大径管の外径測定装置
【課題】種々の外径仕様を有する大径管が混在する場合であっても、検査能率を損なうことなく、大径管の外径を自動的に精度良く測定可能な装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る外径測定装置１００は、大径管Ｐが挿通される基材１ａ，１ｂと、基材を回転させる回転駆動機構２と、大径管の左右方向についての外径を算出する第１の外径測定器３と、大径管の上下方向についての外径を算出する第２の外径測定器４と、第１及び第２の外径測定器を基材に対して移動させる移動機構５，６と、基材を上下方向に昇降させる昇降装置７と、制御装置８とを備える。制御装置は、大径管の外径仕様に応じて、基材の回転中心が大径管の中心と略一致するように、昇降装置を制御し、第１及び第２の外径測定器が大径管の両端位置を検出可能となるように、移動機構を制御した後、回転駆動機構を制御して基材を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させる。
【解決手段】本発明に係る外径測定装置１００は、大径管Ｐが挿通される基材１ａ，１ｂと、基材を回転させる回転駆動機構２と、大径管の左右方向についての外径を算出する第１の外径測定器３と、大径管の上下方向についての外径を算出する第２の外径測定器４と、第１及び第２の外径測定器を基材に対して移動させる移動機構５，６と、基材を上下方向に昇降させる昇降装置７と、制御装置８とを備える。制御装置は、大径管の外径仕様に応じて、基材の回転中心が大径管の中心と略一致するように、昇降装置を制御し、第１及び第２の外径測定器が大径管の両端位置を検出可能となるように、移動機構を制御した後、回転駆動機構を制御して基材を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大径管の外径測定装置に関する。特に、本発明は、種々の外径仕様を有する大径管が混在する場合であっても、検査能率を損なうことなく、大径管の外径（最大外径、最小外径）を自動的に精度良く測定可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、大径管（外径５００ｍｍ〜１５５０ｍｍ程度）の真円度（例えば、大径管の一縦断面における最大外径と最小外径との差で定義される）を評価するため、外径（最大外径、最小外径）を自動的に測定する技術が種々提案されているが、従来提案されているものは、主として管端部の外径測定技術である。大径管の中央部（管端から管軸方向に１００ｍｍ以上内側）に関しては、一般的に、検査員の手動測定によって外径を測定している。
【０００３】
上記の検査員の手動測定には、一般的に、大型のノギスが用いられている。しかしながら、ノギスのジョーの撓みにより、０．５ｍｍ程度の測定誤差が生じる。また、ノギスの使用回数が増えるに従い、摺動部の摩耗が進み、ジョーのガタツキによって最大で１．５ｍｍ程度の誤差が生じる。このため、絶えず新しいノギスを用意する必要がある。
【０００４】
測定精度を高める上では、大型のマイクロメータを用いることも考えられる。しかしながら、最大で１５５０ｍｍの外径を測定できるようなマイクロメータは、重量が嵩むため、検査員の手動測定に用いるには操作性に難がある。また、マイクロメータを用いた測定は、点接触による測定である。このため、大径管の外径の最大値及び最小値を測定するために、大径管の全周に亘って外径を測定するには、多大な時間を要する。さらに、マイクロメータの測定ストロークは、一般的に５０ｍｍ程度であるため、大径管の外径仕様に応じて、複数種のマイクロメータを用意する必要が生じる。従って、マイクロメータに比べて測定精度は劣るものの、上記大型のノギスを用いた手動測定を行っているのが実情である。
【０００５】
上記のように、大型のノギスを用いる場合であっても、検査員の手動測定には時間を要し、大径管全数の測定が困難であるため、抜き取り測定で対応せざるを得なかった。
【０００６】
しかしながら、近年は、大径管の敷設場所の関係で、全数測定で且つ管軸方向の複数箇所での測定が要求されている。この要求に応えるべく、検査員の手動により、大径管の全数について、管軸方向の複数箇所で外径を測定すると、測定時間の増加による検査能率の低下や、検査員の増員によるコスト増加が問題になる。また、同じく、大径管の敷設場所の関係で、大径管の管端部のみならず、中央部についても、真円度に対する要求仕様が厳格になってきているため、中央部についても精度良く外径（最大外径、最小外径）を測定することが要求されている。
【０００７】
一方、上述した大型のノギスやマイクロメータを用いた測定方法以外で管の外径を測定する技術としては、例えば、特許文献１〜４に記載の技術を挙げることができる。
【０００８】
特許文献１には、管に密着させる寸法測定端子の移動量をダイヤルゲージで読み取ることにより管の外径を測定する外径寸法測定装置が提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載の装置は、前述したノギスやマイクロメータと同様に、検査員の手動測定に用いられるものであるため、外径（最大外径、最小外径）の測定に時間を要すると共に、十分な測定精度が得られないという問題がある。
【０００９】
特許文献２には、管が挿通可能な四角枠状の計測架台と、この計測架台の表裏面のうちの一方の面に取付けられ、管の上端・下端の位置をそれぞれ非接触で検出する縦径用の位置検出センサーと、計測架台の他方の面に取付けられ、管の左端・右端の位置をそれぞれ非接触で検出する横径用の位置検出センサーと、管の長さ方向の移動量を検出する移動量検出センサーと、管の端部を検出する端部検出センサーと、前記各センサーの検出信号を用いて、管の基準外径に対する管の縦径および横径の偏差を算出し、管の長さ方向の真円度分布を求める演算処理手段を備えていることを特徴とする管の真円度測定装置が提案されている。
しかしながら、特許文献２に記載の装置は、あくまでも一定方向の管の外径、すなわち、管の縦径（上下方向の外径）及び横径（左右方向の外径）を測定するものである。縦径及び横径のうちの何れか一方が最大外径で、他方が最小外径であるとは限らないため、特許文献２に記載の装置では、真に必要な真円度を算出することができない。
また、大径管の製品検査時には、種々の外径仕様を有する大径管が混在するケースが多いが、特許文献２には、このようなケースに対して自動的に対応可能な構成について、何ら開示されていない。特許文献２に記載の装置を用いる場合には、検査員が装置の近くに待機し、大径管の外径仕様が変更になったときに、位置検出センサーの計測架台への取り付け位置を手動で変更する手間が生じる。
【００１０】
特許文献３には、管の搬送ラインを上下に挟んで互いに平行に設けられた一対の支持体と、該支持体の向かい合う面の左右一方に設けられたレーザ投光器と、左右他方に設けられた一次元ラインセンサと、該支持体を支持し且つ管の軸芯を中心として搬送ラインと直交する面内で回転駆動する面盤などを備え、前記面盤を管の軸芯を中心として１８０°回転させることにより管の外径を測定する装置が提案されている。
しかしながら、特許文献３に記載の装置は、外径仕様が同一の管についての外径を測定することを想定しており、種々の外径仕様を有する管が混在するケースに対して対応可能な構成については、何ら開示されていない。
また、特許文献３に記載の装置は、面盤を（ひいてはレーザ投光器及び一次元ラインセンサを）１８０°回転させることによって初めて、管の全周に亘る外径を測定可能であるため、測定に時間を要する。管軸方向の複数箇所で外径を測定する場合には、尚更時間を要する。
【００１１】
特許文献４には、平坦なレール上で円筒状ワークを転動させるとともに、このワークを横切るようにワーク軸心に対し所定角度傾斜した方向からスリット光を照射する投光部と、この投光部からのスリット光を受光する受光部とを、前記ワークをはさんで対向配置し、転動中のワークの上部エッジ部の変位を光学的に測定するようにしたことを特徴とする円筒状ワークの真円度測定装置が提案されている。
しかしながら、特許文献３に記載の装置は、外径仕様が同一のワークについての外径を測定することを想定しており、種々の外径仕様を有するワークが混在するケースに対して対応可能な構成については、何ら開示されていない。
【特許文献１】特開平７−３５５３６号公報
【特許文献２】特許第３０２８０５８号公報
【特許文献３】特開平８−１１４４２２号公報
【特許文献４】特開平１１−３０４４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、斯かる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、種々の外径仕様を有する大径管が混在する場合であっても、検査能率を損なうことなく、大径管の外径（最大外径、最小外径）を自動的に精度良く測定可能な装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明は、軸方向が略水平となるように配置された大径管が挿通される基材と、前記基材を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させる回転駆動機構と、前記基材に取り付けられた、大径管の第１の径方向についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備し、該一対のレーザ式外径計で検出した両端位置に基づいて、前記第１の径方向についての大径管の外径を算出する第１の外径測定器と、前記基材に取り付けられた、大径管の前記第１の径方向と直交する第２の径方向についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備し、該一対のレーザ式外径計で検出した両端位置に基づいて、前記第２の径方向についての大径管の外径を算出する第２の外径測定器と、前記第１の外径測定器及び前記第２の外径測定器がそれぞれ具備するレーザ式外径計を前記基材に対して移動させる移動機構と、前記基材を上下方向に昇降させる昇降装置と、前記回転駆動機構、前記移動機構及び前記昇降装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、大径管の外径仕様に応じて、前記基材の回転中心が大径管の中心と略一致するように、前記昇降装置を制御して前記基材を上下方向に昇降させると共に、前記レーザ式外径計が大径管の両端位置を検出可能な位置となるように、前記移動機構を制御した後、前記回転駆動機構を制御して、前記基材を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させることを特徴とする大径管の外径測定装置を提供する。
【００１４】
本発明に係る大径管の外径測定装置が備える制御装置は、大径管の外径仕様に応じて、基材の回転中心が大径管の中心と略一致するように、昇降装置を制御して基材を上下方向に昇降させる。また、制御装置は、大径管の外径仕様に応じて、第１及び第２の外径測定器が具備するレーザ式外径計が大径管の両端位置を検出可能な位置となるように、移動機構を制御する。これにより、制御装置が回転駆動機構を制御して、基材（ひいては、基材に取り付けられた第１及び第２の外径測定器）を大径管の周方向に回転させる際に、大径管の外径仕様に関わらず、どの回転位置についても精度良く外径を測定することが可能である。
また、本発明に係る大径管の外径測定装置は、第１の径方向についての大径管の外径を算出する第１の外径測定器と、第１の径方向と直交する第２の径方向についての大径管の外径を算出する第２の外径測定器とを備えるため、回転駆動機構によって、基材（ひいては、基材に取り付けられた第１及び第２の外径測定器）を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させるだけで（換言すれば、短時間で）、大径管の全周に亘る外径を測定可能である。従って、検査能率を損なうことなく、大径管の外径（最大外径、最小外径）を測定可能である。
さらに、本発明に係る大径管の外径測定装置においては、制御装置が回転駆動機構、移動機構及び昇降装置を制御するため、大径管の外径を自動的に測定可能である。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、種々の外径仕様を有する大径管が混在する場合であっても、検査能率を損なうことなく、大径管の外径（最大外径、最小外径）を自動的に精度良く測定可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る大径管の外径測定装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。図２は、図１に示す外径測定装置の要部を模式的に示す分解斜視図である。
図１又は図２に示すように、本実施形態に係る外径測定装置１００は、基材１ａ，１ｂと、回転駆動機構２と、第１の外径測定器３と、第２の外径測定器４と、移動機構５，６と、昇降装置７と、回転駆動機構２、移動機構５及び昇降装置７を制御する制御装置８とを備えている。また、本実施形態に係る外径測定装置１００は、基材１ａ，１ｂ、回転駆動機構２（モータ２３は除く）、第１の外径測定器３、第２の外径測定器４及び移動機構５，６を収納する架台９を備えている。
【００１８】
基材１ａ、１ｂは、円盤状の部材とされている。基材１ａ，１ｂには、軸方向が略水平となるように配置された大径管Ｐが挿通される。具体的には、基材１ａ，１ｂには、最も外径仕様の大きな大径管Ｐが挿通し得るような内径を有する挿通孔１１ａ，１１ｂがそれぞれ設けられており、この挿通孔１１ａ，１１ｂに大径管Ｐが挿通される。基材１ａ，１ｂは、両者の間に介装されたシャフト１２によって連結されている。なお、基材１ａと基材１ｂの離間距離（シャフト１２の長さ）は、基材１ａに取り付けられた第１の外径測定器３が具備するレーザ式外径計から投光されるレーザ走査光と、基材１ｂに取り付けられた第２の外径測定器４が具備するレーザ式外径計から投光されるレーザ走査光とが、互いに干渉しないように設定されている。
【００１９】
回転駆動機構２は、基材１ａ，１ｂを大径管Ｐの周方向に少なくとも９０°回転させるように構成されている。具体的には、回転駆動機構２は、基材１ｂに取り付けられ、基材１ａ，１ｂの中心軸ＣＬ上の点Ｃを中心とする円弧状のギア２１と、ギア２１に螺合するギア２２と、ギア２２を回転させるモータ２３とを具備する。モータ２３を駆動することによってギア２２を回転させると、ギア２２に螺合するギア２１が中心軸ＣＬ周りに回動することになる。これにより、ギア２１が取り付けられた基材１ｂ及び基材１ｂに連結された基材１ａも、中心軸ＣＬ周りに回動する。中心角が９０°以上の円弧状のギア２１を用いることにより、基材１ａ，１ｂは、大径管Ｐの周方向に少なくとも９０°回転することになる。なお、回転駆動機構２のモータ２３の駆動は、制御装置８からの制御信号によって制御される。
【００２０】
なお、回転駆動機構２は、基材１ａ，１ｂと架台９との間に介装された、支持ローラ２４及びガイドローラ（本実施形態では、フリーベアリング）２５を具備する。これら支持ローラ２４及びガイドローラ２５が、基材１ａ，１ｂの回転を案内することにより、基材１ａ，１ｂは、円滑に回転することが可能である。
【００２１】
第１の外径測定器３は、基材１ａに取り付けられた（後述するように、移動機構５を介して基材１ａに取り付けられた）、大径管Ｐの第１の径方向（図１、図２に示す状態では、矢符Ｘで示す左右方向）についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備する。具体的には、第１の外径測定器３は、投光器３ａ及び該投光器３ａに対向配置された受光器３ｂから構成されるレーザ式外径計（以下、適宜「左側レーザ式外径計３Ｌ」という）と、投光器３ｃ及び該投光器３ｃに対向配置された受光器３ｄから構成されるレーザ式外径計（以下、適宜「右側レーザ式外径計３Ｒ」という）とを具備する。
【００２２】
左側レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａは、レーザ光源や走査光学系から構成され、レーザ走査光を受光器３ｂに向けて投光する。左側レーザ式外径計３Ｌの受光器３ｂは、集光光学系や光電センサから構成され、投光器３ａから投光されたレーザ走査光のうち、大径管Ｐで遮蔽されずに到達したレーザ走査光を受光して電気信号に変換する。右側レーザ式外径計３Ｒの投光器３ｃ及び受光器３ｄも、上述した左側レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａ及び受光器３ｂと同様の構成を有する。
【００２３】
図３（ａ）は、第１の外径測定器３による大径管Ｐの外径算出方法を説明する説明図である。第１の外径測定器３は、左側レーザ式外径計３Ｌ及び右側レーザ式外径計３Ｒでそれぞれ検出した、大径管Ｐの左右方向の両端位置に基づいて、左右方向についての大径管Ｐの外径ｄＸを算出する。具体的には、図３（ａ）に示すように、左側レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａから投光されたレーザ走査光のうち、受光器３ｂで受光されなかった（大径管Ｐで遮蔽された）レーザ走査光の走査時間を長さＸ１に換算する（長さＸ１が大径管Ｐの左端位置に対応する）と共に、右側レーザ式外径計３Ｒの投光器３ｃから投光されたレーザ走査光のうち、受光器３ｄで受光されなかった（大径管Ｐで遮蔽された）レーザ走査光の走査時間を長さＸ２に換算する（長さＸ２が大径管Ｐの右端位置に対応する）。そして、左側レーザ式外径計３Ｌと右側レーザ式外径計３Ｒとの離間距離（大径管Ｐが存在しない場合における、各レーザ式外径計３Ｌ，３Ｒのレーザ走査光の離間距離）ＬＸと、上記の長さＸ１，Ｘ２とを加算することにより、左右方向についての大径管Ｐの外径ｄＸを算出する。なお、左側レーザ式外径計３Ｌと右側レーザ式外径計３Ｒとの離間距離ＬＸは、後述するように、移動機構５が具備する変位計（マグネスケール等）からの出力値に基づいて算出される。
【００２４】
第２の外径測定器４は、基材１ｂに取り付けられた（後述するように、移動機構６を介して基材１ｂに取り付けられた）、大径管Ｐの第１の径方向と直交する第２の径方向（図１、図２に示す状態では、矢符Ｙで示す上下方向）についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備する。具体的には、第２の外径測定器４は、投光器４ａ及び該投光器４ａに対向配置された受光器４ｂから構成されるレーザ式外径計（以下、適宜「上側レーザ式外径計４Ｕ」という）と、投光器４ｃ及び該投光器４ｃに対向配置された受光器４ｄから構成されるレーザ式外径計（以下、適宜「下側レーザ式外径計４Ｌ」という）とを具備する。
【００２５】
上側レーザ式外径計４Ｕの投光器４ａ及び受光器４ｂ、下側レーザ式外径計４Ｌの投光器４ｃ及び受光器４ｄは、前述した左側レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａ及び受光器３ｂや、右側レーザ式外径計３Ｒの投光器３ｃ及び受光器３ｄと同様の構成を有する。
【００２６】
図３（ｂ）は、第２の外径測定器４による大径管Ｐの外径算出方法を説明する説明図である。第２の外径測定器４は、上側レーザ式外径計４Ｕ及び下側レーザ式外径計４Ｌでそれぞれ検出した、大径管Ｐの上下方向の両端位置に基づいて、上下方向についての大径管Ｐの外径ｄＹを算出する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、上側レーザ式外径計４Ｕの投光器４ａから投光されたレーザ走査光のうち、受光器４ｂで受光されなかった（大径管Ｐで遮蔽された）レーザ走査光の走査時間を長さＹ１に換算する（長さＹ１が大径管Ｐの上端位置に対応する）と共に、下側レーザ式外径計４Ｌの投光器４ｃから投光されたレーザ走査光のうち、受光器４ｄで受光されなかった（大径管Ｐで遮蔽された）レーザ走査光の走査時間を長さＹ２に換算する（長さＹ２が大径管Ｐの下端位置に対応する）。そして、上側レーザ式外径計４Ｕと下側レーザ式外径計４Ｌとの離間距離（大径管Ｐが存在しない場合における、各レーザ式外径計４Ｕ，４Ｌのレーザ走査光の離間距離）ＬＹと、上記の長さＹ１，Ｙ２とを加算することにより、上下方向についての大径管Ｐの外径ｄＹを算出する。なお、上側レーザ式外径計４Ｕと下側レーザ式外径計４Ｌとの離間距離ＬＹは、後述するように、移動機構６が具備する変位計（マグネスケール等）からの出力値に基づいて算出される。
【００２７】
なお、本実施形態のレーザ式外径計３Ｌ，３Ｒ，４Ｕ，４Ｌは、投光器と受光器との離間距離が最大で１２００ｍｍ程度となるように配置されている。また、本実施形態のレーザ式外径計３Ｌ，３Ｒ，４Ｕ，４Ｌのレーザ走査光の走査幅は、約１２０ｍｍである。
【００２８】
移動機構５は、第１の外径測定器３が具備するレーザ式外径計３Ｌ，３Ｒを基材１ａに対して移動させる。具体的には、移動機構５は、アーム５１ａ，５１ｂと、サーボモータ５２ａ，５２ｂと、リニアガイド５３ａ，５３ｂとを具備する。
【００２９】
アーム５１ａの基材１ａに対向する側と反対側の面には、レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａ及び受光器３ｂが取り付けられている。アーム５１ｂの基材１ａに対向する側と反対側の面には、レーザ式外径計３Ｒの投光器３ｃ及び受光器３ｄが取り付けられている。アーム５１ａ，５１ｂは、レーザ式外径計３Ｌ，３Ｒの測定精度に支障を来さないように、撓みや捻れが生じ難い剛性を有する形状に設計されている。サーボモータ５２ａは、アーム５１ａを左右方向（矢符Ｘで示す方向）に進退動させる機能を有する。サーボモータ５２ｂは、アーム５１ｂを左右方向（矢符Ｘで示す方向）に進退動させる機能を有する。リニアガイド５３ａ，５３ｂは、アーム５１ａ，５１ｂと基材１ａとの間に介装されている。すなわち、リニアガイド５３ａ，５３ｂは、一方の面がアーム５１ａ，５１ｂの基材１ａに対向する側の面に取り付けられると共に、他方の面が基材１ａに取り付けられている。
【００３０】
上記の構成において、サーボモータ５２ａを駆動することにより、アーム５１ａ（ひいては、レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａ及び受光器３ｂ）は、リニアガイド５３ａ，５３ｂに案内されながら、基材１ａに対して左右方向に進退動することになる。また、サーボモータ５２ｂを駆動することにより、アーム５１ｂ（ひいては、レーザ式外径計３Ｒの投光器３ｃ及び受光器３ｄ）は、リニアガイド５３ａ，５３ｂに案内されながら、基材１ａに対して左右方向に進退動することになる。アーム５１ａ，５１ｂの所定の基準位置からの変位は、マグネスケール等の変位計（図示せず）によって測定され、第１の外径測定器３に出力される。なお、サーボモータ５２ａ，５２ｂの駆動は、制御装置８からの制御信号によって制御される。
【００３１】
移動機構６は、第２の外径測定器４が具備するレーザ式外径計４Ｕ，４Ｌを基材１ｂに対して移動させる。具体的には、移動機構６は、アーム６１ａ，６１ｂと、サーボモータ６２ａ，６２ｂと、リニアガイド６３ａ，６３ｂとを具備する。
【００３２】
アーム６１ａの基材１ｂに対向する側と反対側の面には、レーザ式外径計４Ｕの投光器４ａ及び受光器４ｂが取り付けられている。アーム６１ｂの基材１ｂに対向する側と反対側の面には、レーザ式外径計４Ｌの投光器４ｃ及び受光器４ｄが取り付けられている。アーム６１ａ，６１ｂは、レーザ式外径計４Ｕ，４Ｌの測定精度に支障を来さないように、撓みや捻れが生じ難い剛性を有する形状に設計されている。サーボモータ６２ａは、アーム６１ａを上下方向（矢符Ｙで示す方向）に進退動させる機能を有する。サーボモータ６２ｂは、アーム６１ｂを上下方向（矢符Ｙで示す方向）に進退動させる機能を有する。リニアガイド６３ａ，６３ｂは、アーム６１ａ，６１ｂと基材１ｂとの間に介装されている。すなわち、リニアガイド６３ａ，６３ｂは、一方の面がアーム６１ａ，６１ｂの基材１ｂに対向する側の面に取り付けられると共に、他方の面が基材１ｂに取り付けられている。
【００３３】
上記の構成において、サーボモータ６２ａを駆動することにより、アーム６１ａ（ひいては、レーザ式外径計４Ｕの投光器４ａ及び受光器４ｂ）は、リニアガイド６３ａ，６３ｂに案内されながら、基材１ｂに対して上下方向に進退動することになる。また、サーボモータ６２ｂを駆動することにより、アーム６１ｂ（ひいては、レーザ式外径計４Ｌの投光器４ｃ及び受光器４ｄ）は、リニアガイド６３ａ，６３ｂに案内されながら、基材１ｂに対して上下方向に進退動することになる。アーム６１ａ，６１ｂの所定の基準位置からの変位は、マグネスケール等の変位計（図示せず）によって測定され、第２の外径測定器４に出力される。なお、サーボモータ６２ａ，６２ｂの駆動は、制御装置８からの制御信号によって制御される。
【００３４】
昇降装置７は、サーボモータ等を具備し、基材１ａ，１ｂを上下方向に昇降させる機能を有する。具体的には、昇降装置７は、架台９の下方に取り付けられ、直接的には架台９を昇降させる。これにより、架台９に取り付けられた基材１ａ，１ｂ（ひいては、基材１ａ，１ｂに取り付けられた回転駆動機構２、第１の外径測定器３、第２の外径測定器４及び移動機構５）が上下方向に昇降することになる。なお、昇降装置７の駆動は、制御装置８からの制御信号によって制御される。
【００３５】
以上の構成を有する外径測定装置１００において、制御装置８には、まず最初に、上位の制御装置（例えば、プロセスコンピュータ）から、測定対象である大径管Ｐの外径仕様が入力される。制御装置８は、入力された大径管Ｐの外径仕様に応じて、基材１ａ，１ｂの回転中心（中心軸ＣＬ）が大径管Ｐの中心（中心軸）と略一致するように、昇降装置７を制御して基材１ａ，１ｂを上下方向に昇降させる。
【００３６】
図４は、大径管Ｐの外径に応じた大径管Ｐの中心位置の変動例を説明する説明図である。大径管Ｐが傾斜角１５°の搬送ロールＲによって、外径測定装置１００の設置位置まで搬送されるとすれば、外径（仕様値）５０８ｍｍの大径管Ｐ１の中心位置（搬送ロールＲの回転軸を基準とした高さ）は、幾何学的に約２６５ｍｍとなる。また、外径（仕様値）１５２４ｍｍの大径管Ｐ２の中心位置（搬送ロールＲの回転軸を基準とした高さ）は、幾何学的に約７９０ｍｍとなる。このように、制御装置８は、入力された大径管Ｐの外径仕様に応じて大径管Ｐの中心位置を算出し、基材１ａ，１ｂの回転中心が前記算出した大径管Ｐの中心位置と略一致するように、昇降装置７を駆動制御する。
【００３７】
次に、大径管Ｐを外径測定装置１００の設置位置まで搬送しながら、或いは、搬送した後に、制御装置８は、入力された大径管Ｐの外径仕様に応じて、第１の外径測定器３が具備するレーザ式外径計３Ｌ，３Ｒが大径管Ｐの左右方向両端位置を検出可能な位置となるように、移動機構５のサーボモータ５２ａ，５２ｂを駆動制御する。同様に、制御装置８は、入力された大径管Ｐの外径仕様に応じて、第２の外径測定器４が具備するレーザ式外径計４Ｕ，４Ｌが大径管Ｐの上下方向両端位置を検出可能な位置となるように、移動機構６のサーボモータ６２ａ，６２ｂを駆動制御する。
【００３８】
最後に、制御装置８は、回転駆動機構２を制御して、基材１ａ，１ｂを大径管Ｐの周方向に少なくとも９０°回転させる。これにより、基材１ａ，１ｂに取り付けられた第１及び第２の外径測定器３，４も大径管Ｐの周方向に少なくとも９０°回転するため、大径管Ｐの全周に亘る外径を測定可能である。従って、大径管Ｐの最大外径、最小外径を測定でき、真に必要な真円度を算出することも可能である。
【００３９】
以上に説明した外径測定装置１００において、レーザ式外径計３Ｌ，３Ｒ，４Ｕ，４Ｌの投光器と受光器との離間距離を１２００ｍｍ（最大値）としたとき、外径測定値のバラツキは、５０〜１００μｍ程度であった。近年の大径管Ｐの真円度に対して要求される計測精度は１００μｍであるため、上記の測定値バラツキであれば、十分な測定精度で大径管Ｐの外径を測定できているといえる。
また、大径管Ｐについて許容される真円度（最大外径−最小外径）は、外径仕様の１％であるため、最大で約１５．５ｍｍである。前述のように、本実施形態のレーザ式外径計３Ｌ，３Ｒ，４Ｕ，４Ｌのレーザ走査光の走査幅は、約１２０ｍｍであるため、大径管Ｐの外径仕様に応じて、大径管Ｐの上下方向及び左右方向の両端位置が、レーザ走査光の走査幅の中心と合致するように、移動機構５，６を制御すれば、上記の真円度を十分測定できるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る大径管の外径測定装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示す外径測定装置の要部を模式的に示す分解斜視図である。
【図３】図３は、図１及び図２に示す第１及び第２の外径測定器による大径管の外径算出方法を説明する説明図である。
【図４】図４は、大径管の外径に応じた大径管の中心位置の変動例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ，１ｂ・・・基材
２・・・回転駆動機構
３・・・第１の外径測定器
４・・・第２の外径測定器
５，６・・・移動機構
７・・・昇降装置
８・・・制御装置８
９・・・架台
１００・・・外径測定装置
Ｐ・・・大径管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大径管の外径測定装置に関する。特に、本発明は、種々の外径仕様を有する大径管が混在する場合であっても、検査能率を損なうことなく、大径管の外径（最大外径、最小外径）を自動的に精度良く測定可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、大径管（外径５００ｍｍ〜１５５０ｍｍ程度）の真円度（例えば、大径管の一縦断面における最大外径と最小外径との差で定義される）を評価するため、外径（最大外径、最小外径）を自動的に測定する技術が種々提案されているが、従来提案されているものは、主として管端部の外径測定技術である。大径管の中央部（管端から管軸方向に１００ｍｍ以上内側）に関しては、一般的に、検査員の手動測定によって外径を測定している。
【０００３】
上記の検査員の手動測定には、一般的に、大型のノギスが用いられている。しかしながら、ノギスのジョーの撓みにより、０．５ｍｍ程度の測定誤差が生じる。また、ノギスの使用回数が増えるに従い、摺動部の摩耗が進み、ジョーのガタツキによって最大で１．５ｍｍ程度の誤差が生じる。このため、絶えず新しいノギスを用意する必要がある。
【０００４】
測定精度を高める上では、大型のマイクロメータを用いることも考えられる。しかしながら、最大で１５５０ｍｍの外径を測定できるようなマイクロメータは、重量が嵩むため、検査員の手動測定に用いるには操作性に難がある。また、マイクロメータを用いた測定は、点接触による測定である。このため、大径管の外径の最大値及び最小値を測定するために、大径管の全周に亘って外径を測定するには、多大な時間を要する。さらに、マイクロメータの測定ストロークは、一般的に５０ｍｍ程度であるため、大径管の外径仕様に応じて、複数種のマイクロメータを用意する必要が生じる。従って、マイクロメータに比べて測定精度は劣るものの、上記大型のノギスを用いた手動測定を行っているのが実情である。
【０００５】
上記のように、大型のノギスを用いる場合であっても、検査員の手動測定には時間を要し、大径管全数の測定が困難であるため、抜き取り測定で対応せざるを得なかった。
【０００６】
しかしながら、近年は、大径管の敷設場所の関係で、全数測定で且つ管軸方向の複数箇所での測定が要求されている。この要求に応えるべく、検査員の手動により、大径管の全数について、管軸方向の複数箇所で外径を測定すると、測定時間の増加による検査能率の低下や、検査員の増員によるコスト増加が問題になる。また、同じく、大径管の敷設場所の関係で、大径管の管端部のみならず、中央部についても、真円度に対する要求仕様が厳格になってきているため、中央部についても精度良く外径（最大外径、最小外径）を測定することが要求されている。
【０００７】
一方、上述した大型のノギスやマイクロメータを用いた測定方法以外で管の外径を測定する技術としては、例えば、特許文献１〜４に記載の技術を挙げることができる。
【０００８】
特許文献１には、管に密着させる寸法測定端子の移動量をダイヤルゲージで読み取ることにより管の外径を測定する外径寸法測定装置が提案されている。
しかしながら、特許文献１に記載の装置は、前述したノギスやマイクロメータと同様に、検査員の手動測定に用いられるものであるため、外径（最大外径、最小外径）の測定に時間を要すると共に、十分な測定精度が得られないという問題がある。
【０００９】
特許文献２には、管が挿通可能な四角枠状の計測架台と、この計測架台の表裏面のうちの一方の面に取付けられ、管の上端・下端の位置をそれぞれ非接触で検出する縦径用の位置検出センサーと、計測架台の他方の面に取付けられ、管の左端・右端の位置をそれぞれ非接触で検出する横径用の位置検出センサーと、管の長さ方向の移動量を検出する移動量検出センサーと、管の端部を検出する端部検出センサーと、前記各センサーの検出信号を用いて、管の基準外径に対する管の縦径および横径の偏差を算出し、管の長さ方向の真円度分布を求める演算処理手段を備えていることを特徴とする管の真円度測定装置が提案されている。
しかしながら、特許文献２に記載の装置は、あくまでも一定方向の管の外径、すなわち、管の縦径（上下方向の外径）及び横径（左右方向の外径）を測定するものである。縦径及び横径のうちの何れか一方が最大外径で、他方が最小外径であるとは限らないため、特許文献２に記載の装置では、真に必要な真円度を算出することができない。
また、大径管の製品検査時には、種々の外径仕様を有する大径管が混在するケースが多いが、特許文献２には、このようなケースに対して自動的に対応可能な構成について、何ら開示されていない。特許文献２に記載の装置を用いる場合には、検査員が装置の近くに待機し、大径管の外径仕様が変更になったときに、位置検出センサーの計測架台への取り付け位置を手動で変更する手間が生じる。
【００１０】
特許文献３には、管の搬送ラインを上下に挟んで互いに平行に設けられた一対の支持体と、該支持体の向かい合う面の左右一方に設けられたレーザ投光器と、左右他方に設けられた一次元ラインセンサと、該支持体を支持し且つ管の軸芯を中心として搬送ラインと直交する面内で回転駆動する面盤などを備え、前記面盤を管の軸芯を中心として１８０°回転させることにより管の外径を測定する装置が提案されている。
しかしながら、特許文献３に記載の装置は、外径仕様が同一の管についての外径を測定することを想定しており、種々の外径仕様を有する管が混在するケースに対して対応可能な構成については、何ら開示されていない。
また、特許文献３に記載の装置は、面盤を（ひいてはレーザ投光器及び一次元ラインセンサを）１８０°回転させることによって初めて、管の全周に亘る外径を測定可能であるため、測定に時間を要する。管軸方向の複数箇所で外径を測定する場合には、尚更時間を要する。
【００１１】
特許文献４には、平坦なレール上で円筒状ワークを転動させるとともに、このワークを横切るようにワーク軸心に対し所定角度傾斜した方向からスリット光を照射する投光部と、この投光部からのスリット光を受光する受光部とを、前記ワークをはさんで対向配置し、転動中のワークの上部エッジ部の変位を光学的に測定するようにしたことを特徴とする円筒状ワークの真円度測定装置が提案されている。
しかしながら、特許文献３に記載の装置は、外径仕様が同一のワークについての外径を測定することを想定しており、種々の外径仕様を有するワークが混在するケースに対して対応可能な構成については、何ら開示されていない。
【特許文献１】特開平７−３５５３６号公報
【特許文献２】特許第３０２８０５８号公報
【特許文献３】特開平８−１１４４２２号公報
【特許文献４】特開平１１−３０４４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、斯かる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、種々の外径仕様を有する大径管が混在する場合であっても、検査能率を損なうことなく、大径管の外径（最大外径、最小外径）を自動的に精度良く測定可能な装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明は、軸方向が略水平となるように配置された大径管が挿通される基材と、前記基材を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させる回転駆動機構と、前記基材に取り付けられた、大径管の第１の径方向についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備し、該一対のレーザ式外径計で検出した両端位置に基づいて、前記第１の径方向についての大径管の外径を算出する第１の外径測定器と、前記基材に取り付けられた、大径管の前記第１の径方向と直交する第２の径方向についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備し、該一対のレーザ式外径計で検出した両端位置に基づいて、前記第２の径方向についての大径管の外径を算出する第２の外径測定器と、前記第１の外径測定器及び前記第２の外径測定器がそれぞれ具備するレーザ式外径計を前記基材に対して移動させる移動機構と、前記基材を上下方向に昇降させる昇降装置と、前記回転駆動機構、前記移動機構及び前記昇降装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、大径管の外径仕様に応じて、前記基材の回転中心が大径管の中心と略一致するように、前記昇降装置を制御して前記基材を上下方向に昇降させると共に、前記レーザ式外径計が大径管の両端位置を検出可能な位置となるように、前記移動機構を制御した後、前記回転駆動機構を制御して、前記基材を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させることを特徴とする大径管の外径測定装置を提供する。
【００１４】
本発明に係る大径管の外径測定装置が備える制御装置は、大径管の外径仕様に応じて、基材の回転中心が大径管の中心と略一致するように、昇降装置を制御して基材を上下方向に昇降させる。また、制御装置は、大径管の外径仕様に応じて、第１及び第２の外径測定器が具備するレーザ式外径計が大径管の両端位置を検出可能な位置となるように、移動機構を制御する。これにより、制御装置が回転駆動機構を制御して、基材（ひいては、基材に取り付けられた第１及び第２の外径測定器）を大径管の周方向に回転させる際に、大径管の外径仕様に関わらず、どの回転位置についても精度良く外径を測定することが可能である。
また、本発明に係る大径管の外径測定装置は、第１の径方向についての大径管の外径を算出する第１の外径測定器と、第１の径方向と直交する第２の径方向についての大径管の外径を算出する第２の外径測定器とを備えるため、回転駆動機構によって、基材（ひいては、基材に取り付けられた第１及び第２の外径測定器）を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させるだけで（換言すれば、短時間で）、大径管の全周に亘る外径を測定可能である。従って、検査能率を損なうことなく、大径管の外径（最大外径、最小外径）を測定可能である。
さらに、本発明に係る大径管の外径測定装置においては、制御装置が回転駆動機構、移動機構及び昇降装置を制御するため、大径管の外径を自動的に測定可能である。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、種々の外径仕様を有する大径管が混在する場合であっても、検査能率を損なうことなく、大径管の外径（最大外径、最小外径）を自動的に精度良く測定可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る大径管の外径測定装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。図２は、図１に示す外径測定装置の要部を模式的に示す分解斜視図である。
図１又は図２に示すように、本実施形態に係る外径測定装置１００は、基材１ａ，１ｂと、回転駆動機構２と、第１の外径測定器３と、第２の外径測定器４と、移動機構５，６と、昇降装置７と、回転駆動機構２、移動機構５及び昇降装置７を制御する制御装置８とを備えている。また、本実施形態に係る外径測定装置１００は、基材１ａ，１ｂ、回転駆動機構２（モータ２３は除く）、第１の外径測定器３、第２の外径測定器４及び移動機構５，６を収納する架台９を備えている。
【００１８】
基材１ａ、１ｂは、円盤状の部材とされている。基材１ａ，１ｂには、軸方向が略水平となるように配置された大径管Ｐが挿通される。具体的には、基材１ａ，１ｂには、最も外径仕様の大きな大径管Ｐが挿通し得るような内径を有する挿通孔１１ａ，１１ｂがそれぞれ設けられており、この挿通孔１１ａ，１１ｂに大径管Ｐが挿通される。基材１ａ，１ｂは、両者の間に介装されたシャフト１２によって連結されている。なお、基材１ａと基材１ｂの離間距離（シャフト１２の長さ）は、基材１ａに取り付けられた第１の外径測定器３が具備するレーザ式外径計から投光されるレーザ走査光と、基材１ｂに取り付けられた第２の外径測定器４が具備するレーザ式外径計から投光されるレーザ走査光とが、互いに干渉しないように設定されている。
【００１９】
回転駆動機構２は、基材１ａ，１ｂを大径管Ｐの周方向に少なくとも９０°回転させるように構成されている。具体的には、回転駆動機構２は、基材１ｂに取り付けられ、基材１ａ，１ｂの中心軸ＣＬ上の点Ｃを中心とする円弧状のギア２１と、ギア２１に螺合するギア２２と、ギア２２を回転させるモータ２３とを具備する。モータ２３を駆動することによってギア２２を回転させると、ギア２２に螺合するギア２１が中心軸ＣＬ周りに回動することになる。これにより、ギア２１が取り付けられた基材１ｂ及び基材１ｂに連結された基材１ａも、中心軸ＣＬ周りに回動する。中心角が９０°以上の円弧状のギア２１を用いることにより、基材１ａ，１ｂは、大径管Ｐの周方向に少なくとも９０°回転することになる。なお、回転駆動機構２のモータ２３の駆動は、制御装置８からの制御信号によって制御される。
【００２０】
なお、回転駆動機構２は、基材１ａ，１ｂと架台９との間に介装された、支持ローラ２４及びガイドローラ（本実施形態では、フリーベアリング）２５を具備する。これら支持ローラ２４及びガイドローラ２５が、基材１ａ，１ｂの回転を案内することにより、基材１ａ，１ｂは、円滑に回転することが可能である。
【００２１】
第１の外径測定器３は、基材１ａに取り付けられた（後述するように、移動機構５を介して基材１ａに取り付けられた）、大径管Ｐの第１の径方向（図１、図２に示す状態では、矢符Ｘで示す左右方向）についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備する。具体的には、第１の外径測定器３は、投光器３ａ及び該投光器３ａに対向配置された受光器３ｂから構成されるレーザ式外径計（以下、適宜「左側レーザ式外径計３Ｌ」という）と、投光器３ｃ及び該投光器３ｃに対向配置された受光器３ｄから構成されるレーザ式外径計（以下、適宜「右側レーザ式外径計３Ｒ」という）とを具備する。
【００２２】
左側レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａは、レーザ光源や走査光学系から構成され、レーザ走査光を受光器３ｂに向けて投光する。左側レーザ式外径計３Ｌの受光器３ｂは、集光光学系や光電センサから構成され、投光器３ａから投光されたレーザ走査光のうち、大径管Ｐで遮蔽されずに到達したレーザ走査光を受光して電気信号に変換する。右側レーザ式外径計３Ｒの投光器３ｃ及び受光器３ｄも、上述した左側レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａ及び受光器３ｂと同様の構成を有する。
【００２３】
図３（ａ）は、第１の外径測定器３による大径管Ｐの外径算出方法を説明する説明図である。第１の外径測定器３は、左側レーザ式外径計３Ｌ及び右側レーザ式外径計３Ｒでそれぞれ検出した、大径管Ｐの左右方向の両端位置に基づいて、左右方向についての大径管Ｐの外径ｄＸを算出する。具体的には、図３（ａ）に示すように、左側レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａから投光されたレーザ走査光のうち、受光器３ｂで受光されなかった（大径管Ｐで遮蔽された）レーザ走査光の走査時間を長さＸ１に換算する（長さＸ１が大径管Ｐの左端位置に対応する）と共に、右側レーザ式外径計３Ｒの投光器３ｃから投光されたレーザ走査光のうち、受光器３ｄで受光されなかった（大径管Ｐで遮蔽された）レーザ走査光の走査時間を長さＸ２に換算する（長さＸ２が大径管Ｐの右端位置に対応する）。そして、左側レーザ式外径計３Ｌと右側レーザ式外径計３Ｒとの離間距離（大径管Ｐが存在しない場合における、各レーザ式外径計３Ｌ，３Ｒのレーザ走査光の離間距離）ＬＸと、上記の長さＸ１，Ｘ２とを加算することにより、左右方向についての大径管Ｐの外径ｄＸを算出する。なお、左側レーザ式外径計３Ｌと右側レーザ式外径計３Ｒとの離間距離ＬＸは、後述するように、移動機構５が具備する変位計（マグネスケール等）からの出力値に基づいて算出される。
【００２４】
第２の外径測定器４は、基材１ｂに取り付けられた（後述するように、移動機構６を介して基材１ｂに取り付けられた）、大径管Ｐの第１の径方向と直交する第２の径方向（図１、図２に示す状態では、矢符Ｙで示す上下方向）についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備する。具体的には、第２の外径測定器４は、投光器４ａ及び該投光器４ａに対向配置された受光器４ｂから構成されるレーザ式外径計（以下、適宜「上側レーザ式外径計４Ｕ」という）と、投光器４ｃ及び該投光器４ｃに対向配置された受光器４ｄから構成されるレーザ式外径計（以下、適宜「下側レーザ式外径計４Ｌ」という）とを具備する。
【００２５】
上側レーザ式外径計４Ｕの投光器４ａ及び受光器４ｂ、下側レーザ式外径計４Ｌの投光器４ｃ及び受光器４ｄは、前述した左側レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａ及び受光器３ｂや、右側レーザ式外径計３Ｒの投光器３ｃ及び受光器３ｄと同様の構成を有する。
【００２６】
図３（ｂ）は、第２の外径測定器４による大径管Ｐの外径算出方法を説明する説明図である。第２の外径測定器４は、上側レーザ式外径計４Ｕ及び下側レーザ式外径計４Ｌでそれぞれ検出した、大径管Ｐの上下方向の両端位置に基づいて、上下方向についての大径管Ｐの外径ｄＹを算出する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、上側レーザ式外径計４Ｕの投光器４ａから投光されたレーザ走査光のうち、受光器４ｂで受光されなかった（大径管Ｐで遮蔽された）レーザ走査光の走査時間を長さＹ１に換算する（長さＹ１が大径管Ｐの上端位置に対応する）と共に、下側レーザ式外径計４Ｌの投光器４ｃから投光されたレーザ走査光のうち、受光器４ｄで受光されなかった（大径管Ｐで遮蔽された）レーザ走査光の走査時間を長さＹ２に換算する（長さＹ２が大径管Ｐの下端位置に対応する）。そして、上側レーザ式外径計４Ｕと下側レーザ式外径計４Ｌとの離間距離（大径管Ｐが存在しない場合における、各レーザ式外径計４Ｕ，４Ｌのレーザ走査光の離間距離）ＬＹと、上記の長さＹ１，Ｙ２とを加算することにより、上下方向についての大径管Ｐの外径ｄＹを算出する。なお、上側レーザ式外径計４Ｕと下側レーザ式外径計４Ｌとの離間距離ＬＹは、後述するように、移動機構６が具備する変位計（マグネスケール等）からの出力値に基づいて算出される。
【００２７】
なお、本実施形態のレーザ式外径計３Ｌ，３Ｒ，４Ｕ，４Ｌは、投光器と受光器との離間距離が最大で１２００ｍｍ程度となるように配置されている。また、本実施形態のレーザ式外径計３Ｌ，３Ｒ，４Ｕ，４Ｌのレーザ走査光の走査幅は、約１２０ｍｍである。
【００２８】
移動機構５は、第１の外径測定器３が具備するレーザ式外径計３Ｌ，３Ｒを基材１ａに対して移動させる。具体的には、移動機構５は、アーム５１ａ，５１ｂと、サーボモータ５２ａ，５２ｂと、リニアガイド５３ａ，５３ｂとを具備する。
【００２９】
アーム５１ａの基材１ａに対向する側と反対側の面には、レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａ及び受光器３ｂが取り付けられている。アーム５１ｂの基材１ａに対向する側と反対側の面には、レーザ式外径計３Ｒの投光器３ｃ及び受光器３ｄが取り付けられている。アーム５１ａ，５１ｂは、レーザ式外径計３Ｌ，３Ｒの測定精度に支障を来さないように、撓みや捻れが生じ難い剛性を有する形状に設計されている。サーボモータ５２ａは、アーム５１ａを左右方向（矢符Ｘで示す方向）に進退動させる機能を有する。サーボモータ５２ｂは、アーム５１ｂを左右方向（矢符Ｘで示す方向）に進退動させる機能を有する。リニアガイド５３ａ，５３ｂは、アーム５１ａ，５１ｂと基材１ａとの間に介装されている。すなわち、リニアガイド５３ａ，５３ｂは、一方の面がアーム５１ａ，５１ｂの基材１ａに対向する側の面に取り付けられると共に、他方の面が基材１ａに取り付けられている。
【００３０】
上記の構成において、サーボモータ５２ａを駆動することにより、アーム５１ａ（ひいては、レーザ式外径計３Ｌの投光器３ａ及び受光器３ｂ）は、リニアガイド５３ａ，５３ｂに案内されながら、基材１ａに対して左右方向に進退動することになる。また、サーボモータ５２ｂを駆動することにより、アーム５１ｂ（ひいては、レーザ式外径計３Ｒの投光器３ｃ及び受光器３ｄ）は、リニアガイド５３ａ，５３ｂに案内されながら、基材１ａに対して左右方向に進退動することになる。アーム５１ａ，５１ｂの所定の基準位置からの変位は、マグネスケール等の変位計（図示せず）によって測定され、第１の外径測定器３に出力される。なお、サーボモータ５２ａ，５２ｂの駆動は、制御装置８からの制御信号によって制御される。
【００３１】
移動機構６は、第２の外径測定器４が具備するレーザ式外径計４Ｕ，４Ｌを基材１ｂに対して移動させる。具体的には、移動機構６は、アーム６１ａ，６１ｂと、サーボモータ６２ａ，６２ｂと、リニアガイド６３ａ，６３ｂとを具備する。
【００３２】
アーム６１ａの基材１ｂに対向する側と反対側の面には、レーザ式外径計４Ｕの投光器４ａ及び受光器４ｂが取り付けられている。アーム６１ｂの基材１ｂに対向する側と反対側の面には、レーザ式外径計４Ｌの投光器４ｃ及び受光器４ｄが取り付けられている。アーム６１ａ，６１ｂは、レーザ式外径計４Ｕ，４Ｌの測定精度に支障を来さないように、撓みや捻れが生じ難い剛性を有する形状に設計されている。サーボモータ６２ａは、アーム６１ａを上下方向（矢符Ｙで示す方向）に進退動させる機能を有する。サーボモータ６２ｂは、アーム６１ｂを上下方向（矢符Ｙで示す方向）に進退動させる機能を有する。リニアガイド６３ａ，６３ｂは、アーム６１ａ，６１ｂと基材１ｂとの間に介装されている。すなわち、リニアガイド６３ａ，６３ｂは、一方の面がアーム６１ａ，６１ｂの基材１ｂに対向する側の面に取り付けられると共に、他方の面が基材１ｂに取り付けられている。
【００３３】
上記の構成において、サーボモータ６２ａを駆動することにより、アーム６１ａ（ひいては、レーザ式外径計４Ｕの投光器４ａ及び受光器４ｂ）は、リニアガイド６３ａ，６３ｂに案内されながら、基材１ｂに対して上下方向に進退動することになる。また、サーボモータ６２ｂを駆動することにより、アーム６１ｂ（ひいては、レーザ式外径計４Ｌの投光器４ｃ及び受光器４ｄ）は、リニアガイド６３ａ，６３ｂに案内されながら、基材１ｂに対して上下方向に進退動することになる。アーム６１ａ，６１ｂの所定の基準位置からの変位は、マグネスケール等の変位計（図示せず）によって測定され、第２の外径測定器４に出力される。なお、サーボモータ６２ａ，６２ｂの駆動は、制御装置８からの制御信号によって制御される。
【００３４】
昇降装置７は、サーボモータ等を具備し、基材１ａ，１ｂを上下方向に昇降させる機能を有する。具体的には、昇降装置７は、架台９の下方に取り付けられ、直接的には架台９を昇降させる。これにより、架台９に取り付けられた基材１ａ，１ｂ（ひいては、基材１ａ，１ｂに取り付けられた回転駆動機構２、第１の外径測定器３、第２の外径測定器４及び移動機構５）が上下方向に昇降することになる。なお、昇降装置７の駆動は、制御装置８からの制御信号によって制御される。
【００３５】
以上の構成を有する外径測定装置１００において、制御装置８には、まず最初に、上位の制御装置（例えば、プロセスコンピュータ）から、測定対象である大径管Ｐの外径仕様が入力される。制御装置８は、入力された大径管Ｐの外径仕様に応じて、基材１ａ，１ｂの回転中心（中心軸ＣＬ）が大径管Ｐの中心（中心軸）と略一致するように、昇降装置７を制御して基材１ａ，１ｂを上下方向に昇降させる。
【００３６】
図４は、大径管Ｐの外径に応じた大径管Ｐの中心位置の変動例を説明する説明図である。大径管Ｐが傾斜角１５°の搬送ロールＲによって、外径測定装置１００の設置位置まで搬送されるとすれば、外径（仕様値）５０８ｍｍの大径管Ｐ１の中心位置（搬送ロールＲの回転軸を基準とした高さ）は、幾何学的に約２６５ｍｍとなる。また、外径（仕様値）１５２４ｍｍの大径管Ｐ２の中心位置（搬送ロールＲの回転軸を基準とした高さ）は、幾何学的に約７９０ｍｍとなる。このように、制御装置８は、入力された大径管Ｐの外径仕様に応じて大径管Ｐの中心位置を算出し、基材１ａ，１ｂの回転中心が前記算出した大径管Ｐの中心位置と略一致するように、昇降装置７を駆動制御する。
【００３７】
次に、大径管Ｐを外径測定装置１００の設置位置まで搬送しながら、或いは、搬送した後に、制御装置８は、入力された大径管Ｐの外径仕様に応じて、第１の外径測定器３が具備するレーザ式外径計３Ｌ，３Ｒが大径管Ｐの左右方向両端位置を検出可能な位置となるように、移動機構５のサーボモータ５２ａ，５２ｂを駆動制御する。同様に、制御装置８は、入力された大径管Ｐの外径仕様に応じて、第２の外径測定器４が具備するレーザ式外径計４Ｕ，４Ｌが大径管Ｐの上下方向両端位置を検出可能な位置となるように、移動機構６のサーボモータ６２ａ，６２ｂを駆動制御する。
【００３８】
最後に、制御装置８は、回転駆動機構２を制御して、基材１ａ，１ｂを大径管Ｐの周方向に少なくとも９０°回転させる。これにより、基材１ａ，１ｂに取り付けられた第１及び第２の外径測定器３，４も大径管Ｐの周方向に少なくとも９０°回転するため、大径管Ｐの全周に亘る外径を測定可能である。従って、大径管Ｐの最大外径、最小外径を測定でき、真に必要な真円度を算出することも可能である。
【００３９】
以上に説明した外径測定装置１００において、レーザ式外径計３Ｌ，３Ｒ，４Ｕ，４Ｌの投光器と受光器との離間距離を１２００ｍｍ（最大値）としたとき、外径測定値のバラツキは、５０〜１００μｍ程度であった。近年の大径管Ｐの真円度に対して要求される計測精度は１００μｍであるため、上記の測定値バラツキであれば、十分な測定精度で大径管Ｐの外径を測定できているといえる。
また、大径管Ｐについて許容される真円度（最大外径−最小外径）は、外径仕様の１％であるため、最大で約１５．５ｍｍである。前述のように、本実施形態のレーザ式外径計３Ｌ，３Ｒ，４Ｕ，４Ｌのレーザ走査光の走査幅は、約１２０ｍｍであるため、大径管Ｐの外径仕様に応じて、大径管Ｐの上下方向及び左右方向の両端位置が、レーザ走査光の走査幅の中心と合致するように、移動機構５，６を制御すれば、上記の真円度を十分測定できるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る大径管の外径測定装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示す外径測定装置の要部を模式的に示す分解斜視図である。
【図３】図３は、図１及び図２に示す第１及び第２の外径測定器による大径管の外径算出方法を説明する説明図である。
【図４】図４は、大径管の外径に応じた大径管の中心位置の変動例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ，１ｂ・・・基材
２・・・回転駆動機構
３・・・第１の外径測定器
４・・・第２の外径測定器
５，６・・・移動機構
７・・・昇降装置
８・・・制御装置８
９・・・架台
１００・・・外径測定装置
Ｐ・・・大径管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向が略水平となるように配置された大径管が挿通される基材と、
前記基材を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させる回転駆動機構と、
前記基材に取り付けられた、大径管の第１の径方向についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備し、該一対のレーザ式外径計で検出した両端位置に基づいて、前記第１の径方向についての大径管の外径を算出する第１の外径測定器と、
前記基材に取り付けられた、大径管の前記第１の径方向と直交する第２の径方向についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備し、該一対のレーザ式外径計で検出した両端位置に基づいて、前記第２の径方向についての大径管の外径を算出する第２の外径測定器と、
前記第１の外径測定器及び前記第２の外径測定器がそれぞれ具備するレーザ式外径計を前記基材に対して移動させる移動機構と、
前記基材を上下方向に昇降させる昇降装置と、
前記回転駆動機構、前記移動機構及び前記昇降装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、大径管の外径仕様に応じて、前記基材の回転中心が大径管の中心と略一致するように、前記昇降装置を制御して前記基材を上下方向に昇降させると共に、前記レーザ式外径計が大径管の両端位置を検出可能な位置となるように、前記移動機構を制御した後、前記回転駆動機構を制御して、前記基材を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させることを特徴とする大径管の外径測定装置。
【請求項１】
軸方向が略水平となるように配置された大径管が挿通される基材と、
前記基材を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させる回転駆動機構と、
前記基材に取り付けられた、大径管の第１の径方向についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備し、該一対のレーザ式外径計で検出した両端位置に基づいて、前記第１の径方向についての大径管の外径を算出する第１の外径測定器と、
前記基材に取り付けられた、大径管の前記第１の径方向と直交する第２の径方向についての両端位置をそれぞれ検出する一対のレーザ式外径計を具備し、該一対のレーザ式外径計で検出した両端位置に基づいて、前記第２の径方向についての大径管の外径を算出する第２の外径測定器と、
前記第１の外径測定器及び前記第２の外径測定器がそれぞれ具備するレーザ式外径計を前記基材に対して移動させる移動機構と、
前記基材を上下方向に昇降させる昇降装置と、
前記回転駆動機構、前記移動機構及び前記昇降装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、大径管の外径仕様に応じて、前記基材の回転中心が大径管の中心と略一致するように、前記昇降装置を制御して前記基材を上下方向に昇降させると共に、前記レーザ式外径計が大径管の両端位置を検出可能な位置となるように、前記移動機構を制御した後、前記回転駆動機構を制御して、前記基材を大径管の周方向に少なくとも９０°回転させることを特徴とする大径管の外径測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−７１７７８（Ｐ２０１０−７１７７８Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３８９８９（Ｐ２００８−２３８９８９）
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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