JPH0743119A - 管体の寸法測定装置 - Google Patents

管体の寸法測定装置

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JPH0743119A
JPH0743119A JP18495293A JP18495293A JPH0743119A JP H0743119 A JPH0743119 A JP H0743119A JP 18495293 A JP18495293 A JP 18495293A JP 18495293 A JP18495293 A JP 18495293A JP H0743119 A JPH0743119 A JP H0743119A
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JP
Japan
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reflector
displacement meter
pipe
laser beam
lift
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Application number
JP18495293A
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English (en)
Inventor
Kozo Maeda
孝三 前田
Mamoru Inaba
護 稲葉
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 管体の内径等の寸法を簡単な構成で精度良く
求める。 【構成】 管体1の半径以上の長いリフトオフを有する
レーザ変位計2を使用し、レーザ変位計より管軸方向に
発射したレーザビームBaを反射器3で半径方向に90
度反射させレーザビームBbとして管体内面に照射する
とともに、回転機構4により反射器をレーザ反射点Aを
中心に回転させることにより、レーザビームBbを管体
のほぼ中心で管周方向に回転し、反射器の一定回転角度
ごとに管周上の座標を求め、これらの座標から内径、周
長、真円度などの寸法を演算装置20で求める。また、
レーザ変位計と反射器との距離をリフトオフ調整機構6
で調節できるようにして管口径に対応させて所定のリフ
トオフの長さを保つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パイプなどの管体の内
径、周長、真円度等の寸法を非接触式で測定する寸法測
定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、鋼管などの管体の内径を非接触式
で測定する装置として、例えば特開平4−160303
号公報に開示されたものがあり、該測定装置は、管体の
軸心方向に挿入可能なアーム上にレーザ変位計を取り付
け、該レーザ変位計より管軸方向に発射されたレーザビ
ームをアーム先端に設けたプリズムなどにより半径方向
に90度屈折させて管体内面に照射するようになってい
る。内径の測定にあたっては、被測定面がレーザ変位計
の測定可能な範囲内に位置するようにアームを管体の半
径方向に移動させ、管体を回転させながらその内面の測
定点とレーザ変位計間の距離を測定し管体の内径を測定
する。この場合、レーザ変位計とプリズム間の距離は一
定不変とされており、被測定面をレーザ変位計の測定可
能範囲内に位置させるためアームを半径方向、例えば上
下方向にスライドさせるためのスライド機構を設けてい
る。また、大口径の管体の内径測定に対応させるため、
上記のようにレーザ変位計とプリズムを配置固定したア
ームを複数管軸と平行に設け、それぞれのアームにアー
ム間の間隔を調整するためのスライド機構を設けて、被
測定面をレーザ変位計の測定可能範囲内に収めるように
している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来装
置は管体を回転しながら測定をするものであるため、管
口径が大きくなると重力により常に同一の方向に断面形
状の変形が現れ、本来の管形状でなくなる。したがって
測定誤差が大きい。また、市販のレーザ変位計には精度
良く測定できる範囲が限られているという制限があるた
め、機構的にもそれぞれのアームにスライド機構を設け
なければならず、複雑で高価なものとなっている。
【0004】しかし最近では、例えば1500mmという
長いリフトオフ(被測定面から検出機までの距離の通
称。ここでは、被測定面におけるレーザビームの照射点
を中心として被測定面の距離変化を最も良い精度で測定
できる測定範囲を決めるときの光軸上の照射距離をい
う)を有するレーザ変位計が開発され各方面に利用され
つつある。
【0005】そこで本発明は、このような長リフトオフ
を有するレーザ変位計を使用して、簡単な機構で小径管
から大径管まで内径、周長、真円度等の寸法を精度良く
測定できる測定装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、管体の内部に挿入される支持アームと、
該支持アーム上に設置され、管軸方向にレーザビームを
発射するレーザ変位計と、さらにそのレーザビームを半
径方向に反射させ管体の内面に照射させるようにした反
射器とを備えた管体の寸法測定装置において、前記レー
ザ変位計は管体の半径以上の長いリフトオフを有し、さ
らに前記反射器をレーザビームの反射点を中心に回転さ
せる回転機構を備えたことを特徴とするものである。
【0007】また、前記リフトオフを管口径に応じて調
整できるようにするため、長リフトオフを有するレーザ
変位計と反射器との距離を測定対象の口径に応じて相対
的に変え、該リフトオフの長さを一定に保つリフトオフ
調整機構を具備する。
【0008】さらに、前記回転機構による前記反射器の
一定回転角度ごとに1回転分の管周上の座標を求めて管
体の内径等の寸法を演算する寸法演算装置を具備する。
【0009】
【作用】本発明による管体の寸法測定の原理を図1によ
り説明すると、図1(a)に示すようにリフトオフが管
体1の半径より大きいレーザ変位計2を管体1のほぼ中
心軸上に設置し、このレーザ変位計2から管軸方向にレ
ーザビームBaを発射し、さらに反射器3によってレー
ザビームBaを90度反射させレーザビームBbとして
管体1の内面に照射し、反射器3のレーザ反射点Aから
管体内面の測定点Pまでの距離を測定する。ここで、反
射器3を回転機構4によりレーザ反射点Aを中心に回転
させると、図1(b)に示すごとくレーザビームBbが
管体1のほぼ中心で反射器3のレーザ反射点Aを中心に
管周方向に回転するので、このレーザビームBbによっ
て管体内面を走査することができる。このときのレーザ
ビームBbの距離変化を反射器3の一定回転角度ごとに
測定点Pi の(ri ,θi )座標として収集し、これら
の1回転分のデータをもとに管体1の周長、内径、真円
度などの寸法を寸法演算装置で求める。
【0010】また、レーザ変位計2と反射器3と管体1
の内面との位置関係は、反射器3を回転させたときのレ
ーザビームBbの距離変化がレーザ変位計2の変位測定
範囲内にあるようにあらかじめ位置調整されている。す
なわち、測定対象の管口径に応じてレーザ変位計2と反
射器3との距離をリフトオフ調整機構により調節し、レ
ーザ変位計2から反射器3を経て管体1の内面に至る光
軸上の距離が所定のリフトオフの長さと一致するように
調整する。そのため測定精度を良好に保つことができ
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図により説明す
る。図2は本発明の実施例による管体の寸法測定装置の
概要を示す構成図である。図に示すように、基台10上
の支柱11に支持アーム12を昇降機構13により昇降
可能に設け、この支持アーム12上にレーザ変位計2,
反射器3及びこれらの付属機構を設置する。また、昇降
機構13は、支柱11上に設置した昇降モータ15によ
り回転するボールネジ16を支持アーム12の昇降台1
4に螺合した構成となっており、この昇降機構13によ
り昇降台14及び支持アーム12を上下方向に移動させ
ることができる。その昇降量はエンコーダ17により検
出される。
【0012】上記のレーザ変位計2は、管体1の半径以
上の長いリフトオフを有するもので、例えばリフトオフ
が1500mmで測定範囲がリフトオフの距離を中心に±
50mmのものを用いている。このレーザ変位計2は管軸
方向に摺動自在な移動台5上に取り付けられており、リ
フトオフ調整機構6によって管軸方向に移動するように
なっている。このリフトオフ調整機構6は昇降機構13
と同様の方式によるものであり、駆動モータ7により回
転するボールネジ8を移動台5に螺合させることによ
り、移動台5及びその上に取り付けられたレーザ変位計
2を管軸方向に移動させることができる。その移動量は
エンコーダ9により検出される。なお、移動台5のガイ
ド機構は図示していないが、公知の手段でできる。
【0013】レーザ変位計2に対向して設置された反射
器3はレーザ変位計2から発射された管軸方向のレーザ
ビームを半径方向に90度反射させる機能を有するもの
で、反射ミラー、プリズムなどからなる。そして、反射
器3は、回転機構4により反射点Aを中心に回転し、か
つ、パルス発信器18により反射器3の一定回転角度ご
とに及び1回転ごとにパルス信号を出すようになってい
る。すなわち、回転機構4のパルス発信器18は、反射
器3が0.1度回転するごとに1パルスを発生する信号
と、1回転ごとに1パルスを発生する合計2ビットの回
転角信号を出し、これらの信号は寸法演算装置20に送
られる。寸法演算装置20については後述する。
【0014】本測定装置は、管体1の内部に支持アーム
12を挿入し、レーザ変位計2が管体1のほぼ中心軸上
に位置するように昇降機構13により位置調整し、また
レーザビームBa,Bbの距離の和La+Lbがレーザ
変位計2のリフトオフの長さに一致するようにレーザ変
位計2をリフトオフ調整機構6により位置調整する。例
えば、測定対象が小径管の場合にはレーザ変位計2を図
2において右側へ移動させ、反射器3とレーザ変位計2
との距離Laを大きくすることにより所定のリフトオフ
の長さに調節する。大径管の場合には反対の左側へレー
ザ変位計2を移動させればよい。レーザ変位計2の位置
決めは寸法演算装置20に設けた制御部により、管体1
の呼び径に対応して自動的に設定される。しかるのち、
レーザ変位計2よりレーザビームを発射し、測定を開始
する。
【0015】レーザ変位計2より発射された管軸方向の
レーザビームBaは反射器3で半径方向に90度反射さ
れレーザビームBbとなって管体1の内面に照射され
る。レーザビームBbは管体1の内面で反射し、この反
射光は再び反射器3で反射され、レーザ変位計2で受光
され、レーザビームBaの距離LaとレーザビームBb
の距離Lbとの和すなわちレーザ変位計2から管体1の
内面までの光軸上の距離が計測される。そして、反射器
3を回転機構4によって管周方向に回転させると、レー
ザビームBbはレーザビームBaの反射器3での反射点
Aを中心に管体1の管周方向に回転する。回転機構4の
パルス発信器18からは回転角0.1度ごとに1パルス
を発生する信号と、1回転ごとに1パルスを発生する合
計2ビットの回転角信号が寸法演算装置20に送られ
る。寸法演算装置20では前述の0.1度ごとの回転確
信号が入力されるごとにレーザ変位計2の測定信号を取
り込み、反射器3が1回転するごとに管体1の寸法演算
を実施する。
【0016】ここで、寸法演算装置20の内部構成は図
3のようになっている。図3において、21は回転角割
り込み部、22はパルスカウンター、23は割り込み
部、24はA/D変換部、25は演算部、26は設定
部、27は制御部、28は出力部である。回転角割り込
み部21には回転機構4のパルス発信器18から反射器
3が0.1度回転するごとに1パルスの信号が入力さ
れ、このパルス信号によってパルスカウンター22のカ
ウント値とA/D変換部24のレーザ変位計2の測定値
を演算部25が読み込み、反射器3のレーザ反射点Aを
原点とする座標系上の座標データ(r,θ)として記憶
させる。これを割り込み部23にパルス発信器18から
割り込みパルス信号が入力され、反射器3が1回転して
次の割り込みパルス信号が入力されるまで繰り返し行
う。割り込み部23に割り込みパルス信号が入力される
と、演算部25はパルスカウンター22をイニシャライ
ズして反射器3の回転角0度から360度すなわち1回
転分の座標データの移動平均化処理を行い、そして管体
1の内周長演算、内径演算、真円度演算を行う。設定部
26には外部より寸法測定対象の管体1の呼び径が例え
ばキーボードで入力され、この値が演算部25と制御部
27に送られる。制御部27では管体1の呼び径情報か
らレーザ変位計2の位置決めのための駆動モータ7に駆
動指令を出力し、また管体1のほぼ中心に反射器3の反
射点Aがくるように昇降モータ15に高さ調整指令を出
力する。演算部25の寸法演算結果は出力部28に送ら
れ、記録計あるいはプリンターに出力される。
【0017】上記実施例においては、管体が回転しない
ものとして説明した。したがって、回転するレーザビー
ムBbが支持アーム12によって遮られ、管体内面の一
部に測定できないところが発生する。しかし、支持アー
ム12の構造設計でレーザビームBbの遮られる角度を
最小にすることにより、管体の内径が急に変動しないも
のについては問題とならない。また、管体を多少回転さ
せて測定不能領域をカバーすることもできる。また、本
発明は回転する管に対しても重力による断面変形があっ
ても適用できるものである。例えば溶接管はスパイラル
状に緩やかに回転しており、その管端部の内径などを本
測定装置で短時間に測定することができる。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明は、管体の半径以上
の長リフトオフを有するレーザ変位計を使用し、レーザ
変位計より管軸方向に発射したレーザビームを反射器で
半径方向に反射させ、さらにその反射器を回転機構でレ
ーザ反射点を中心に回転させるようにしたものであるか
ら、管体の中心付近で回転するレーザビームにより管体
内面を管周方向に走査することができ、簡単な構成で精
度の良い連続的な測定データが得られる。
【0019】リフトオフ調整機構によりレーザ変位計と
反射器との距離を調節できるようにしたので、小径管か
ら大径管まで簡単に対応させることができる。また、こ
のリフトオフ調整機構によりレーザビームの光軸上の距
離を所定のリフトオフの長さに調節できるため、管口径
の如何にかかわらず高い測定精度が得られる。
【0020】反射器の一定回転角度ごとに管周上の座標
を求めるようにしたので、実際の管体内面の形状に対応
した測定値分布となり、その測定値分布から内径、周
長、真円度などの寸法を正確に演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による寸法測定の原理を説明する図であ
る。
【図2】本発明の一実施例を示す概要図である。
【図3】図2の寸法演算装置の機能ブロック図である。
【符号の説明】
1 管体 2 レーザ変位計 3 反射器 4 回転機構 6 リフトオフ調整機構 12 支持アーム 13 昇降機構 20 寸法演算装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管体の内部に挿入される支持アームと、
    該支持アーム上に設置され、管軸方向にレーザビームを
    発射するレーザ変位計と、さらにそのレーザビームを半
    径方向に反射させ管体の内面に照射させるようにした反
    射器とを備えた管体の寸法測定装置において、 前記レーザ変位計は管体の半径以上の長いリフトオフを
    有し、 さらに前記反射器をレーザビームの反射点を中心に回転
    させる回転機構を備えたことを特徴とする管体の寸法測
    定装置。
  2. 【請求項2】 前記長いリフトオフを有するレーザ変位
    計と前記反射器との距離を測定対象の口径に応じて相対
    的に変え、該リフトオフの長さを一定に保つリフトオフ
    調整機構を備えたことを特徴とする請求項1記載の管体
    の寸法測定装置。
  3. 【請求項3】 前記回転機構による前記反射器の一定回
    転角度ごとに1回転分の管周上の座標を求めて管体の内
    径等の寸法を演算する寸法演算装置を備えたことを特徴
    とする請求項1記載の管体の寸法測定装置。
JP18495293A 1993-07-27 1993-07-27 管体の寸法測定装置 Pending JPH0743119A (ja)

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