JPH06246350A - 鋼管ねじ部の自動刻印ステンシル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 トライアングルマークの刻印及びトライアン
グルマーク位置表示用帯状ステンシル塗布を自動化す
る。 【構成】 鋼管１を回転載置するターニングローラ３、
鋼管の周方向位置決め用パルス発生器５、刻印ヘッドの
管軸方向位置決め機構及び同昇降機構からなる刻印装置
１３において、カメラ８と照明９とからなる鋼管端面撮
影装置７、カメラ１１と照明１２とからなる鋼管のバッ
トレスねじ部の撮影装置１０及び両撮影装置からのシル
エット信号を処理する画像処理装置１４と、管軸方向及
び昇降位置決め機構を有し、管軸方向に走行する帯状ス
テンシル塗布装置１７と、画像処理装置からの信号及び
管径に基づいて刻印位置及び回転角度を演算し、演算結
果に基づいてターニングローラの駆動モータ４を制御す
ると共に、刻印装置の管軸方向位置決め機構と刻印ヘッ
ド昇降機構並びに帯状ステンシル塗布装置の管軸方向及
び昇降位置決め機構を制御する演算装置１８とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、油井管のバットレス
ねじ等の鋼管ねじ加工部にカップリング締め付け完了位
置確認用のトライアングルマークの刻印および該トライ
アングルマーク位置表示用の帯状ステンシル装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近の油井は、ますます深くなってきて
おり、油井用鋼管のねじ継手としては、継手強度が高
く、機密性が強く、繰返し使用してもねじ部にかじり、
打ち傷などの損傷が入り難く、油井現場での作業性が良
好であることが要求される。油井管のケーシング用バッ
トレスねじは、ＡＰＩ（米国石油協会）規格のねじで、
油井管用のねじとして標準的なものであり、形状は台形
状で、継手強度が高く、スタッビング作業の効率がよい
という特徴を有している。

【０００３】上記油井管は、ねじ切り後のバットレスね
じ部にカップリング締め付け完了位置を示すトライアン
グルマークの刻印および該トライアングルマーク位置表
示用の帯状白色ステンシルを塗布するのが一般的であ
る。このトライアングルマークは、三角形をしており、
この三角形の中にカップリングの端面がくるように締め
付け位置を制御する規格となっている。油井管のバット
レスねじ部へのトライアングルマークの刻印は、図６に
示すとおり、油井管５１を接続するカップリング５２の
締付け完了位置にトライアングルマーク５３の底辺が位
置するように刻印する。このトライアングルマーク５３
の底辺の位置は、表１に示すとおり、油井管５１の管外
径に応じて管端からの距離Ａが決められており、そのト
ライアングルマーク５３の基準線となる底辺が刻印跡と
して残らなければならない。このため、トライアングル
マーク５３の底辺の位置は、バットレスねじ部のねじ山
部に刻印することが必要である。また、トライアングル
マーク位置表示用の帯状白色ステンシル５４は、トライ
アングルマーク５３の頂点を起点として所定の幅、長さ
で塗布される。

【０００４】

【表１】

【０００５】従来、トライアングルマークの刻印作業
は、油井管を回転装置上に載置し、作業者が油井管を手
動操作で回転させながら専用ゲージを用いて目視で位置
決めを行い、片手ハンマーでトライアングルマークを打
刻していた。また、トライアングルマーク位置表示用の
帯状ステンシル塗布作業は、同様に作業者がトライアン
グルマークの頂点を目視で確認し、専用マーキング板を
使用してスプレー塗料によりステンシルを塗布してい
た。そのため、トライアングルマークの刻印および帯状
ステンシル塗布作業は、多くの手間と時間がかかり、作
業能率を向上できないという問題点を有していた。

【０００６】前記トライアングルマークの自動刻印装置
としては、鋼管を回転載置するターニングローラ、ター
ニングローラ上に載置された鋼管に対する端面揃え機
構、刻印ヘッドの管軸方向位置決め機構および刻印ヘッ
ドからなる刻印装置において、ターニングローラ上の鋼
管の周方向位置決め用パルス発生器、鋼管のバットレス
ねじ部の撮像装置および該撮像装置からの信号を２値化
する信号処理回路、前記２値化パターンに基づいてバッ
トレスねじの凹凸を識別しトライアングルマーク打刻位
置を電気的に検出するトライアングルマーク打刻位置検
出回路を備え、前記トライアングルマーク打刻位置検出
信号に基づいてターニングローラ駆動モータを制御する
仕組みとなした装置（特開昭６４−３４５１６号公
報）、鋼管を回転載置するターニングローラ、ターニン
グローラ上に載置された鋼管に対する端面揃え機構、刻
印ヘッドの管軸方向位置決め機構および刻印ヘッドから
なる刻印装置において、ターニングローラ上の鋼管の周
方向位置決め用パルス発生器、鋼管のバットレスねじ部
を管軸方向に走査してねじ面までの距離測定を行うセン
サーおよびそれらの信号を２値化する信号処理回路、前
記２値化パターンに基づいてバットレスねじの凹凸を識
別しトライアングルマーク打刻位置を電気的に検出する
トライアングルマーク打刻位置検出回路を備え、前記ト
ライアングルマーク打刻位置検出信号に基づいてターニ
ングローラ駆動モータを制御する仕組みとなした装置
（特開平１−２０５８２７号公報）等が提案されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６４−３４
５１６号公報に開示の自動刻印装置は、光沢のあるねじ
底部と黒皮のねじ山部とを光の強さによって明確に２値
化区別する光学的手段、特開平１−２０５８２７号公報
に開示の自動刻印装置は、距離センサーによってバット
レスねじの凹凸を検出して所定の位置へトライアングル
マークを自動刻印する装置である。しかし、特開昭６４
−３４５１６号公報、特開平１−２０５８２７号公報に
開示の自動刻印装置は、いずれも管端位置決め方式がス
トッパーであるため、ストッパー面が経年摩耗の恐れが
ある。一方、バットレスねじの凸部幅は、約２．５ｍｍ
と狭幅であり、管端位置決めのストッパー面が摩耗すれ
ばトライアングルマーク打刻位置精度を確保することが
困難である。また、バットレスねじの凹凸検出後、トラ
イアングルマーク打刻点位置決めを行うために鋼管を回
転させるが、鋼管回転中に管端位置がずれる場合があ
る。これはトライアングルマーク打刻点が目標打刻点に
対してずれを発生する原因となる。さらに、上記特開昭
６４−３４５１６号公報、特開平１−２０５８２７号公
報に開示の自動刻印装置は、トライアングルマークの刻
印作業の一連の作業であるトライアングルマーク打刻位
置表示用帯状ステンシル塗布機能を有していないため、
完全自動化を実現するまでには至っていない。

【０００８】この発明の目的は、トライアングルマーク
の刻印作業および該トライアングルマーク位置表示用帯
状ステンシル塗布作業を完全自動化した鋼管ねじ部の自
動刻印ステンシル装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく種々試験研究を重ねた。その結果、前記鋼
管ねじ部の自動刻印装置のバットレスねじの凹凸検出お
よび管端位置決め方式を、バックライトによるシルエッ
ト画像によって管端位置およびバットレスねじの凹凸を
検出することによって、鋼管の管端位置を正確に検出で
きると共に、鋼管回転中の管端位置ずれを補正できるこ
と、また、自動ステンシル塗布装置を組み合せることに
よって、トライアングルマークの刻印作業および該トラ
イアングルマーク位置表示用帯状ステンシル塗布作業を
完全自動化できることを究明し、この発明に到達した。

【００１０】すなわちこの発明は、鋼管を回転載置する
ターニングローラ、ターニングローラ上の鋼管の周方向
位置決め用パルス発生器、刻印ヘッドの管軸方向位置決
め機構および刻印ヘッド昇降機構からなる刻印装置にお
いて、カメラと照明からなるターニングローラ上の鋼管
端面撮影装置、カメラと照明からなる鋼管のバットレス
ねじのねじ部撮影装置および鋼管端面撮影装置とねじ部
撮影装置からのシルエット信号を処理する画像処理装置
と、画像処理装置からの信号および管径に基づいて刻印
位置および回転角度を演算し、該演算結果に基づいてタ
ーニングローラの駆動モータを制御すると共に、刻印装
置の管軸方向位置決め機構と刻印ヘッド昇降機構を制御
する演算制御装置とからなる鋼管ねじ部の自動刻印装置
である。

【００１１】また、鋼管を回転載置するターニングロー
ラ、ターニングローラ上の鋼管の周方向位置決め用パル
ス発生器、刻印ヘッドの管軸方向位置決め機構および刻
印ヘッド昇降機構からなる刻印装置において、カメラと
照明からなるターニングローラ上の鋼管端面撮影装置、
カメラと照明からなる鋼管のバットレスねじのねじ部撮
影装置および鋼管端面撮影装置とねじ部撮影装置からの
シルエット信号を処理する画像処理装置と、管軸方向お
よび昇降の位置決め機構を有し、管軸方向に走行する帯
状ステンシル塗布装置と、画像処理装置からの信号およ
び管径に基づいて刻印位置および回転角度を演算し、該
演算結果に基づいてターニングローラの駆動モータを制
御すると共に、刻印装置の管軸方向位置決め機構と刻印
ヘッド昇降機構ならびに帯状ステンシル塗布装置の管軸
方向および昇降位置決め機構を制御する演算制御装置と
からなる鋼管ねじ部の自動刻印ステンシル装置である。

【００１２】

【作用】この発明の自動刻印装置は、従来の刻印装置
に、鋼管端面撮影装置とバットレスねじのねじ部撮影装
置からのシルエット信号を処理する画像処理装置と、管
軸方向位置決め機構およびステンシル塗布ヘッド昇降機
構を有し、管軸方向に走行する帯状ステンシル塗布装置
と、画像処理装置からの信号および管径に基づいて刻印
位置および回転角度を演算し、該演算結果に基づいてタ
ーニングローラの駆動モータを制御すると共に、刻印ヘ
ッドの管軸方向位置決め機構と刻印ヘッド昇降機構なら
びに帯状ステンシル塗布装置の管軸方向位置決め機構お
よび昇降位置決め機構を制御する演算制御装置を設けた
から、演算制御装置に被対象鋼管の外径を入力すること
によって、前記表１に示された管端とトライアングルマ
ーク底辺との距離Ａが選択される。また、演算制御装置
は、鋼管端面撮影装置からのシルエット信号を処理する
画像処理装置から入力される信号に基づいて管端位置を
決定し、刻印装置を管端から距離Ａの位置にセットする
と共に、管端からの距離Ａを基準線とするバットレスね
じ部撮影装置からのシルエット信号を処理する画像処理
装置から入力される信号に基づいて、基準線の直近のバ
ットレスねじのねじ山を検出し、検出したねじ山の幅を
演算してその二等分線を求め、管端からの距離Ａの基準
線との距離Ｘを算出する。

【００１３】上記バットレスねじのねじピッチが一定で
あるから、演算制御装置は、上記演算した距離Ｘに基づ
いて、管端からの距離Ａの基準線の直近にあるねじ山の
中心線に合致する管回転角度を演算し、この回転角度と
管外径に基づいて管回転距離を演算し、ターニングロー
ラの駆動モータを制御する。また、演算制御装置は、管
回転中も撮影装置Ｙからのシルエット信号を処理する画
像処理装置から入力される信号に基づいて管端位置のず
れ量を補正する。ついで演算制御装置は、被対象鋼管の
位置決めが完了すれば、トライアングルマークの打刻位
置に待機している刻印ヘッドを下降させてトライアング
ルマークを打刻、刻印させる。

【００１４】さらに、この発明の自動刻印ステンシル装
置は、上記に加えて管軸方向位置決め機構およびステン
シル塗布ヘッド昇降機構を有し、管軸方向に走行する帯
状ステンシル塗布装置を設けると共に、演算制御装置に
帯状ステンシル塗布装置の管軸方向位置決め機構および
昇降位置決め機構を制御する機構を付加したから、トラ
イアングルマークの寸法が一辺１１ｍｍの正三角形と定
められているので、管外径により管端からの距離Ａに基
づいてトライアングルマークの頂点の位置を演算し、ト
ライアングルマークの打刻位置表示用帯状ステンシル塗
布装置の管軸方向および昇降位置決め機構を制御し、ト
ライアングルマークの頂点を起点として帯状ステンシル
の塗布を行うことができる。

【００１５】

【実施例】以下にこの発明の詳細を実施の一例を示す図
１ないし図５に基づいて説明する。図１はこの発明の鋼
管ねじ部への自動刻印ステンシル装置の制御系統図、図
２はバットレスねじの形状を示す側図、図３は刻印ヘッ
ドを管端から距離Ａの位置にセットした状態を示す側面
図、図４はバットレスねじの凹凸シルエットと管回転距
離演算説明図、図５は交換台車方式の自動刻印装置とス
テンシル装置の概略説明図である。図１において、１は
鋼管、２は鋼管１を回転載置するターニングローラ３と
ターニングローラ３を駆動する制動機構付き駆動モータ
４および鋼管１に押付け機構で鋼管１の回転検出を行う
パルス発生器５からなる管回転装置である。６は鋼管１
の管端を揃えるためのストッパー、７はカメラ８と照明
９からなる管端撮影装置で、ストッパー６の鋼管１との
接触部に鋼管１を挟んで両サイドに設置されている。１
０はカメラ１１と照明１２からなる鋼管１のバットレス
ねじのねじ部撮影装置で、カメラ１１と照明１２は打刻
式刻印機１３を挟んで鋼管１の両サイドに設置されてい
る。上記カメラ７、１１としては、一次元のＣＣＤカメ
ラ（視野はねじピッチ２山分の約１０ｍｍとし、分解能
０．０５ｍｍとして２００ビットとする）を使用する。
１４はカメラ８から入力される管端シルエット信号およ
びカメラ１１からのねじ形状シルエット信号を処理する
コントローラ１５および画像表示モニタ１６からなる画
像処理装置である。

【００１６】上記打刻式刻印機１３は、図示していない
が管軸方向位置決め機構および昇降位置決め機構を有す
る。１７は打刻式刻印機１３と同様に鋼管１の管軸方向
位置決め機構および昇降位置決め機構を有し、管軸方向
に走行自在の帯状ステンシル塗布装置である。１８は演
算制御装置で、キーボード１９から入力される管径に基
づいて、予め記憶している前記表１に示す管端とトライ
アングルマーク底辺との距離Ａとの関係から該当する管
端とトライアングルマーク底辺との距離Ａを選択する。
また、演算制御装置１８は、カメラ８からコントローラ
１５に入力処理された管端シルエット信号に基づいて管
端位置検出を行い、打刻式刻印機１３の駆動部２０を制
御し、図３に示すとおり打刻式刻印機１３の管軸方向位
置決め機構を操作して鋼管１の管端からの距離Ａの位置
に打刻式刻印機１３のトライアングルマーク底辺が位置
するようセットする。さらに、演算制御装置１８は、カ
メラ１１で撮影されコントローラ１５に入力処理された
前記鋼管１の管端からの距離Ａを基準線ａとするねじ部
のねじ形状シルエット信号に基づいて、前記鋼管１の管
端からの距離Ａの基準線ａの直近のねじ山２１を決定
し、決定したねじ山２１の幅を演算してその二等分線
（ねじ山２１の中心）を求め、基準線ａとねじ山２１の
中心線ｂとの距離Ｘを演算する。さらにまた、演算制御
装置１８は、演算した前記距離Ｘに基づいて基準線ａの
直近にあるねじ山２１の中心線ｂが基準線ａに合致する
管回転角度θを演算し、この管回転角度θと管外径Ｄに
基づいて鋼管１の回転距離Ｌを演算する。この場合、演
算制御装置１８は、カメラ８からコントローラ１５に入
力処理された管端位置シルエット信号に基づいて、回転
による管端位置ずれ量を検出して補正する。

【００１７】演算制御装置１８は、ターニングローラ３
を駆動する制動機構付き駆動モータ４を駆動し、パルス
発生器５から入力される鋼管１の回転距離Ｌ₁が演算し
た回転距離Ｌと等しくなると駆動モータ４を停止して鋼
管１の位置決めを行う。次いで演算制御装置１８は、鋼
管１の位置決めが完了すると、コントローラ１５からの
画像処理情報にしたがってトライアングルマークの打刻
位置に待機している打刻式刻印機１３の駆動部２０を制
御し、打刻式刻印機１３の刻印ヘッドを下降させて鋼管
１のねじ山２１の幅方向中心ｂにトライアングルマーク
底辺を位置させて打刻、刻印するよう構成されている。
さらに演算制御装置１８は、トライアングルマークの打
刻、刻印が完了すると、前記管端からの距離Ａと一辺１
１ｍｍの正三角形のトライアングルマーク寸法に基づい
てトライアングルマーク頂点Ｔを演算し、トライアング
ルマークの打刻位置表示用帯状ステンシル塗布装置１７
の駆動部２２を制御し、帯状ステンシル塗布装置１７を
帯状ステンシル塗布位置に移動させ、トライアングルマ
ークの頂点Ｔを起点として帯状ステンシル塗布を行うよ
う構成されている。なお、２３はＣＲＴ画面である。

【００１８】上記のとおり構成したことによって、キー
ボード１９から鋼管１の外径、例えば５インチを演算制
御装置１８に入力すると、演算制御装置１８は、入力さ
れた管径５インチに基づいて予め記憶されている前記表
１に示す管端とトライアングルマーク底辺との距離Ａか
ら該当する管径５インチの管端とトライアングルマーク
底辺との距離１０３．２ｍｍを選択する。また、演算制
御装置１８は、カメラ８からコントローラ１５に入力処
理された管端シルエット信号から管端位置検出を行い、
打刻式刻印機１３の駆動部２０を制御し、図３に示すと
おり打刻式刻印機１３を鋼管１の管端から１０３．２ｍ
ｍの位置にトライアングルマーク底辺が位置するようセ
ットする。さらに、演算制御装置１８は、図４に示すと
おり、カメラ１１で撮影されコントローラ１５に入力処
理された前記鋼管１の管端からの距離１０３．２ｍｍを
基準線ａとするねじ部のねじ形状シルエット信号に基づ
いて、前記鋼管１の管端から距離１０３．２ｍｍの基準
線ａの直近のねじ山２１を決定し、決定したねじ山２１
の幅を演算してその二等分線のねじ山の中心線ｂを求
め、管端からの距離１０３．２ｍｍの基準線ａと中心線
ｂの距離Ｘを演算する。図２に示すとおり上記バットレ
スねじのねじピッチＰが一定であるから、演算制御装置
１８は、演算した前記距離Ｘに基づいて管端からの距離
１０３．２ｍｍの基準線ａの直近にあるねじ山２１の中
心線ｂが基準線ａに合致する管回転角度θを演算し、こ
の管回転角度θと管外径Ｄに基づいて鋼管１の回転距離
Ｌを演算する。この場合、演算制御装置１８は、カメラ
８からコントローラ１５に入力処理された管端シルエッ
ト信号に基づいて、回転による管端位置ずれ量を検出し
て補正する。

【００１９】演算制御装置１８は、鋼管１の回転距離Ｌ
の演算が完了すると駆動モータ４を起動し、パルス発生
器５から入力されるパルス数ｐから演算した回転距離Ｌ
₁が回転距離Ｌと等しくなると駆動モータ４を停止し、
鋼管１の位置決めを完了する。ついで演算制御装置１８
は、鋼管１の位置決めが完了すると、駆動部２０を制御
して打刻式刻印機１３の刻印ヘッドを下降させ、鋼管１
のねじ山２１の中心線ｂに底辺を位置させてトライアン
グルマークを打刻、刻印する。さらに演算制御装置１８
は、トライアングルマークの打刻、刻印が完了すると、
前記管端からの距離Ａと一辺１１ｍｍの正三角形のトラ
イアングルマーク寸法に基づいてトライアングルマーク
頂点Ｔを演算し、トライアングルマークの打刻位置表示
用帯状ステンシル塗布装置１７の駆動部２２を制御し、
帯状ステンシル塗布装置１７を管軸方向に走行させてト
ライアングルマーク頂点Ｔに移動させ、トライアングル
マークの頂点Ｔを起点として帯状ステンシル塗布を行
う。

【００２０】なお、前記図６に示すとおり、トライアン
グルマーク５３打刻点と帯状ステンシル５４塗布開始点
が構造上干渉するため、図５に示すとおり、打刻式刻印
機１３と帯状ステンシル塗布装置１７とを水平スライド
式の交換台車方式とし、打刻式刻印機１３でトライアン
グルマークを打刻後、駆動機構２４により交換台車２５
を水平にスライドさせ、帯状ステンシル塗布装置１７で
所定の幅、長さの帯状ステンシルの塗布を行う方式とす
ることもできる。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明によれば、
鋼管ねじ加工部にカップリング締め付け完了位置確認用
のトライアングルマークの刻印ならびに該トライアング
ルマーク位置表示用の帯状ステンシル塗布作業を完全自
動化でき、大幅に作業能率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の鋼管ねじ部への自動刻印・ステンシ
ル装置の制御系統図である。

【図２】バットレスねじの形状を示す側面図である。

【図３】刻印ヘッドを管端から距離Ａの位置にセットし
た状態を示す側面図である。

【図４】バットレスねじの凹凸シルエットと管回転距離
演算説明図である。

【図５】交換台車方式の自動刻印装置とステンシル装置
の概略説明図である。

【図６】トライアングルマークの打刻位置の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 鋼管 ２ 管回転装置 ３ ターニングローラ ４ 駆動モータ ５ パルス発生器 ６ ストッパー ７ 管端撮影装置 ８、１１ カメラ ９、１２ 照明 １０ ねじ部撮影装置 １３ 打刻式刻印機 １４ 画像処理装置 １５ コントローラ １６ 画像表示モニタ １７ 帯状ステンシル塗布装置 １８ 演算制御装置 １９ キーボード ２０、２２ 駆動部 ２１ ねじ山 ２３ ＣＲＴ画面 ２４ 駆動機構 ２５ 交換台車 ５１ 油井管 ５２ カップリング ５３ トライアングルマーク ５４ 帯状ステンシル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼管を回転載置するターニングローラ、
   ターニングローラ上の鋼管の周方向位置決め用パルス発
   生器、刻印ヘッドの管軸方向位置決め機構および刻印ヘ
   ッド昇降機構からなる刻印装置において、カメラと照明
   からなるターニングローラ上の鋼管端面撮影装置、カメ
   ラと照明からなる鋼管のバットレスねじのねじ部撮影装
   置および鋼管端面撮影装置とねじ部撮影装置からのシル
   エット信号を処理する画像処理装置と、画像処理装置か
   らの信号および管径に基づいて刻印位置および回転角度
   を演算し、該演算結果に基づいてターニングローラの駆
   動モータを制御すると共に、刻印装置の管軸方向位置決
   め機構と刻印ヘッド昇降機構を制御する演算制御装置と
   からなる鋼管ねじ部の自動刻印装置。
2. 【請求項２】 鋼管を回転載置するターニングローラ、
   ターニングローラ上の鋼管の周方向位置決め用パルス発
   生器、刻印ヘッドの管軸方向位置決め機構および刻印ヘ
   ッド昇降機構からなる刻印装置において、カメラと照明
   からなるターニングローラ上の鋼管端面撮影装置、カメ
   ラと照明からなる鋼管のバットレスねじのねじ部撮影装
   置および鋼管端面撮影装置とねじ部撮影装置からのシル
   エット信号を処理する画像処理装置と、管軸方向および
   昇降の位置決め機構を有し、管軸方向に走行する帯状ス
   テンシル塗布装置と、画像処理装置からの信号および管
   径に基づいて刻印位置および回転角度を演算し、該演算
   結果に基づいてターニングローラの駆動モータを制御す
   ると共に、刻印装置の管軸方向位置決め機構と刻印ヘッ
   ド昇降機構ならびに帯状ステンシル塗布装置の管軸方向
   および昇降位置決め機構を制御する演算制御装置とから
   なる鋼管ねじ部の自動刻印ステンシル装置。