｂが真上になるようにして管軸方向に移
送されている。距離検出部D₁およびD₂は管Ｐの
上方でかつ、移送中心線CLの両側に適宜の間隔
をおいて配置し、管Ｐの溶接部Ｂの両側の外周面
上の複数の点までの距離を夫々検出する。但し、
第１図では図面の輻湊をさけるために溶接部中心
から水平距離にしてl_1i及びl_2jの点S_1i及びS_2jまで
の距離L_1i及びL_2jを検出する態様を示してある。
尚、点S_1i，S_2jは同一外周面上の点であることが
計測精度上望ましいが、実際には管の長手方向に
極端に（例えば数100mm以上）離れなければ実用
上は同一外周面上の点でなくても差し支えない。
距離検出器D₃およびD₄は管Ｐの側方でかつ移送
中心線CLの両側に適宜の距離l₃及びl₄（l₃＝l₄でも
よい）をおいて配置し、管Ｐの外周面までの距離
L₃及びL₄を検出する。この距離検出値L₃とL₄の
差の１／２が管Ｐの移送中心線CLに対する水平
方向変位量となる。即ち、水平方向変位量d_hは次
式で求められる。

d_h＝（L₃−L₄）／２ …(1) 溶接位置検出器D₅は管Ｐの溶接部Ｂ近傍を指
向してその上方に配置し、溶接部Ｂの移送中心線
CLに対する水平方向の変位量を検出する検出器
である。ここで溶接部Ｂの水平方向変位量の検出
値には管Ｐ自体の水平方向変位量と管Ｐの外周方
向回転にもとづく水平方向変位量の両方が含まれ
ているので、溶接位置検出器D₅の検出値dHから
前記水平方向変位量d_hを差し引いて管Ｐの回転に
もとづく溶接部Ｂの移送中心線CLに対する水平
方向変位量を求める。即ち、管の回転にもとづく
水平方向変位量d_rは次式で求められる。

d_r＝dH−d_h …(2) 尚、本実施例では装置を簡単にするために管Ｐ
の回転にもとづく溶接部の水平方向変位量d_rを検
出するのに間接的な検出方法を採つたが、これを
直接検出するようにしても良いことは言うまでも
ない。

第２図は溶接部段差を説明するための図であ
る。この図では、便宜的に溶接前の管状成形素管
ｐを、第１図の管Ｐの代りに示してあり、この素
管ｐの突き合わせ部の目違い（図は誇張してあ
る）が溶接後の溶接部段差となる。従つて、溶接
部段差とは図中のＷで示す溶接前素管両端部の段
差をいうのであるが、溶接後にオンラインにおい
てＷの量を直接測定することは出来ないので、実
操業では、突き合わせ部から一定距離l₁およびl₂
離れた点S₁およびS₂の相互の高さの違いをもつて
管理上の段差としている。この点S₁とS₂の高さの
差は、管Ｐ上方の基準位置から該点までの距離
L₁及びL₂の差を求めることによつて得られる。
即ち本実施例では溶接部段差dWは dW＝L₁−L₂ …(3) として求められる。

ところで実際の製造工程では、前記移送中心線
CLを管Ｐの中心が通つているという保証はなく、
一般には管Ｐの振動や横移動等により移送中の管
Ｐの中心が所定の移送中心線CLに対して水平方
向に変位している事が多く、又、管Ｐの溶接部は
管Ｐの真上になく管Ｐの中心に対し左右に回転し
ている場合が多い。従つて、管Ｐの溶接部近傍の
周方向外表面形状が真円でない場合には、管中心
の水平方向の変位が溶接部の周方向の回転がある
と第２図で説明した方法で段差を求めた場合に誤
差を生ずるので、前述した方法により求めた変位
量dh及びd_rに応じて(3)式を補正する必要がある。
この補正法を第３図及び第４図により説明する。

第３図は管Ｐの溶接部近傍の周方向外表面のプ
ロフイールを表わす方程式を求める方法を説明す
るための図であり、図においてL₁₁，L₁₂，L₁₃，
L₁₄，L₁₅及びL₂₁，L₂₂，L₂₃，L₂₄，L₂₅は夫々距
離検出器D₁あるいはD₂を管Ｐの管軸方向と直交
する水平方向に適宜のステツプで移動させたとき
（移動機構は図示してない）に得られる距離検出
値群（説明の便宜上溶接部の左右夫々の計測点の
数を５個に止めた）である。この２つの距離検出
値群L₁₁〜L₁₅及びL₂₁〜L₂₅に夫々例えば最小自乗
法を適用して溶接部両側の周方向外表面のプロフ
イールを表す方程式Ｙ＝F_L（ｘ），Ｙ＝F_R（ｘ）を
求める。尚、これ等距離検出値群を求めるにあた
り、距離検出器D₁とD₂を同時に移動させて溶接
部両側に対する距離検出を同時に行うようにして
も良く、またいづれか一方の検出器を移動させ溶
接部両側の距離検出を順次行い他方の検出器は固
定させて管の上下振動に対する補正用として用い
ることが出来る。又、距離検出器D₁あるいはD₂
を水平方向に移動させるに際しその移動範囲に
は、第２図に示した管Ｐの外表面上の点S₁及びS₂
が含まれるようにし、且つ溶接部中心位置を含む
一定範囲（図中W_rで示す範囲で溶接ビード部ま
たはビード切削部とその直近部に相当）は管外表
面とは異なるプロフイールをしているので計測範
囲から除外すると管Ｐの溶接部近傍の周方向外表
面プロフイールを表す方程式を精度よく求める事
が出来る。即ち、前記距離検出値群L₁₁〜₁₅及び
L₂₁〜₂₅は前記W_r部の距離検出値を除外した距離
検出値群である。

第４図は管自体の水平方向変位と外周方向回転
とによつて生ずる見掛けの段差とその補正法を説
明するための図である。いま第４図に示すよう
に、Ｘ−Ｙ座標において管Ｐの中心が移送中心線
CLと一致しているときの管中心P₀の座標を原点
とし、移送中の管Ｐの中心が移送中心線CLに対
してＸ軸方向にdXだけ変位し、且つ管Ｐの溶接
部位置（第４図では省略している）がその中心
P_paを軸に時計回りにdQ（ラジアン）だけ回転し
たとすると、この変位量dX及び回転量dQと前述
のようにして求められた変位量量d_h及びd_rとの関
係は次のようになる。

dX＝d_h …(4) dQ≒d_r／Ｒ …(5) 但し、Ｒは管の公称又は目標外半径もしくは別
の方法で計測された縦軸である。縦軸とは溶接部
とその相対する下面を挟む長さの１／２である。

そこである測定時点における溶接部両側の周方
向外表面プロフイールを表す方程式Ｙ＝F_L（ｘ）
及びＹ＝F_R（ｘ）を前記水平方向変位量d_h及び回
転量dQに応じて座標変換してY_a＝F_L（X_a）及び
Y_a＝F_R（X_a）となし、そして管外表面の計測点
S_1a及びS_2aのＸ−Ｙ座標軸におけるＸ座標（l₁及
びl₃）が、X_a−Y_a座標軸においてはl_1a及びl_2aに
なつたとすると、管の水平方向変位量d_h及び外周
方向回転量dQに応じて補正された溶接部段差
dW_aは、計測点S_1a及びS_2aに対する距離検出値を
L_1a及びL_2aとすると、 dW_a＝（L_1a−L_2a）−（F_L（−l_1a） −F_R（l_2a）） …(6) として求められる。

尚、実際の測定においては、管の外径の変化範
囲や距離検出器自体の測定距離範囲に応じて、距
離検出器を上下方向に可動にしたり、あるいは測
定距離範囲（または測定精度）の異なる検出器を
組合せたりすることができる。距離検出器として
は、レーザやマイクロ波を用いた測定計、渦流式
変位計、静電容量式変位計など公知の距離検出器
を単独あるいは組合せて使用することができ、
又、溶接位置検出器としては測温式位置検出器等
の公知の検出器を使用することができる。

（発明の効果） 以上述べたごとく本発明によれば、溶接管の溶
接部段差を溶接管製造工程においてオンライン的
に測定するのに比較的簡単な装置によつて測定す
ることができ、また移送中の管の水平方向変位や
回転による周方向変位にもとづく測定誤差を補正
できて溶接部段差を精度よく測定できるという実
用的に優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における検出器の配置
関係を示す正面図、第２図は溶接部段差を説明す
るための図、第３図は本発明の実施例における溶
接部近傍の周方向外表面のプロフイールを表す方
程式を求める方法を説明するための図、第４図は
本発明の実施例における溶接部段差の測定と補正
法を説明するための図である。 Ｐ……溶接鋼管、D₁〜D₄……距離検出器、Ｂ
……溶接部、ｐ……素管、D₅……溶接位置検出
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶接管の溶接工程後の管搬送路において、被
   測定物の外面の溶接部境界近傍を指向して配置し
   た２個の距離検出器によつて外周上の溶接部両側
   の境界近傍までの距離を夫々検出し、該両距離検
   出値の差から溶接部段差を求めるにあたり、前記
   距離検出器を被測定物の管軸方向と直交する水平
   方向に移動させながら前記距離を検出し、得られ
   た周方向距離検出値群の連なりから溶接部両側の
   周方向外表面のプロフイールを表す方程式を求め
   るとともに、被測定物の軸方向と直交し、該被測
   定物の両側方にそれぞれ配置した２個に距離検出
   器によつて被測定物の管軸方向と直交する水平方
   向の変位量を検出するとともに、被測定物の軸方
   向と直交し、被測定物の直上に配置した溶接部位
   置検出器の検出値と、前記被測定物の水平方向の
   変位量とから被測定物の外周方向の回転量を検出
   し、前記方程式を用いて被測定物の水平変位と回
   転による前記距離検出値の差の検出誤差を計算
   し、前記距離検出値の差に対し該誤差を補正する
   ことを特徴とする溶接管の溶接部段差測定方法。