JPH073327B2 - Method and apparatus for automatic measurement of tubular products - Google Patents

Method and apparatus for automatic measurement of tubular products

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JPH073327B2
JPH073327B2 JP1239021A JP23902189A JPH073327B2 JP H073327 B2 JPH073327 B2 JP H073327B2 JP 1239021 A JP1239021 A JP 1239021A JP 23902189 A JP23902189 A JP 23902189A JP H073327 B2 JPH073327 B2 JP H073327B2
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Japan
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tubular product
displacement meter
tubular
surface side
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俊男 倉橋
久嗣 石津
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、小径・中径管などの管状品の各種寸法を自
動的に測定する方法およびその装置に関するものであ
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for automatically measuring various dimensions of tubular products such as small diameter and medium diameter pipes.

〔従来技術とこの発明が解決しようとする課題〕[Prior art and problems to be solved by the present invention]

製造された管は、その内径、外径、肉厚、真円度等が許
容範囲内にあるか測定する必要があるが、15A〜250A
(外径20〜250mm)の小径・中径管においては、マイク
ロメーター,ノギスを使用して人手で測定するより他に
方法がなかった。
It is necessary to measure whether the manufactured pipe has an inside diameter, outside diameter, wall thickness, roundness, etc. within the allowable range.
For small and medium diameter tubes (outer diameter 20-250 mm), there was no other method than manual measurement using a micrometer and calipers.

しかしながら、このような人手測定では、次のような問
題点がある。
However, such manual measurement has the following problems.

(i)規格合否は、Max及びMin値で判定しなければなら
ないが、Max、Minを確実に検出するのが難しい。
(I) The standard pass / fail must be determined by the Max and Min values, but it is difficult to reliably detect Max and Min.

(ii)測定者間のばらつきがあり、また同一人でも再現
性が低い。ある調査では(5人が各10回測定) 外径 Max:21.60〜22.81 Min:21.08〜21.28 の結果がある。
(Ii) There is variability among measurers, and reproducibility is low even for the same person. In one study (5 people each measured 10 times), the outer diameter Max: 21.60-22.81 Min: 21.08-21.28 results.

(iii)能率的にオンライン製造速度に間に合わないた
め、抜き取り検査によるしかないのが実情であるが、小
径管においては、サイズにより4000P/Hrにも達し、抜き
取り頻度が少なくなり、品質管理上問題となる。
(Iii) Since it is not possible to efficiently meet the online manufacturing speed, it is the actual situation that sampling inspection is the only thing that can be done, but in the case of small diameter pipes, it reaches 4000 P / Hr depending on the size, the sampling frequency decreases, and there is a problem in quality control. Becomes

(iv)内面形状の判定としては、例えばアンダーカット
の場合、便宜的に第7図のような定義をせざるを得な
い。すなわち、ビードを含む15°以内におけるMax−Min
=偏肉が0.40mm以下を合格としている。しかし、この方
法では、急峻な形状と比較的平滑な部分との差別化が不
可能であり、例えば抽伸鋼管として使用する場合には、
偏肉値が許容範囲内であっても、すじ状のシャープな形
状が抽伸加工後もすじとして残ってしまう。
(Iv) For the determination of the inner surface shape, for example, in the case of undercut, for the sake of convenience, the definition as shown in FIG. 7 cannot be avoided. That is, Max-Min within 15 ° including beads
= Uneven thickness of 0.40 mm or less is passed. However, with this method, it is impossible to differentiate between a steep shape and a relatively smooth portion. For example, when using as a drawn steel pipe,
Even if the thickness deviation value is within the allowable range, a sharp streak shape remains as a streak even after drawing.

(v)第8図に示すような、いわゆるおむすび状の形状
については、外径のMaxは何点も存在し、真円とは異な
るにもかかわらず、人手による方法では異常値の検出が
困難である。
(V) Regarding the so-called diaper-shaped shape as shown in FIG. 8, there are many Max of the outer diameter, and although it is different from a perfect circle, it is difficult to detect an abnormal value by the manual method. Is.

(vi)第10図に示すような、所謂鼻曲がりがある管状品
でも、正確な形状の測定を行うことができない。
(Vi) Even with a tubular product having a so-called nose bend as shown in FIG. 10, accurate shape measurement cannot be performed.

(vii)鋼管の実用的な使用法の一つとして鋼管内にラ
イニング用の塩ビ管等を挿入して使われる場合があり、
この場合には、従来の内径の不正確なMin値では保証で
きないので、第9図に示すようなプラグ通しテストによ
り検査しているが、作業が非常に面倒であると共に、多
種類のプラグを用意しなければならない。
(Vii) One of the practical uses of steel pipes is to insert a PVC pipe for lining into the steel pipe,
In this case, the conventional inaccurate Min value of the inner diameter cannot be guaranteed, so the inspection is carried out by a plug-through test as shown in Fig. 9, but the work is extremely troublesome and many types of plugs are used. I have to prepare.

なお、管の各種寸法を自動的に測定する手段として、特
開昭58−160805号公報には、レーザー変位計を大口径鋼
管に対して相対移動させて溶接部近傍の形状や開先部の
形状を測定する方法、特開昭63−58132号公報,58137号
公報には管軸に沿って移動し、かつ管軸の回りを回転す
る光学式変位計により、管内面の形状を測定する装置、
実開昭60−8810号公報には、管の端面に対向して旋回ア
ームを設け、この旋回アームに距離センサーを管の半径
方向に移動可能に取付けた装置が提案されている。
As a means for automatically measuring various dimensions of the pipe, JP-A-58-160805 discloses that a laser displacement meter is moved relative to a large-diameter steel pipe to measure the shape and groove portion near the weld. A method for measuring the shape, Japanese Patent Laid-Open No. 63-58132, 58137 discloses an apparatus for measuring the shape of the inner surface of a pipe by an optical displacement meter that moves along the pipe axis and rotates around the pipe axis. ,
Japanese Utility Model Laid-Open No. 60-8810 proposes a device in which a turning arm is provided so as to face the end surface of the pipe, and a distance sensor is attached to the turning arm so as to be movable in the radial direction of the pipe.

しかしながら、これらの手段は、大径管の溶接部や開先
の測定、あるいは管の内面あるいは外面の測定であり、
目的,要求条件の自ずと異なる小径,中径管の自動測定
にはそのまま適用できない。
However, these means are measurement of welds and grooves of large diameter pipes, or measurement of the inner or outer surface of the pipe,
It cannot be directly applied to automatic measurement of small-diameter and medium-diameter pipes that have different purposes and requirements.

この発明は、前述のような問題点を解消すべくなされた
もので、その目的は、小径・中径管の各種寸法を正確か
つ迅速に測定し得る管状品の自動測定方法およびその装
置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide an automatic measuring method for a tubular product and an apparatus thereof capable of accurately and quickly measuring various dimensions of small-diameter / medium-diameter pipes. To do.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明に係る管状品の自動測定方法においては、第1図
に示すように、一つの測定部に、管状品外面の変位を検
出する外面側レーザー変位計1Aと、管状品P内に挿入さ
れる光路変更ミラー2により前記外面側レーザー変位計
1Aの管状品円周方向における検出位置と同じ位置で管状
品内面の変位を検出し得る内面側レーザ変位計1Bとを設
け、この測定部を移動させて前記外面側レーザー変位計
1Aおよび光路変更ミラー2がそれぞれ管状品Pの外面お
よび内面に臨むように位置決めすると共に、測定部を管
状品Pのほぼ中心軸lを中心にして旋回させ、前記各レ
ーザー変位計1A,1Bからの内面全周および外面全周にわ
たる変位検出値をその回転位置に対応させて演算処理装
置3に取り込み、この演算処理装置3において、前記変
位検出値および回転位置からレーザー変位計の旋回中心
O′を原点とする座標系のデータ列(xi,yi)を求め、
このデータ列(xi,yi)から円の最小二乗推定法を用い
て管状品の仮想中心Oを求め、この仮想中心Oと前記レ
ーザー変位計の旋回中心O′との軸ずれ値(a,b)を使
用して前記データ列を補正し、この補正値を評価基準値
と比較して合否判定し、または前記補正値を用いて測定
プロフィールを表示する。この補正値は、仮想中心Oを
原点とする補正されたデータ列(Xi,Yi)から得られた
管外径,管内径,肉厚,各最大値,各最小値,真円度,
急峻度などである。
In the method for automatically measuring a tubular article according to the present invention, as shown in FIG. 1, the outer surface side laser displacement meter 1A for detecting the displacement of the outer surface of the tubular article and the tubular article P are inserted into one measuring section. The outer side laser displacement meter by the optical path changing mirror 2
The inner surface side laser displacement meter 1B capable of detecting the displacement of the inner surface of the tubular product at the same position as the detection position in the circumferential direction of the tubular product of 1A is provided, and the outer surface side laser displacement meter is moved by moving this measuring unit.
1A and the optical path changing mirror 2 are positioned so as to face the outer surface and the inner surface of the tubular product P, respectively, and the measuring portion is swung about the central axis l of the tubular product P so that the laser displacement gauges 1A, 1B The detected displacement values over the entire circumference of the inner surface and the entire circumference of the outer surface of the laser are stored in the arithmetic processing unit 3 in association with the rotational position thereof, and in the arithmetic processing unit 3, the turning center O ′ of the laser displacement meter is detected from the detected displacement values and rotational position. Find the data string (x i , y i ) of the coordinate system with the origin as
A virtual center O of the tubular product is obtained from this data string (x i , y i ) by using the least squares estimation method of a circle, and an axis deviation value (a between the virtual center O and the turning center O ′ of the laser displacement meter is calculated. , b) is used to correct the data string, and the correction value is compared with an evaluation reference value to make a pass / fail judgment, or the measurement profile is displayed using the correction value. The correction values are the pipe outer diameter, the pipe inner diameter, the wall thickness, the maximum value, the minimum value, the roundness, which are obtained from the corrected data sequence (X i , Y i ) with the virtual center O as the origin.
Steepness.

また、第10図,第11図に示すように、外面側レーザー変
位計1Aを、管状品Pの軸方向に複数個配設し、管状品P
の管端からの異なる位置での仮想中心O1,O2,…の座標
と、外面側レーザー変位計の設置間隔Lから管端の鼻曲
りを求め、あるいは鼻曲り角θ′を用いて仮想中心Oを
原点とする補正データ列(Xi,Yi)を補正する。
Further, as shown in FIGS. 10 and 11, a plurality of outer surface side laser displacement gauges 1A are arranged in the axial direction of the tubular product P to form the tubular product P.
Of the virtual center O 1 , O 2 , at different positions from the pipe end of the pipe and the nose bend of the pipe end from the installation distance L of the laser displacement gauge on the outer surface, or using the nose bend angle θ ′. The correction data sequence (X i , Y i ) with O as the origin is corrected.

前記円の最小二乗推定法の具体例を次に示す、ここで、
旋回中心O′を原点とするデータ列(xi,yi)は、レー
ザー変位計1A,1Bからの変位検出値(生データ)から得
る。旋回中心O′から各レーザー変位計1A,1B(変位検
出値の零点)までの距離はレーザー変位計1A,1Bすなわ
ち測定部の管状品半径方向の移動位置をリニアセンサ等
で検出することにより得られる。
A specific example of the least squares estimation method for the circle is shown below, where:
A data string (x i , y i ) whose origin is the turning center O ′ is obtained from displacement detection values (raw data) from the laser displacement meters 1A and 1B. The distance from the turning center O ′ to each laser displacement meter 1A, 1B (zero point of displacement detection value) is obtained by detecting the displacement position of the laser displacement meter 1A, 1B, that is, the measuring unit in the radial direction of the tubular product with a linear sensor or the like. To be

データ列(xi,yi)i=1,…,Nを (x-a)2+(y-b)2=r2 ・・・(1) で近似してa,b,rを求める。このためには、L=Σ〔(xi
-a)2+(yi-b)2−r2〕2が最小となるa,b,rを決定すれば
よい。
The data string (x i , y i ) i = 1, ..., N is approximated by (xa) 2 + (yb) 2 = r 2 (1) to obtain a, b, r. To do this, L = Σ [(x i
-a) 2 + (y i -b) 2 −r 2 ] 2 can be determined by determining a, b, and r that are the minimum.

即ち、 の代数方程式を解くことに帰着する。これらの式は次の
ように簡略化できる。
That is, Reduce to solving the algebraic equation of. These equations can be simplified as follows.

Σ〔xi(xi-a)2+xi(yi-b)2−xi・r2〕=0 ・・・
(2′) Σ〔yi(xi-a)2−yi(yi-b)2−yi・r2〕=0 ・・・
(3′) Σ〔(xi-a)2+(yi-b)2−r2〕=0 ・・・(4′) このようにして求めたa,bによりデータ列(xi,yi)を
座標変換すれば、管状品の仮想中心Oを原点とする座標
系での補正値(Xi,Yi)が得られる。
Σ [x i (x i -a) 2 + x i (y i -b) 2 −x i · r 2 ] = 0 ...
(2 ′) Σ [y i (x i -a) 2 −y i (y i -b) 2 −y i · r 2 ] = 0
(3 ′) Σ [(x i −a) 2 + (y i −b) 2 −r 2 ] = 0 (4 ′) The data string (x i , If y i ) is subjected to coordinate conversion, a correction value (X i , Y i ) in a coordinate system with the virtual center O of the tubular product as the origin can be obtained.

また、第7図に示すような急峻な形状に対しては、前記
補正値を使用して例えば角度5°以内の(最大値−最小
値)などを求めて合否を判定することもできるし、生デ
ータ(変位検出値)を使用して次のような多点移動平均
法により評価することもできる。
Further, for a steep shape as shown in FIG. 7, it is possible to determine the pass / fail by using the correction value to obtain (maximum value-minimum value) within an angle of 5 °, for example. The raw data (displacement detection value) can be used for evaluation by the following multipoint moving average method.

生データをそれぞれ異なる次数で移動平均を行い、そ
の差を求める。
The moving data is averaged with different orders, and the difference is calculated.

生データR(*)に対して、一般の差分の定義 Δ=R(i+M)−R(i−M) に基づき求める。通常M=1程度では近すぎて変化が小
さいことから、M=3〜5程度を選択する。
The raw data R (*) is calculated based on the general definition of difference Δ = R (i + M) −R (i−M). Usually, M = 1 is too close and the change is small, so M = 3 to 5 is selected.

さらに第10図および第11図に示すような鼻曲り状態であ
る形状に対しては、第1,第2の二個のレーザー変位計1
A,1Aを管周方向に回転し、CPU演算によってa,b両断面の
仮想中心O1,O2を決定し、基準からの距離di′,d2′の
差Δd′を「鼻曲り値」とする。
Furthermore, for the shape with a bent nose as shown in FIG. 10 and FIG. 11, two laser displacement gauges 1 and 2 are used.
A, 1A is rotated in the tube circumferential direction, the virtual centers O 1 and O 2 of both a and b cross sections are determined by the CPU calculation, and the difference Δd ′ between the distances d i ′ and d 2 ′ from the reference is calculated as “nasal curve”. Value ".

そしてこのようにして求めた鼻曲り値=Δd′により、
仮想中心O1,O2を結ぶ線と、基準との角度(鼻曲り角
度)θ′を、 で求める。なおここでLは、第1,第2の両レーザー変位
計1A,1Aの距離である。
Then, according to the nose bending value = Δd ′ thus obtained,
The angle (nose bending angle) θ ′ between the line connecting the virtual centers O 1 and O 2 and the reference is Ask in. Here, L is the distance between the first and second laser displacement gauges 1A, 1A.

さらにこのθ′によりa断面(管端)の形状を補正計算
することにより、その形状の正確性を向上させる。即ち 補正計算r2=〔(x-a)2−(y-b)2〕cosθ′を行って、第1
3図に示す見倣け測定形状から、第14図に示す補正後の
形状とするように前述の軸ずれ補正された補正データ
(Xi,Yi)を補正する。
Further, the accuracy of the shape is improved by correcting and calculating the shape of the cross section a (tube end) by this θ '. That is, the correction calculation r 2 = [(xa) 2 − (yb) 2 ] cos θ ′ is performed, and the first
The correction data (X i , Y i ) that has been subjected to the axis deviation correction described above is corrected from the copy measurement shape shown in FIG. 3 to the corrected shape shown in FIG.

前述のような方法を実施する装置としては、第1図また
は第10図に示すように、管状品Pの半径方向外方に位置
して管状品外面の変位を検出する管状品の軸方向に複数
の外面側レーザー変位計1Aと、管状品Pの端面に対向し
て位置し、管状品内に挿入される光路変更ミラー2によ
り前記外面側レーザー変位計1Aの一つの外面変位検出位
置と同じ位置で管状品内面の変位を検出し得る内面側レ
ーザー変位計1Bと、これら各レーザー変位計1A,1Bを備
えた測定部が管状品Pの半径方向に移動自在に取付けら
れ、管状品の中心軸lと平行な旋回中心軸l′を中心と
して回転可能な支持部材4と、この支持部材4を回転さ
せる駆動モータ5と、前記各レーザー変位計1A,1Bから
の内面全周および外面全周にわたる変位検出値をその回
転位置に対応させて取り込み、この変位検出値および回
転位置からレーザー変位計の旋回中心O′を原点とする
座標系のデータ列(xi,yi)を求め、このデータ列
(xi,yi)から円の最小二乗推定法を用いて管状品の仮
想中心Oを求め、この仮想中心Oと前記レーザー変位計
の旋回中心O′との軸ずれ値(a,b)を使用して前記デ
ータ列を補正し、さらに管状品の管端からの異なる位置
での仮想中心O1,O2,…の座標と、外面側レーザー変位
計の設置間隔Lから管端の鼻曲りを求め、あるいは鼻曲
り角θ′を用いて仮想中心Oを原点とする補正データ
(Xi,Yi)を補正する演算処理装置3を備えものを用い
る。また、第12図に示すように、内面側レーザー変位計
1Bの光路変更ミラー2を管状品内へ確実に挿入できるよ
うに、障害物の有無を検出するレーザー変位計からなる
保護機構19を管状品Pの端面に対向して配設しておく。
As an apparatus for carrying out the above-described method, as shown in FIG. 1 or FIG. 10, it is located in the radial direction outward of the tubular product P and detects the displacement of the outer surface of the tubular product in the axial direction of the tubular product. The same as one outer surface displacement detection position of the outer surface side laser displacement meter 1A by a plurality of outer surface side laser displacement meters 1A and an optical path changing mirror 2 which is located facing the end surface of the tubular product P and is inserted into the tubular product. A laser displacement meter 1B on the inner surface side capable of detecting the displacement of the inner surface of the tubular product at a position, and a measuring section equipped with these laser displacement meters 1A and 1B are movably mounted in the radial direction of the tubular product P, and the center of the tubular product A support member 4 rotatable about a turning center axis l'parallel to the axis l, a drive motor 5 for rotating the support member 4, and an inner circumference and an outer circumference of the laser displacement meters 1A and 1B. Captures displacement detection values over the range corresponding to the rotational position , The data string of the coordinate system with its rotation center O 'of the origin of the laser displacement meter from the displacement detection value and the rotation position (x i, y i) determine the minimum circle from the data sequence (x i, y i) The virtual center O of the tubular product is obtained using the square estimation method, and the data string is corrected using the axis deviation value (a, b) between the virtual center O and the turning center O ′ of the laser displacement meter, Further, the nose bend of the pipe end is obtained from the coordinates of the virtual centers O 1 , O 2 , ... at different positions from the pipe end of the tubular product and the installation interval L of the laser displacement meter on the outer surface side, or the nose bend angle θ'is used. Then, the one provided with the arithmetic processing unit 3 for correcting the correction data (X i , Y i ) whose origin is the virtual center O is used. In addition, as shown in Fig. 12, the inner side laser displacement meter
In order to ensure that the optical path changing mirror 2 of 1B can be inserted into the tubular product, a protection mechanism 19 including a laser displacement meter for detecting the presence or absence of an obstacle is provided facing the end surface of the tubular product P.

外面側レーザー変位計1Aは市販のレーザー変位計を用い
ることができるが、内面側は管内径により制限を受ける
ため、市販のレーザー変位計をそのまま適用できない。
そのため、光路変更ミラー2を管内部へ突出させ、光路
を変更させることによって、15A以上のサイズに適用可
能とする。
A commercially available laser displacement meter can be used as the outer surface side laser displacement meter 1A, but the commercially available laser displacement meter cannot be applied as it is because the inner surface side is limited by the inner diameter of the tube.
Therefore, by making the optical path changing mirror 2 project inside the tube and changing the optical path, it is possible to apply to a size of 15 A or more.

駆動モータ5は、サーボモータとしロータリエンコーダ
6により制御してもよいし、パルスモータを単独で用い
てもよい。
The drive motor 5 may be a servo motor and controlled by the rotary encoder 6, or a pulse motor may be used alone.

〔作用〕[Action]

一つの測定部すなわちレーザー変位計1A,1Bを、管状品
Pの中心軸lとほぼ一致させた旋回中心軸l′を中心と
して旋回させ、一回転で1000〜2000点の検出点が得られ
るように回転制御と検出制御を行う。
One measuring unit, that is, the laser displacement gauges 1A and 1B is rotated about a rotation center axis l'which is substantially coincident with the center axis l of the tubular product P so that 1000 to 2000 detection points can be obtained by one rotation. The rotation control and the detection control are performed.

外面側レーザー変位計1Aにより管外面の変位が、演算処
理装置2のCPUに取り込まれ、光路変更ミラー3を介し
て内面側レーザー変位計1Bにより管内面の変位がCPUに
取り込まれる。第3図に示すのが、測定点1000点の場合
の生データの例である。
The displacement of the outer surface of the tube is taken into the CPU of the arithmetic processing unit 2 by the outer side laser displacement meter 1A, and the displacement of the inner surface of the tube is taken into the CPU by the inner side laser displacement meter 1B via the optical path changing mirror 3. FIG. 3 shows an example of raw data when 1000 measurement points are used.

この生データから得られたデータ列(xi,yi)を最小二
乗法により処理して中心軸lとのずれを補正し、この補
正後の補正値をCRTに表示し、必要な結果をプリントア
ウトする。第4図に示すのが、補正値を円グラフにした
強調図形であり、測定プロフィールが許容範囲内にある
か、容易に判定できる。また、そのMax,Min値を抽出し
て評価基準値と比較することにより、合否判定が可能で
あることはいうまでもない。また、第10図の鼻曲り値に
よっても合否判定を行う。さらに、鼻曲り角θ′を用い
て補正データ(Xi,Yi)を補正することにより、より正
確な結果を得ることができる。
The data string (x i , y i ) obtained from this raw data is processed by the method of least squares to correct the deviation from the central axis l, and the corrected value after this correction is displayed on the CRT, and the required result is displayed. Print out. FIG. 4 shows an emphasized figure in which the correction value is a pie chart, and it is possible to easily determine whether or not the measurement profile is within the allowable range. It goes without saying that the pass / fail judgment can be made by extracting the Max and Min values and comparing them with the evaluation reference value. In addition, the pass / fail judgment is also performed based on the nose bending value shown in FIG. Further, by correcting the correction data (X i , Y i ) using the nose bending angle θ ′, a more accurate result can be obtained.

次に第5図に示すのは、前述の多点移動平均法のを用
いて、内面の急峻度を算出して表示したものであり、内
面の急峻な形状を容易に検出できる。
Next, FIG. 5 shows the steepness of the inner surface calculated and displayed by using the above-mentioned multipoint moving average method, and the steep shape of the inner surface can be easily detected.

また、おむすび状の形状については、第8図に示すよう
に仮想円中心からの半径を利用すれば、真円との差別化
が可能である。さらに、ライニング用塩ビ管等を挿入す
る場合にも、内接円Min値により挿入可能か容易に判定
できる。
Further, regarding the rice ball shape, it is possible to differentiate it from a perfect circle by using the radius from the center of the virtual circle as shown in FIG. Further, even when a vinyl chloride pipe for lining or the like is inserted, it can be easily determined by the inscribed circle Min value whether insertion is possible.

〔実施例〕〔Example〕

第1図および第2図に示すものは、三角法を原理とし、
測定範囲:10mm,分解能:1μm,精度:10μmのレーザー変
位計1を用いて、外径20〜250mm,肉厚2.00〜10.0mmの小
径・中径管に適用した例であり、外面側レーザー変位計
1Aはその投光軸が鋼管Pの半径方向に、内面側レーザー
変位計1Bはその投光軸が鋼管Pの中心軸方向に沿うよう
に、支持部材4に取付ける。
The one shown in FIGS. 1 and 2 is based on trigonometry,
Measurement range: 10 mm, resolution: 1 μm, accuracy: 10 μm, using a laser displacement meter 1 applied to small and medium diameter pipes with an outer diameter of 20 to 250 mm and a wall thickness of 2.00 to 10.0 mm. Total
1A is attached to the support member 4 such that its light projecting axis is in the radial direction of the steel pipe P and the inner surface side laser displacement meter 1B is such that its light projecting axis is along the central axis direction of the steel pipe P.

レーザー変位計1は、半導体レーザー7,リニアアレイ光
検出素子8,投光レンズ9,受光レンズ10からなっている。
そして内面側レーザー変位計1Bにおいては、突出片11を
介して光路変更ミラー2を設け、投光されたレーザービ
ームがミラー,鋼管内面,ミラーに順に反射され、光検
出素子8に受光されるようにする。
The laser displacement meter 1 includes a semiconductor laser 7, a linear array photodetector 8, a light projecting lens 9, and a light receiving lens 10.
In the inner surface side laser displacement meter 1B, the optical path changing mirror 2 is provided via the projecting piece 11 so that the projected laser beam is sequentially reflected by the mirror, the inner surface of the steel pipe and the mirror, and is received by the light detecting element 8. To

これらレーザー変位計1A,1Bは、支持部材4にスライド
機構12を介して取付けられており、鋼管Pとの半径方向
の位置調整ができるようになっている。
These laser displacement gauges 1A and 1B are attached to the support member 4 via a slide mechanism 12 so that the position adjustment with the steel pipe P in the radial direction can be performed.

また内面側レーザー変位計1B(第12図参照)には、光路
変更ミラー2が管状品内へ確実に挿入できるように、障
害物の有無を検出するレーザー変位計からなる保護機構
19が備えられている。
In addition, the inner side laser displacement meter 1B (see FIG. 12) has a protection mechanism including a laser displacement meter that detects the presence / absence of an obstacle so that the optical path changing mirror 2 can be reliably inserted into the tubular article.
19 are equipped.

この保護機構19は、光路変更ミラー2より、距離tだけ
鋼管P側へずらした位置にレーザー光が出るように配置
されている。そして管軸方向へレーザー光を送信し、管
肉,バリ,切粉残物等の障害物より反射のないことを、
光路変更ミラー2の挿入前に確認する。
The protection mechanism 19 is arranged so that the laser light is emitted from the optical path changing mirror 2 at a position displaced by the distance t toward the steel pipe P side. Then, the laser light is transmitted in the tube axis direction to ensure that there is no reflection from obstacles such as tube meat, burrs, and chip remnants.
Check before inserting the optical path changing mirror 2.

支持部材4は、回転軸13とクロスローラベアリング14に
より支持架台15により回転自在に取付け、回転軸13にサ
ーボモータ5を接続する。支持架台15は、鋼管軸方向に
移動自在に基台16に支持され、適宜の手段により移動さ
せ鋼管端面から5mm程度の位置で変位を測定できるよう
にする。
The support member 4 is rotatably attached by a support frame 15 by means of a rotary shaft 13 and a cross roller bearing 14, and a servo motor 5 is connected to the rotary shaft 13. The support frame 15 is supported by a base 16 so as to be movable in the axial direction of the steel pipe, and is moved by an appropriate means so that the displacement can be measured at a position of about 5 mm from the end face of the steel pipe.

基台16は、適宜の手段により上下動可能とされ、パイプ
サイズに応じて上下調整し、鋼管中心軸lと回転中心が
一致するようにする。中心ずれに対しては補正が可能で
あるため、この調整は容易かつ迅速に行える。なお鋼管
Pは、シリンダ17によって上下するパイプ受け18によ
り、ライン位置から上昇・支持される。
The base 16 can be moved up and down by an appropriate means, and is adjusted up and down according to the pipe size so that the steel pipe center axis 1 and the rotation center coincide with each other. Since the center deviation can be corrected, this adjustment can be performed easily and quickly. The steel pipe P is lifted and supported from the line position by a pipe receiver 18 which is vertically moved by a cylinder 17.

次に実際に測定した例を示す。Next, an example of actual measurement is shown.

(1)再現性 80Aのパイプを10回測定し、その再現性を調査した。表
1に10回の測定値の偏差(最大値−最小値)を示す。
(1) Reproducibility The 80 A pipe was measured 10 times and its reproducibility was investigated. Table 1 shows the deviation (maximum value-minimum value) of the values measured 10 times.

(2)手動測定結果との対応 手動測定は、マイクロメータ(分解能0.01mm)でパイプ
の8方向で実施した。表2に、平均値の結果の対応を示
す。
(2) Correspondence with manual measurement results Manual measurement was performed with a micrometer (resolution 0.01 mm) in 8 directions of the pipe. Table 2 shows the correspondence of the average value results.

(3)被測定管の軸と回転中心とのズレの影響ズレはデ
ータ処理によって補正するが、その効果を確認した。
(3) Influence of deviation between the axis of the pipe to be measured and the center of rotation The deviation was corrected by data processing, but the effect was confirmed.

また、第6図に本発明の自動測定による測定結果をプリ
ントアウトした例を示す。
Further, FIG. 6 shows an example in which the measurement result of the automatic measurement of the present invention is printed out.

以上により、本発明では、1分/サイクル(1P)の高能
率で、検査オンライン上で、0.05mm以内の誤差で測定可
能であることがわかった。
From the above, it was found that in the present invention, it is possible to perform measurement with a high efficiency of 1 minute / cycle (1P) and an error of 0.05 mm or less on the inspection online.

また、データを上工程へフィードバックさせ、上工程の
制御に反映させることができる。
In addition, the data can be fed back to the upper process and reflected in the control of the upper process.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

前述のとおり、この発明は、管状品の内面および外面の
変位をレーザー変位計によって同時に検出できるように
すると共に、変位検出値をその回転位置に対応させて演
算処理装置に取り込んで中心ずれを補正し、この補正値
と評価基準値と比較判定し、または測定プロフィールを
表示するようにしたため、小径・中径管の各種寸法を再
現性良く、かつ精度良く、迅速に検出することができ
る。
As described above, according to the present invention, the displacements of the inner surface and the outer surface of the tubular product can be simultaneously detected by the laser displacement meter, and the displacement detection value is taken into the arithmetic processing unit in correspondence with its rotational position to correct the center deviation. However, the correction value and the evaluation reference value are compared and judged, or the measurement profile is displayed, so that various dimensions of the small diameter and medium diameter pipes can be detected with good reproducibility, accuracy, and speed.

また外周測定用のレーザー変位計を複数配置して、管端
からの位置の異なる場所を測定することにより、所謂
「鼻曲り」を計測して合否判定することができる。その
ため「鼻曲り」測定時のデータを活用して、管軸とある
角度をもって測定された管端形状値を補正し、より正確
な結果を得ることができる。
Further, by disposing a plurality of laser displacement meters for measuring the outer circumference and measuring locations at different positions from the tube end, so-called "nose bending" can be measured to make a pass / fail judgment. Therefore, it is possible to obtain more accurate results by utilizing the data at the time of measuring the "nose bend" to correct the pipe end shape value measured at an angle with the pipe axis.

さらに内面側レーザー変位計による管状品内面の変位を
検出可能とする光路変更ミラーを、管状品内へ確実に挿
入できるように、障害物の有無を検出するレーザー変位
計からなる保護機構が設けられている。そのため管肉,
バリ,切粉残物等の障害物に干渉されず、光路変更ミラ
ーを管状品内へ確実に挿入することができる。
Furthermore, a protection mechanism consisting of a laser displacement meter that detects the presence of obstacles is provided so that the optical path changing mirror that can detect the displacement of the inner surface of the tubular product by the inner side laser displacement meter can be inserted securely into the tubular product. ing. Therefore, the pipe meat,
The optical path changing mirror can be surely inserted into the tubular product without being interfered with by obstacles such as burrs and cutting dust.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)は、この発明に係る自動測定装置を示す概
略図、第1図(b)はその検出値と軸ずれ補正の関係を
示すグラフ、第2図は、その内面側レーザー変位計を示
す概略図、第3図はレーザー変位計による生データを示
すグラフ、第4図は補正値による測定プロフィールを示
す円グラフ、第5図は急峻度を示すグラフ、第6図は測
定結果をプリントアウトした出力例、第7図は内面形状
の従来の測定例を示す概略図、第8図はおむすび形状の
測定法を示す概略図、第9図はプラグ通しテストを示す
概略図、第10図および第11図は鼻曲り形状の測定法を示
す概略図、第12図は保護機構を示す概略図、第13図およ
び第14図は形状補正状態を示す概略図である。 1A……外面側レーザー変位計 1B……内面側レーザー変位計 2……光路変更ミラー、3……演算処理装置 4……支持部材、5……駆動モータ 6……ロータリエンコーダ 7……半導体レーザー 8……リニアアレイ光検出素子 9……投光レンズ、10……受光レンズ 11……突出片、12……スライド機構 13……回転軸 14……クロスローラベアリング 15……支持架台、16……基台 17……シリンダ、18……パイプ受け 19……保護機構。
FIG. 1 (a) is a schematic diagram showing an automatic measuring device according to the present invention, FIG. 1 (b) is a graph showing the relationship between the detected value and axis deviation correction, and FIG. 2 is the laser displacement on the inner surface side. Fig. 3 is a schematic diagram showing the meter, Fig. 3 is a graph showing raw data by a laser displacement meter, Fig. 4 is a circle graph showing a measurement profile by the correction value, Fig. 5 is a graph showing steepness, and Fig. 6 is a measurement result. 7 is a schematic diagram showing a conventional measurement example of the inner surface shape, FIG. 8 is a schematic diagram showing a measuring method of the diaper shape, and FIG. 9 is a schematic diagram showing a plug-through test. 10 and 11 are schematic views showing a method for measuring the shape of nose bend, FIG. 12 is a schematic view showing a protection mechanism, and FIGS. 13 and 14 are schematic views showing a shape correction state. 1A …… Laser displacement sensor on the outer surface 1B …… Laser displacement sensor on the inner surface 2 …… Optical path changing mirror 3 …… Computing device 4 …… Supporting member 5 …… Drive motor 6 …… Rotary encoder 7 …… Semiconductor laser 8 …… Linear array light detecting element 9 …… Projecting lens, 10 …… Receiving lens 11 …… Projecting piece, 12 …… Slide mechanism 13 …… Rotating shaft 14 …… Cross roller bearing 15 …… Supporting base, 16… … Base 17 …… Cylinder, 18 …… Pipe receiver 19 …… Protection mechanism.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一つの測定部に、管状品外面の変位を検出
する外面側レーザー変位計と、管状品内に挿入される光
路変更ミラーにより前記外面側レーザー変位計の管状品
円周方向における検出位置と同じ位置で管状品内面の変
位を検出し得る内面側レーザ変位計とを設け、この測定
部を移動させて前記外面側レーザー変位計および光路変
更ミラーがそれぞれ管状品の外面および内面に臨むよう
に位置決めすると共に、測定部を管状品のほぼ中心軸を
中心にして旋回させ、前記各レーザー変位計からの内面
全周および外面全周にわたる変位検出値をその回転位置
に対応させて演算処理装置に取り込み、この演算処理装
置において、前記変位検出値および回転位置からレーザ
ー変位計の旋回中心O′を原点とする座標系のデータ列
を求め、このデータ列から円の最小二乗推定法を用いて
管状品の仮想中心Oを求め、この仮想中心Oと前記レー
ザー変位計の旋回中心O′との軸ずれ値を使用して前記
データ列を補正し、この補正値を評価基準値と比較して
合否判定し、または前記補正値を用いて測定プロフィー
ルを表示することを特徴とする管状品の自動測定方法。
1. An outer surface side laser displacement meter for detecting displacement of an outer surface of a tubular article and a light path changing mirror inserted in the tubular article in one measuring section in the circumferential direction of the tubular article of the outer surface side laser displacement meter. An inner surface side laser displacement meter capable of detecting the displacement of the inner surface of the tubular product at the same position as the detection position is provided, and the outer surface side laser displacement meter and the optical path changing mirror are moved to the outer surface and the inner surface of the tubular product, respectively, by moving the measuring unit. In addition to positioning so as to face, the measurement part is rotated about the central axis of the tubular product, and the displacement detection values from the laser displacement meters over the entire inner surface and outer surface are calculated in correspondence with the rotational position. This data is taken into a processing device, and in this arithmetic processing device, a data string of a coordinate system whose origin is the turning center O ′ of the laser displacement meter is obtained from the displacement detection value and the rotational position. The virtual center O of the tubular product is obtained from the row by using the least squares estimation method of the circle, and the data row is corrected using the axis deviation value between the virtual center O and the turning center O ′ of the laser displacement meter, An automatic measuring method for a tubular article, characterized by comparing the correction value with an evaluation reference value to determine acceptance or rejection, or displaying the measurement profile using the correction value.
【請求項2】請求項(1)記載の自動測定方法におい
て、外面側レーザー変位計を、管状品の軸方向に複数個
配設し、管状品の管端からの異なる位置での仮想中心
O1,O2,…の座標と、外面側レーザー変位計の設置間隔
Lから管端の鼻曲りを求め、あるいは鼻曲り角θ′を用
いて仮想中心Oを原点とする補正データを補正すること
を特徴とする管状品の自動測定方法。
2. The automatic measuring method according to claim 1, wherein a plurality of outer surface side laser displacement gauges are arranged in the axial direction of the tubular product, and virtual centers at different positions from the pipe end of the tubular product.
Obtaining the nose bend at the tube end from the coordinates of O 1 , O 2 , ... And the installation distance L of the laser displacement meter on the outer surface, or correcting the correction data with the virtual center O as the origin using the nose bend angle θ ′. A method for automatically measuring a tubular product, characterized by:
【請求項3】管状品の半径方向外方に位置して管状品外
面の変位を検出する管状品の軸方向に複数の外面側レー
ザー変位計と、管状品の端面に対向して位置し、管状品
内に挿入される光路変更ミラーにより前記外面側レーザ
ー変位計の一つの外面変位検出位置と同じ位置で管状品
内面の変位を検出し得る内面側レーザー変位計と、これ
ら各レーザー変位計を備えた測定部が管状品の半径方向
に移動自在に取付けられ、管状品の中心軸と平行な旋回
中心軸を中心として回転可能な支持部材と、この支持部
材を回転させる駆動モータと、前記各レーザー変位計か
らの内面全周および外面全周にわたる変位検出値をその
回転位置に対応させて取り込み、この変位検出値および
回転位置からレーザー変位計の旋回中心O′を原点とす
る座標系のデータ列を求め、このデータ列から円の最小
二乗推定法を用いて管状品の仮想中心Oを求め、この仮
想中心Oと前記レーザー変位計の旋回中心O′との軸ず
れ値を使用して前記データ列を補正し、さらに管状品の
管端からの異なる位置での仮想中心O1,O2,…の座標
と、外面側レーザー変位計の設置間隔Lから管端の鼻曲
りを求め、あるいは鼻曲り角θ′を用いて仮想中心Oを
原点とする補正データを補正する演算処理装置を備えて
いることを特徴とする管状品の自動測定装置。
3. A plurality of outer surface side laser displacement gauges located axially outward of the tubular article for detecting displacement of the tubular article outer surface, and located opposite to the end surface of the tubular article, An inner surface side laser displacement meter capable of detecting displacement of the inner surface of the tubular product at the same position as one outer surface displacement detection position of the outer surface side laser displacement meter by an optical path changing mirror inserted into the tubular product, and each of these laser displacement meters. The measuring unit provided is movably mounted in the radial direction of the tubular product, and the support member is rotatable about a central axis of rotation parallel to the central axis of the tubular product, a drive motor for rotating the support member, and The displacement detection values from the laser displacement meter over the entire circumference of the inner surface and the entire circumference of the outer surface are taken in correspondence with the rotational position, and the data of the coordinate system with the turning center O ′ of the laser displacement meter as the origin from the displacement detection value and the rotational position. Then, the virtual center O of the tubular product is obtained from this data string by using the least squares estimation method of the circle, and the data is obtained by using the axis deviation value between the virtual center O and the turning center O ′ of the laser displacement meter. The row is corrected, and the nose bend of the tube end is obtained from the coordinates of the virtual centers O 1 , O 2 , ... at different positions from the tube end of the tubular product and the installation interval L of the outer surface side laser displacement meter, or the nose. An automatic measuring device for tubular articles, comprising an arithmetic processing device for correcting correction data having an origin at an imaginary center O using a bending angle θ '.
【請求項4】請求項(3)記載の自動測定装置におい
て、内面側レーザー変位計の光路変更ミラーを管状品内
へ確実に挿入できるように、障害物の有無を検出するレ
ーザー変位計からなる保護機構が管状品の端面に対向し
て配設されていることを特徴とする管状品の自動測定装
置。
4. The automatic measuring device according to claim 3, further comprising a laser displacement meter for detecting the presence or absence of an obstacle so that the optical path changing mirror of the inner surface side laser displacement meter can be surely inserted into the tubular article. An automatic measuring device for a tubular product, wherein a protection mechanism is provided so as to face an end surface of the tubular product.
JP1239021A 1989-06-22 1989-09-14 Method and apparatus for automatic measurement of tubular products Expired - Lifetime JPH073327B2 (en)

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