管端検査装置
【課題】管端部の加工部について、寸法精度と加工面の状態とを共に自動的に検査することができ、しかもインライン化が可能なよう検査装置全体のコンパクト化を可能にした、管端検査装置を提供する。
【解決手段】端部を加工した管２の管端加工部を検査する管端検査装置である。管端加工部の形状を計測するレーザ変位計４２と、管端加工部の表面を撮影する撮像装置６２と、レーザ変位計４２及び撮像装置６２を管端加工部の周方向に沿って移動させることにより、レーザ変位計４２のレーザビームスポット及び撮像装置６２の焦点を管端加工部の周方向に沿って周回させる回転テーブル（周回手段）と、を備える。
【解決手段】端部を加工した管２の管端加工部を検査する管端検査装置である。管端加工部の形状を計測するレーザ変位計４２と、管端加工部の表面を撮影する撮像装置６２と、レーザ変位計４２及び撮像装置６２を管端加工部の周方向に沿って移動させることにより、レーザ変位計４２のレーザビームスポット及び撮像装置６２の焦点を管端加工部の周方向に沿って周回させる回転テーブル（周回手段）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端部を加工した管の管端加工部を検査する管端検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所やプラントに用いられる各種配管、例えば伝熱管などでは、これらを突き合わせて溶接する場合、予めそれぞれの端面（突き合わせ面）に開先加工を行うことにより、溶接をより良好に行えるようにしている。開先加工部については、加工状態を確認するべく、加工後、その寸法精度や加工面の状態を検査している。
【０００３】
このような検査は、従来では作業者による計測や目視などで行っていたため、検査に時間がかかり、また検査する作業者によって評価が異なるため、開先の加工品質にばらつきが生じていた。
そこで、近年では、レーザを用いた変位センサにより、開先加工部の形状を自動的に計測するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、開先加工部などの加工部にあっては、寸法精度だけでなく、傷や焼き付きなどの加工面の異常も溶接などの後工程に影響を及ぼすことから、加工面の状態の検査も自動的に行えるようにした技術の提供が望まれている。
さらに、このような検査を加工後迅速に行いたいとの要望から、検査装置を加工ラインに組み込み、管端の加工と検査とをインラインで行うことが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４６６３７号公報
【特許文献２】特開平１０−１９７２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
加工面の状態も自動的に検査するためには、形状の自動計測を行う変位センサとは別に、例えばＣＣＤカメラなどの撮像装置が必要になる。しかし、これら変位センサと撮像装置とを共に備えると、検査装置が大型化し、インライン化するのが困難になる。すなわち、変位センサと撮像装置とを共に備えた場合、それぞれの要求される検査精度を共に満足させ、かつ、検査装置全体をコンパクトに構成するのは困難である。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、管端部の加工部について、寸法精度と加工面の状態とを共に自動的に検査することができ、しかもインライン化が可能なよう検査装置全体のコンパクト化を可能にした、管端検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の管端検査装置は、端部を加工した管の管端加工部を検査する管端検査装置であって、
前記管端加工部の形状を計測するレーザ変位計と、
前記管端加工部の表面を撮影する撮像装置と、
前記レーザ変位計及び前記撮像装置を前記管端加工部の周方向に沿って移動させることにより、前記レーザ変位計のレーザビームスポット及び前記撮像装置の焦点を前記管端加工部の周方向に沿って周回させる周回手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記管端検査装置において、前記周回手段は、前記レーザ変位計及び前記撮像装置を保持して前記管端加工部の周方向に沿って回転する回転テーブルにより、構成されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記管端検査装置において、前記撮像装置は、前記管端加工部における管内面の撮影と、該管端加工部における管外面の撮影とを共に行うことが好ましい。
【００１１】
また、前記管端検査装置において、前記撮像装置は、前記管端加工部における管内面を撮影する際の焦点距離と、管外面を撮影する際の焦点距離とが同じになるように該撮像装置の位置を変位させるゴニオテーブルに搭載されていることが好ましい。
【００１２】
また、前記管端検査装置において、前記周回手段は、前記レーザ変位計を移動させてそのレーザビームスポットを前記管端加工部の半径方向に移動させる変位計移動機構と、前記撮像装置を移動させてその焦点を前記管端加工部の半径方向に移動させる撮像装置移動機構と、を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の管端検査装置によれば、レーザ変位計及び撮像装置を管端加工部の周方向に沿って移動させる周回手段を備えているので、この周回手段によってレーザ変位計及び撮像装置を管端加工部の周方向に沿って移動させ、レーザ変位計のレーザビームスポット及び撮像装置の焦点をそれぞれ管端加工部の周方向に沿って周回させることにより、管端部の加工部について、寸法精度と加工面の状態とを共に自動的に検査することができる。
また、このように周回手段でレーザ変位計と撮像装置とを共に周回させるようにしたので、これらを個々に周回させる場合に比べて検査装置全体をコンパクト化することができ、これによって検査装置のインライン化を可能にすることができる。
さらに、レーザ変位計のレーザビームスポット及び撮像装置の焦点をそれぞれ管端加工部の周方向に沿って周回させるようにしたので、レーザ変位計及び撮像装置と管端加工部との間の距離を充分に短くしておくことにより、レーザ変位計に要求される検査精度と撮像装置に要求される検査精度とを共に満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の管端検査装置の一実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に管端検査装置の側面図である。
【図３】回転テーブルとその周辺部の背面図である。
【図４】レーザ変位計ユニット及び撮像装置ユニットの概略構成を示す背面図である。
【図５】検査対象となる管端部の開先加工部を示す斜視図である。
【図６】変位計移動機構の概略構成を示す平面図である。
【図７】撮像装置移動機構の概略構成を示す平面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、撮像装置と管の開先加工部との位置関係を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の管端検査装置の一実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
図１は本実施形態の管端検査装置の概略構成を示す斜視図、図２は図１に示した管端検査装置の側面図である。これらの図において符号１は管端検査装置であり、この管端検査装置１は、端部に対して溶接のための開先加工を行った管（配管）の、開先加工部（管端加工部）の加工状態を検査するためのものである。被検査体となる管としては、特に限定されないものの、発電所やプラントに用いられる各種配管、例えば伝熱管などが適用される。
【００１６】
この管端検査装置１は、管の開先加工を行うラインに設置されたもの、すなわちインライン化されたもので、図示しない開先加工装置の下流側に配置されたものである。開先加工装置には、開先加工した管２を移送するコンベア（図示せず）が接続されており、このコンベアには管端検査装置１に接続されている。これによって管端検査装置１には、開先加工された管２がその開先加工部を先にしてコンベアで移送され、図１中矢印で示すように供給されるようになっている。
【００１７】
この管端検査装置１は、図２に示すように移送されてきた管２の位置決めを行うストッパユニット３と、位置決めされた管２をその位置に保持固定するクランプユニット４と、保持固定された管２の開先加工部（管端加工部）の検査を行う計測ユニット５と、を備えて構成されている。
【００１８】
ストッパユニット３は、エアシリンダー等（図示せず）によって昇降可能とした一対のロッド６、６間に保持板７ａを取り付け、この保持板７ａの一側部に位置決め板７ｂを取り付けたものである。位置決め板７ｂは、その表裏面が水平方向に向くように保持板７ａに取り付けられている。なお、一対のロッド６、６は、図２の紙面奥行き方向に適宜な間隔をあけて配置されており、これによって管２は、その開先加工部（管端加工部）がこれらロッド６、６に干渉されることなく、これらの間を通り抜けられるようになっている。
【００１９】
このような構成によってストッパユニット３は、図２中二点鎖線で示すように管２の先端（開先加工部）が突き当たる位置から、図２中実線で示した管２の先端より充分に高い退避位置までの間、位置決め板７ｂを昇降させるようになっている。したがって、ストッパユニット３は、コンベアによって移動してきた管２を、図２中の二点鎖線で示す位置で位置決め板７ｂに突き当てさせ、ここでその移動を停止させることにより、管２を検査位置に位置決めするようになっている。
【００２０】
クランプユニット４は、図２に示すようにストッパユニット３の前方に配置された架台８上に設けられたもので、図１、図２に示すように架台８上に設けられた載置ブロック９と、載置ブロック９上に配設された押圧板１０と、押圧板１０上に配置されたエアシリンダー１１とを備えて構成されたものである。
【００２１】
載置ブロック９は、例えばその上部にＶ字状に切り欠かれてなる管保持部（図示せず）を有し、この管保持部に管２を保持するように構成されたものである。エアシリンダー１１は、架台８上に設けられた固定枠１２に固定されたもので、下方に向けて設けられた可動ロッド（図示せず）の下端部に前記押圧板１０を取り付けたものである。押圧板１０は、架台８と固定枠１２との間に配置されて、前記載置ブロック９の両側に設けられた一対のガイド軸１３、１３に移動可能に取り付けられたものである。
【００２２】
このような構成によってクランプユニット４は、前記コンベアによって移送されてきた管２を載置ブロック９の管保持部に保持する。そして、前記のストッパユニット３で管２が位置決めされると、エアシリンダー１１が作動して押圧板１０が下降し、管２を下方に押圧する。これによってクランプユニット４は、管２を載置ブロック９と押圧板１０とで挟持固定することにより、管２を所定位置、すなわちストッパユニット３で位置決めされた検査位置に固定するようになっている。
【００２３】
なお、載置ブロック９の管保持部がＶ字状に切り欠かれて形成されているため、この管保持部に保持固定された管２は、左右方向にずれることなく、その中心軸が平面視して管保持部の中心線に重なるように位置させられる。また、管保持部がＶ字状に形成されているため、管２の外径が変わっても、管２は常にその中心軸が平面視して管保持部の中心線に重なるようになっている。したがって、クランプユニット４は、外径の異なる種々の管２に対応可能になっている。
【００２４】
計測ユニット５は、図１、図２に示すようにストッパユニット３の後方に配置された筐体１４内に収容されたものである。筐体１４は、Ｚ軸ステージ１５によって鉛直方向に昇降可能に構成されるとともに、Ｘ軸ステージ１６によって管２の先端、すなわち開先加工部に対して進退可能に構成されている。このような構成によって筐体１４内の計測ユニット５は、図２中実線で示すようにストッパユニット３の位置決め板７ｂが上方に退避した後、Ｘ軸ステージ１６の駆動によって筐体１４が図２中二点鎖線で示すように管２側に前進することにより、予め設定された検査位置に至るようになっている。また、管２の種類が変わって外径が変化した場合などでは、Ｚ軸ステージ１５の駆動によって昇降し、計測ユニット５の検査中心が管２の中心軸に一致させられるようになっている。
【００２５】
計測ユニット５は、図１に示すように筐体１４の一方の面（クランプユニット４側の面）に基板２０を配置し、この基板２０上にレーザ変位計ユニットと撮像装置ユニットとを有したものである。基板２０は、円形の開口２０ａを形成したもので、筐体１４が前進した際、この開口２０ａ内に管２の先端部（開先加工部）を通り抜けさせるようになっている。
【００２６】
基板２０には、図３に示すように前記クランプユニット４側の面と反対側の面上に、円環板状の回転テーブル２１が設けられている。なお、図３では、後述するレーザ変位計ユニット及び撮像装置ユニットの図示を省略して、回転テーブル２１の構成を分かり易くしている。回転テーブル２１は、本発明における周回手段となるもので、前記した基板２０の開口２０ａの外周部にその周方向に沿って設けられた円形枠状のガイド枠２２に、正逆方向に回転可能に取り付けられている。
【００２７】
この回転テーブル２１は、図３に示すように基板２０に設けられた回転機構２３により、ガイド枠２２に対して回転可能に取り付けられている。そして、この回転テーブル２１は、その回転中心が、前記クランプユニット４に固定された管２の中心軸に一致するようになっている。なお、この回転テーブル２１の回転中心は、計測ユニット５の検査中心、すなわち後述するレーザ変位計や撮像装置の検査中心となっている。
【００２８】
回転機構２３は、回転テーブル２１に対しその周方向に沿って架け渡されたタイミングベルト２４と、このタイミングベルト２４を回転可能に保持する一対のプーリー２５、２５と、一方のプーリー２５を正逆方向に回転させるサーボモータ２６と、サーボモータ２６の駆動を制御する制御装置（図示せず）とを備えて構成されている。このような構成のもとに回転機構２３は、制御装置によってサーボモータ２６を駆動させてプーリー２５を予め設定した回転速度で正方向又は逆方向に回転させ、これによってタイミングベルト２４を介して回転テーブル２１を設定した回転速度で正方向又は逆方向に回転させるようになっている。
【００２９】
また、この回転機構２３には、回転テーブル２１の回転を規制する規制機構２７が設けられている。規制機構２７は、ドグ２８とリミットスイッチ（図示せず）とを有し、ドグ２８がリミットスイッチを押圧することにより、回転テーブル２１の回転を停止させるように構成されている。
【００３０】
回転テーブル２１には、図４に示すように基板２０側の面と反対側の面上に、レーザ変位計ユニット４０と撮像装置ユニット６０とが搭載されている。レーザ変位計ユニット４０は、前記回転テーブルに固定された矩形状の取付板４１と、取付板４１上に設けられたレーザ変位計４２と、取付板４１上に固定されてレーザ変位計４２を移動可能に保持する変位計移動機構４３と、を備えて構成されている。
【００３１】
取付板４１には、略矩形状の開口４１ａが設けられており、この開口４１ａは回転テーブル２１の内部孔、すなわち基板２０の開口（図示せず）に連通して配置されている。したがって、基板２０の開口を通り抜けた管２は、その先端部、すなわち開先加工部を、開口４１ａ内に臨ませるようになっている。
【００３２】
レーザ変位計４２は、図５に示す管２の開先加工部（管端加工部）２ａの形状を計測し、その加工精度を検査するためのものである。すなわち、図６に示すようにレーザ変位計４２は、取付板４１の開口４１ａ内に臨む開先加工部２ａ（図４参照）の周方向の一部にセンシングポイントとなるレーザビームスポットを照射し、図５に示した管２の開先加工部２ａの形状、すなわち加工した管外面２ｂ及び管端面２ｃ、さらに管内面２ｄの管端面２ｃ側の形状を、２次元形状計測するものである。
【００３３】
また、このレーザ変位計４２は、回転テーブル２１によって管２の開先加工部２ａの周方向に沿って回転移動させられることにより、図５に示すレーザビームスポットＳが管２の開先加工部２ａの周方向に沿って回転するようになっている。これにより、レーザ変位計４２は、回転テーブル２１の回転によって管２の開先加工部２ａをその周方向に走査し、開先加工部２ａの全周の形状計測を行えるようになっている。
【００３４】
図６に示すように変位計移動機構４３は、ステッピングモータ４４と、ステッピングモータ４４に連結したボールネジ４５と、ボールネジ４５に螺合した可動ブロック４６と、可動ブロック４６に連結し、かつレーザ変位計４２を保持する保持板４７と、を備えて構成されている。ステッピングモータ４４は、図示しない制御装置から与えられる信号によって正逆方向のいずれかに回転し、ボールネジ４５を所定の回転数だけ回転させるようになっている。これによって可動ブロック４６は、ボールネジ４５の長さ方向に沿って進退し、保持板４７に保持されたレーザ変位計４２をボールネジ４５の長さ方向と平行な方向に移動させる。
【００３５】
ここで、変位計移動機構４３は、ボールネジ４５の配置や、保持板４７へのレーザ変位計４２の取り付け位置などが調整されていることにより、前記したようにレーザ変位計４２を移動させることで、そのレーザビームスポットＳを前記開先加工部（管端加工部）２ａの半径方向、すなわち管２の半径方向に移動できるようになっている。したがって、この変位計移動機構４３により、図５に示すようにレーザ変位計４２のレーザビームスポットＳを管２の開先加工部２ａの一部、すなわち管２の周方向における一部の開先加工部２ａに照射できるように調整することにより、管２の種類が変わってその外径が変わった場合にも、これに対応して管２の開先加工部２ａの一部にレーザビームスポットＳを照射することができる。
【００３６】
つまり、前記したようにＺ軸ステージ１５の駆動によって予め管２の中心軸に計測ユニット５の検査中心、すなわち回転テーブル２１の回転中心を一致させた後、変位計移動機構４３でレーザビームスポットＳの照射位置を管２の半径方向に移動させることにより、管２の外径の変化に容易に対応することができるようになっている。
【００３７】
図４に示す撮像装置ユニット６０は、回転テーブル２１に固定された矩形状の取付板（図示せず）と、取付板上に設けられた撮像装置６２と、取付板上に固定されて撮像装置６２を移動可能にする撮像装置移動機構６３と、この撮像装置移動機構６３に設けられて撮像装置６２を変位可能に搭載するゴニオテーブルと、を備えて構成されている。
【００３８】
前記取付板は、回転テーブル２１上において、前記レーザ変位計ユニット４０の取付板４１の側方に配置されたものである。
撮像装置６２は、本実施形態では図７に示すようにＣＣＤカメラ６２ａと照明器６２ｂとを有したもので、図５に示す管２の開先加工部（管端加工部）２ａの表面を撮影し、その加工状態を検査するためのものである。すなわち、撮像装置６２は、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点を図５に示した管２の開先加工部２ａの管外面２ｂの一部に合わせて撮影することにより、管外面２ｂの焼き付きの有無を検査し、また、焦点を管内面２ｄの一部に合わせて撮影することにより、管内面２ｄの傷の有無を検査するように構成されている。なお、照明器６２ｂは、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点となる部位を照らすように構成されている。
【００３９】
また、この撮像装置６２は、回転テーブル２１によって管２の開先加工部２ａの周方向に沿って回転移動させられることにより、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点が管２の開先加工部２ａの周方向に沿って回転するようになっている。これにより、撮像装置６２は、回転テーブル２１の回転によって管２の開先加工部２ａをその周方向に走査し、開先加工部２ａの全周の撮影、検査を行えるようになっている。ただし、本実施形態の撮像装置６２は、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点が開先加工部２ａの管外面２ｂと管内面２ｄのうちの一方にのみ合うように構成されている。したがって、回転テーブル２１が一周する間で撮影できる部位は、管外面２ｂと管内面２ｄとのうちの一方のみとなっている。
【００４０】
図７に示すように撮像装置移動機構６３は、ステッピングモータ６５と、ステッピングモータ６５に連結したボールネジ６６と、ボールネジ６６に螺合した可動ブロック（図示せず）と、可動ブロックに一体に設けられた前記ゴニオテーブル６４と、ゴニオテーブル６４に連結され、かつ撮像装置６２を保持する保持板６８と、を備えて構成されている。ステッピングモータ６５は、図示しない制御装置から与えられる信号によって正逆方向のいずれかに回転し、ボールネジ６６を所定の回転数だけ回転させるようになっている。これによって可動ブロックは、ボールネジ６６の長さ方向に沿って進退し、保持板６８に保持された撮像装置６２をボールネジ６６の長さ方向と平行な方向に移動させる。
【００４１】
ここで、撮像装置移動機構６３は、ボールネジ６６の配置や、保持板６８への撮像装置６２の取り付け位置などが調整されていることにより、前記したように撮像装置６２を移動させることで、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点を前記開先加工部（管端加工部）２ａの半径方向、すなわち管２の半径方向に移動できるようになっている。したがって、この撮像装置移動機構６３により、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点を管２の開先加工部２ａの一部、すなわち管２の周方向における一部の開先加工部２ａに合うように調整することにより、管２の種類が変わってその外径が変わった場合にも、これに対応して管２の開先加工部２ａの一部に焦点を合わせることができる。
【００４２】
つまり、前記したようにＺ軸ステージ１５の駆動によって予め管２の中心軸に計測ユニット５の検査中心、すなわち回転テーブル２１の回転中心を一致させた後、撮像装置移動機構６３でＣＣＤカメラ６２ａの焦点を管２の半径方向に移動させることにより、管２の外径の変化に容易に対応することができるようになっている。
【００４３】
ゴニオテーブル６４は、図４に示すサーボモータ６９に接続したもので、サーボモータ６９の駆動によって正逆方向に回動し、搭載した撮像装置６２を所定の位置間で変位させるようになっている。すなわち、このゴニオテーブル６４は、予め設計された点を回動中心として正逆方向に回動することにより、図８（ａ）に示すように撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点が管２の開先加工部２ａの管外面２ｂに合うときの焦点距離と、図８（ｂ）に示すように撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点が管２の開先加工部２ａの管内面２ｄに合うときの焦点距離とが同一になるように、撮像装置６２の位置を変位させるように構成されている。このような構成によって撮像装置６２は、管外面２ｂを撮影するときの感度（精度）と管内面２ｄを撮影するときの感度（精度）とを、同じにして撮影できるようになっている。
【００４４】
次に、このような構成の管端検査装置１による管２の開先加工部２ａの検査方法について説明する。
まず、開先加工装置で開先加工され、コンベアで移送されてきた管２を、図１、図２に示すように受け入れる。すなわち、前記したようにコンベアで移送されてきた管２の先端位置をストッパユニット３で位置決めし、この位置決めした状態でクランプユニット４により保持固定する。
【００４５】
次に、管２の外径に合わせて必要に応じてＺステージ１５を駆動し、管２の中心軸と計測ユニット５の検査中心、すなわち回転テーブル２１の回転軸とを一致させる。また、Ｘ軸ステージ１６を駆動して筐体１４を予め設定した位置まで前進させ、レーザ変位計４２のレーザビームスポットが管２の開先加工部２ａに位置するようにするとともに、撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点が管２の開先加工部２ａに合うようにする。
また、管２の種類が変わり、その外径が変わった場合などでは、変位計移動機構４３、撮像装置移動機構６３をそれぞれ駆動させ、レーザ変位計４２、撮像装置６２を管２の外径に対応した位置に移動させる。
【００４６】
次いで、レーザ変位計４２、撮像装置６２をそれぞれ作動させる。その際、撮像装置６２については、ゴニオテーブル６４を調整しておくことにより、図８（ａ）に示すように管２の開先加工部２ａの管外面２ｂにＣＣＤカメラ６２ａの焦点を合わせておく。
続いて、回転テーブル２１を例えば図３中の矢印で示す正方向に３６０度回転させる。
【００４７】
すると、図４に示したようにレーザ変位計ユニット４０、撮像装置ユニット６０は回転テーブル２１に搭載されているため、レーザ変位計ユニット４０のレーザ変位計４２は、そのレーザビームスポットＳを管２の開先加工部２ａの所定位置に照射しつつその周方向に一周する。これにより、レーザ変位計４２は開先加工部２ａの全周を計測し、得られた計測データを例えば解析装置（図示せず）に送信する。解析装置では、送信された計測データに基づき、開先加工部２ａの形状を求め、加工精度の良否等を判定する。したがって、レーザ変位計４２により、開先加工部２ａの加工精度の検査を自動的に行うことができる。
【００４８】
一方、撮像装置ユニット６０の撮像装置６２は、そのＣＣＤカメラ６２ａの焦点を管２の開先加工部２ａの管外面２ｂの所定位置に合わせつつ、その周方向に一周する。これにより、撮像装置６２（ＣＣＤカメラ６２ａ）は開先加工部２ａの管外面２ｂの全周を撮影し、得られた画像データを例えば解析装置（図示せず）に送信する。解析装置では、送信された画像データに基づき、開先加工部２ａの管外面２ｂの焼き付きの有無を判定する。したがって、撮像装置６２により、開先加工部２ａの管外面２ｂの焼き付きの有無の検査を自動的に行うことができる。
【００４９】
このようにして回転テーブル２１が一周（３６０度）回転すると、前記規制機構２７によって回転テーブル２１の回転（正回転）が停止させられる。そして、回転テーブル２１を逆回転させるよう、サーボモータ２６が再駆動する。
その際、撮像装置ユニット６０については、サーボモータ６９を駆動させてゴニオテーブル６４を調整し、撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点を、図８（ｂ）に示すように管２の開先加工部２ａの管内面２ｄに合わせておく。
【００５０】
このようにしてＣＣＤカメラ６２ａの焦点を管内面２ｄに合わせた後、回転テーブル２１を逆回転させ、一周（３６０度）回転させると、撮像装置６２は、そのＣＣＤカメラ６２ａの焦点を管２の開先加工部２ａの管内面２ｄの所定位置に合わせつつ、その周方向に一周する。これにより、撮像装置６２（ＣＣＤカメラ６２ａ）は開先加工部２ａの管内面２ｄの全周を撮影し、得られた画像データを例えば解析装置（図示せず）に送信する。解析装置では、送信された画像データに基づき、開先加工部２ａの管内面２ｄの傷の有無を判定する。したがって、撮像装置６２により、開先加工部２ａの管内面２ｄの傷の有無の検査を自動的に行うことができる。
【００５１】
なお、この逆回転時には、レーザ変位計４２による計測を行う必要はなく、したがってその作動を停止させておく。
また、このようにして回転テーブル２１が逆方向に一周（３６０度）回転すると、前記規制機構２７によって回転テーブル２１の回転（逆回転）が停止させられる。そして、管２の開先加工部２ａについての検査が終了する。したがって、管２は、クランプユニット４による固定から解放された後、コンベアによって次工程に移送される。
【００５２】
このような管端検査装置１にあっては、レーザ変位計４２及び撮像装置６２を開先加工部（管端加工部）２ａの周方向に沿って移動させる回転テーブル２１を備えているので、この回転テーブル２１によってレーザ変位計４２及び撮像装置６２を開先加工部２ａの周方向に沿って移動させ、レーザ変位計４２のレーザビームスポット及び撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点をそれぞれ開先加工部の周方向に沿って周回させることにより、管端部の開先加工部２ａについて、寸法精度と加工面の状態とを共に自動的に検査することができる。すなわち、開先加工部２ａの加工精度と焼き付きや傷の有無とを共に検査することができる。
よって、この管端検査装置１によれば、従来に比べ検査時間を大幅に短縮することができ、また、検査を精度良く行えることで管２の加工品質を一定に保つことができ、さらに、検査工程に必要な人員を減らすことでコストを削減することができる。
【００５３】
また、回転テーブル２１でレーザ変位計４２と撮像装置６２とを共に周回させるようにしたので、これらを個々に周回させる場合に比べて検査装置全体をコンパクト化することができる。したがって、前記実施形態で示したように、管端検査装置１のインライン化が可能になる。
さらに、レーザ変位計４２のレーザビームスポット及び撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点をそれぞれ開先加工部２ａの周方向に沿って周回させるようにしたので、レーザ変位計４２及びＣＣＤカメラ６２ａと開先加工部２ａとの間の距離を充分に短くしておくことにより、レーザ変位計４２に要求される検査精度と撮像装置６２に要求される検査精度とを共に満足させることができる。
【００５４】
また、撮像装置６２の位置をゴニオテーブル６４で変位させることにより、開先加工部２ａにおける管内面２ｄを撮影する際の焦点距離と、管外面２ｂを撮影する際の焦点距離とが同じになるようにしたので、管内面２ｄと管外面２ｂとを同じ感度（精度）で自動的に撮影することができ、したがって管内面２ｄと管外面２ｂとを要求される精度で良好に検査することができる。
【００５５】
また、変位計移動機構４３、撮像装置移動機構６３を備えているので、これら変位計移動機構４３、撮像装置移動機構６３によってレーザ変位計４２のレーザビームスポットを開先加工部２ａの半径方向に移動させ、また、撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点を開先加工部２ａの半径方向に移動させることにより、管２の外径の変化に容易に対応してその検査を行うことができる。
【００５６】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、本発明の管端検査装置を、管の開先加工部の検査に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、開先加工以外の種々の加工を行った管端部に対して、その検査を行うことができる。
【００５７】
また、前記実施形態では、撮像装置６２をゴニオテーブル６４に搭載し、撮像装置６２を変位させることで管端加工部（開先加工部２ａ）の管外面２ｂと管内面２ｄとを共に撮影できるようにしたが、他に例えば、撮像装置を二つ備え、一方で管外面２ｂを撮影し、他方で管内面２ｄを撮影するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、変位計移動機構４３、撮像装置移動機構６３を備えることで検査対象となる管の外径の変化に対応できるようにしたが、検査対象となる管の外径が一定の場合には、変位計移動機構４３、撮像装置移動機構６３を省略することもできる。
【符号の説明】
【００５８】
１…管端検査装置、２…管、２ａ…開先加工部（管端加工部）、２ｂ…管外面、２ｄ…管内面、５…計測ユニット、２１…回転テーブル（周回手段）、２３…回転機構、４０…レーザ変位計ユニット、４２…レーザ変位計、４３…変位計移動機構、６０…撮像装置ユニット、６２…撮像装置、６２ａ…ＣＣＤカメラ、６２ｂ…照明器、６３…撮像装置移動機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端部を加工した管の管端加工部を検査する管端検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所やプラントに用いられる各種配管、例えば伝熱管などでは、これらを突き合わせて溶接する場合、予めそれぞれの端面（突き合わせ面）に開先加工を行うことにより、溶接をより良好に行えるようにしている。開先加工部については、加工状態を確認するべく、加工後、その寸法精度や加工面の状態を検査している。
【０００３】
このような検査は、従来では作業者による計測や目視などで行っていたため、検査に時間がかかり、また検査する作業者によって評価が異なるため、開先の加工品質にばらつきが生じていた。
そこで、近年では、レーザを用いた変位センサにより、開先加工部の形状を自動的に計測するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、開先加工部などの加工部にあっては、寸法精度だけでなく、傷や焼き付きなどの加工面の異常も溶接などの後工程に影響を及ぼすことから、加工面の状態の検査も自動的に行えるようにした技術の提供が望まれている。
さらに、このような検査を加工後迅速に行いたいとの要望から、検査装置を加工ラインに組み込み、管端の加工と検査とをインラインで行うことが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４６６３７号公報
【特許文献２】特開平１０−１９７２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
加工面の状態も自動的に検査するためには、形状の自動計測を行う変位センサとは別に、例えばＣＣＤカメラなどの撮像装置が必要になる。しかし、これら変位センサと撮像装置とを共に備えると、検査装置が大型化し、インライン化するのが困難になる。すなわち、変位センサと撮像装置とを共に備えた場合、それぞれの要求される検査精度を共に満足させ、かつ、検査装置全体をコンパクトに構成するのは困難である。
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、管端部の加工部について、寸法精度と加工面の状態とを共に自動的に検査することができ、しかもインライン化が可能なよう検査装置全体のコンパクト化を可能にした、管端検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の管端検査装置は、端部を加工した管の管端加工部を検査する管端検査装置であって、
前記管端加工部の形状を計測するレーザ変位計と、
前記管端加工部の表面を撮影する撮像装置と、
前記レーザ変位計及び前記撮像装置を前記管端加工部の周方向に沿って移動させることにより、前記レーザ変位計のレーザビームスポット及び前記撮像装置の焦点を前記管端加工部の周方向に沿って周回させる周回手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記管端検査装置において、前記周回手段は、前記レーザ変位計及び前記撮像装置を保持して前記管端加工部の周方向に沿って回転する回転テーブルにより、構成されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記管端検査装置において、前記撮像装置は、前記管端加工部における管内面の撮影と、該管端加工部における管外面の撮影とを共に行うことが好ましい。
【００１１】
また、前記管端検査装置において、前記撮像装置は、前記管端加工部における管内面を撮影する際の焦点距離と、管外面を撮影する際の焦点距離とが同じになるように該撮像装置の位置を変位させるゴニオテーブルに搭載されていることが好ましい。
【００１２】
また、前記管端検査装置において、前記周回手段は、前記レーザ変位計を移動させてそのレーザビームスポットを前記管端加工部の半径方向に移動させる変位計移動機構と、前記撮像装置を移動させてその焦点を前記管端加工部の半径方向に移動させる撮像装置移動機構と、を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の管端検査装置によれば、レーザ変位計及び撮像装置を管端加工部の周方向に沿って移動させる周回手段を備えているので、この周回手段によってレーザ変位計及び撮像装置を管端加工部の周方向に沿って移動させ、レーザ変位計のレーザビームスポット及び撮像装置の焦点をそれぞれ管端加工部の周方向に沿って周回させることにより、管端部の加工部について、寸法精度と加工面の状態とを共に自動的に検査することができる。
また、このように周回手段でレーザ変位計と撮像装置とを共に周回させるようにしたので、これらを個々に周回させる場合に比べて検査装置全体をコンパクト化することができ、これによって検査装置のインライン化を可能にすることができる。
さらに、レーザ変位計のレーザビームスポット及び撮像装置の焦点をそれぞれ管端加工部の周方向に沿って周回させるようにしたので、レーザ変位計及び撮像装置と管端加工部との間の距離を充分に短くしておくことにより、レーザ変位計に要求される検査精度と撮像装置に要求される検査精度とを共に満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の管端検査装置の一実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に管端検査装置の側面図である。
【図３】回転テーブルとその周辺部の背面図である。
【図４】レーザ変位計ユニット及び撮像装置ユニットの概略構成を示す背面図である。
【図５】検査対象となる管端部の開先加工部を示す斜視図である。
【図６】変位計移動機構の概略構成を示す平面図である。
【図７】撮像装置移動機構の概略構成を示す平面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、撮像装置と管の開先加工部との位置関係を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の管端検査装置の一実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
図１は本実施形態の管端検査装置の概略構成を示す斜視図、図２は図１に示した管端検査装置の側面図である。これらの図において符号１は管端検査装置であり、この管端検査装置１は、端部に対して溶接のための開先加工を行った管（配管）の、開先加工部（管端加工部）の加工状態を検査するためのものである。被検査体となる管としては、特に限定されないものの、発電所やプラントに用いられる各種配管、例えば伝熱管などが適用される。
【００１６】
この管端検査装置１は、管の開先加工を行うラインに設置されたもの、すなわちインライン化されたもので、図示しない開先加工装置の下流側に配置されたものである。開先加工装置には、開先加工した管２を移送するコンベア（図示せず）が接続されており、このコンベアには管端検査装置１に接続されている。これによって管端検査装置１には、開先加工された管２がその開先加工部を先にしてコンベアで移送され、図１中矢印で示すように供給されるようになっている。
【００１７】
この管端検査装置１は、図２に示すように移送されてきた管２の位置決めを行うストッパユニット３と、位置決めされた管２をその位置に保持固定するクランプユニット４と、保持固定された管２の開先加工部（管端加工部）の検査を行う計測ユニット５と、を備えて構成されている。
【００１８】
ストッパユニット３は、エアシリンダー等（図示せず）によって昇降可能とした一対のロッド６、６間に保持板７ａを取り付け、この保持板７ａの一側部に位置決め板７ｂを取り付けたものである。位置決め板７ｂは、その表裏面が水平方向に向くように保持板７ａに取り付けられている。なお、一対のロッド６、６は、図２の紙面奥行き方向に適宜な間隔をあけて配置されており、これによって管２は、その開先加工部（管端加工部）がこれらロッド６、６に干渉されることなく、これらの間を通り抜けられるようになっている。
【００１９】
このような構成によってストッパユニット３は、図２中二点鎖線で示すように管２の先端（開先加工部）が突き当たる位置から、図２中実線で示した管２の先端より充分に高い退避位置までの間、位置決め板７ｂを昇降させるようになっている。したがって、ストッパユニット３は、コンベアによって移動してきた管２を、図２中の二点鎖線で示す位置で位置決め板７ｂに突き当てさせ、ここでその移動を停止させることにより、管２を検査位置に位置決めするようになっている。
【００２０】
クランプユニット４は、図２に示すようにストッパユニット３の前方に配置された架台８上に設けられたもので、図１、図２に示すように架台８上に設けられた載置ブロック９と、載置ブロック９上に配設された押圧板１０と、押圧板１０上に配置されたエアシリンダー１１とを備えて構成されたものである。
【００２１】
載置ブロック９は、例えばその上部にＶ字状に切り欠かれてなる管保持部（図示せず）を有し、この管保持部に管２を保持するように構成されたものである。エアシリンダー１１は、架台８上に設けられた固定枠１２に固定されたもので、下方に向けて設けられた可動ロッド（図示せず）の下端部に前記押圧板１０を取り付けたものである。押圧板１０は、架台８と固定枠１２との間に配置されて、前記載置ブロック９の両側に設けられた一対のガイド軸１３、１３に移動可能に取り付けられたものである。
【００２２】
このような構成によってクランプユニット４は、前記コンベアによって移送されてきた管２を載置ブロック９の管保持部に保持する。そして、前記のストッパユニット３で管２が位置決めされると、エアシリンダー１１が作動して押圧板１０が下降し、管２を下方に押圧する。これによってクランプユニット４は、管２を載置ブロック９と押圧板１０とで挟持固定することにより、管２を所定位置、すなわちストッパユニット３で位置決めされた検査位置に固定するようになっている。
【００２３】
なお、載置ブロック９の管保持部がＶ字状に切り欠かれて形成されているため、この管保持部に保持固定された管２は、左右方向にずれることなく、その中心軸が平面視して管保持部の中心線に重なるように位置させられる。また、管保持部がＶ字状に形成されているため、管２の外径が変わっても、管２は常にその中心軸が平面視して管保持部の中心線に重なるようになっている。したがって、クランプユニット４は、外径の異なる種々の管２に対応可能になっている。
【００２４】
計測ユニット５は、図１、図２に示すようにストッパユニット３の後方に配置された筐体１４内に収容されたものである。筐体１４は、Ｚ軸ステージ１５によって鉛直方向に昇降可能に構成されるとともに、Ｘ軸ステージ１６によって管２の先端、すなわち開先加工部に対して進退可能に構成されている。このような構成によって筐体１４内の計測ユニット５は、図２中実線で示すようにストッパユニット３の位置決め板７ｂが上方に退避した後、Ｘ軸ステージ１６の駆動によって筐体１４が図２中二点鎖線で示すように管２側に前進することにより、予め設定された検査位置に至るようになっている。また、管２の種類が変わって外径が変化した場合などでは、Ｚ軸ステージ１５の駆動によって昇降し、計測ユニット５の検査中心が管２の中心軸に一致させられるようになっている。
【００２５】
計測ユニット５は、図１に示すように筐体１４の一方の面（クランプユニット４側の面）に基板２０を配置し、この基板２０上にレーザ変位計ユニットと撮像装置ユニットとを有したものである。基板２０は、円形の開口２０ａを形成したもので、筐体１４が前進した際、この開口２０ａ内に管２の先端部（開先加工部）を通り抜けさせるようになっている。
【００２６】
基板２０には、図３に示すように前記クランプユニット４側の面と反対側の面上に、円環板状の回転テーブル２１が設けられている。なお、図３では、後述するレーザ変位計ユニット及び撮像装置ユニットの図示を省略して、回転テーブル２１の構成を分かり易くしている。回転テーブル２１は、本発明における周回手段となるもので、前記した基板２０の開口２０ａの外周部にその周方向に沿って設けられた円形枠状のガイド枠２２に、正逆方向に回転可能に取り付けられている。
【００２７】
この回転テーブル２１は、図３に示すように基板２０に設けられた回転機構２３により、ガイド枠２２に対して回転可能に取り付けられている。そして、この回転テーブル２１は、その回転中心が、前記クランプユニット４に固定された管２の中心軸に一致するようになっている。なお、この回転テーブル２１の回転中心は、計測ユニット５の検査中心、すなわち後述するレーザ変位計や撮像装置の検査中心となっている。
【００２８】
回転機構２３は、回転テーブル２１に対しその周方向に沿って架け渡されたタイミングベルト２４と、このタイミングベルト２４を回転可能に保持する一対のプーリー２５、２５と、一方のプーリー２５を正逆方向に回転させるサーボモータ２６と、サーボモータ２６の駆動を制御する制御装置（図示せず）とを備えて構成されている。このような構成のもとに回転機構２３は、制御装置によってサーボモータ２６を駆動させてプーリー２５を予め設定した回転速度で正方向又は逆方向に回転させ、これによってタイミングベルト２４を介して回転テーブル２１を設定した回転速度で正方向又は逆方向に回転させるようになっている。
【００２９】
また、この回転機構２３には、回転テーブル２１の回転を規制する規制機構２７が設けられている。規制機構２７は、ドグ２８とリミットスイッチ（図示せず）とを有し、ドグ２８がリミットスイッチを押圧することにより、回転テーブル２１の回転を停止させるように構成されている。
【００３０】
回転テーブル２１には、図４に示すように基板２０側の面と反対側の面上に、レーザ変位計ユニット４０と撮像装置ユニット６０とが搭載されている。レーザ変位計ユニット４０は、前記回転テーブルに固定された矩形状の取付板４１と、取付板４１上に設けられたレーザ変位計４２と、取付板４１上に固定されてレーザ変位計４２を移動可能に保持する変位計移動機構４３と、を備えて構成されている。
【００３１】
取付板４１には、略矩形状の開口４１ａが設けられており、この開口４１ａは回転テーブル２１の内部孔、すなわち基板２０の開口（図示せず）に連通して配置されている。したがって、基板２０の開口を通り抜けた管２は、その先端部、すなわち開先加工部を、開口４１ａ内に臨ませるようになっている。
【００３２】
レーザ変位計４２は、図５に示す管２の開先加工部（管端加工部）２ａの形状を計測し、その加工精度を検査するためのものである。すなわち、図６に示すようにレーザ変位計４２は、取付板４１の開口４１ａ内に臨む開先加工部２ａ（図４参照）の周方向の一部にセンシングポイントとなるレーザビームスポットを照射し、図５に示した管２の開先加工部２ａの形状、すなわち加工した管外面２ｂ及び管端面２ｃ、さらに管内面２ｄの管端面２ｃ側の形状を、２次元形状計測するものである。
【００３３】
また、このレーザ変位計４２は、回転テーブル２１によって管２の開先加工部２ａの周方向に沿って回転移動させられることにより、図５に示すレーザビームスポットＳが管２の開先加工部２ａの周方向に沿って回転するようになっている。これにより、レーザ変位計４２は、回転テーブル２１の回転によって管２の開先加工部２ａをその周方向に走査し、開先加工部２ａの全周の形状計測を行えるようになっている。
【００３４】
図６に示すように変位計移動機構４３は、ステッピングモータ４４と、ステッピングモータ４４に連結したボールネジ４５と、ボールネジ４５に螺合した可動ブロック４６と、可動ブロック４６に連結し、かつレーザ変位計４２を保持する保持板４７と、を備えて構成されている。ステッピングモータ４４は、図示しない制御装置から与えられる信号によって正逆方向のいずれかに回転し、ボールネジ４５を所定の回転数だけ回転させるようになっている。これによって可動ブロック４６は、ボールネジ４５の長さ方向に沿って進退し、保持板４７に保持されたレーザ変位計４２をボールネジ４５の長さ方向と平行な方向に移動させる。
【００３５】
ここで、変位計移動機構４３は、ボールネジ４５の配置や、保持板４７へのレーザ変位計４２の取り付け位置などが調整されていることにより、前記したようにレーザ変位計４２を移動させることで、そのレーザビームスポットＳを前記開先加工部（管端加工部）２ａの半径方向、すなわち管２の半径方向に移動できるようになっている。したがって、この変位計移動機構４３により、図５に示すようにレーザ変位計４２のレーザビームスポットＳを管２の開先加工部２ａの一部、すなわち管２の周方向における一部の開先加工部２ａに照射できるように調整することにより、管２の種類が変わってその外径が変わった場合にも、これに対応して管２の開先加工部２ａの一部にレーザビームスポットＳを照射することができる。
【００３６】
つまり、前記したようにＺ軸ステージ１５の駆動によって予め管２の中心軸に計測ユニット５の検査中心、すなわち回転テーブル２１の回転中心を一致させた後、変位計移動機構４３でレーザビームスポットＳの照射位置を管２の半径方向に移動させることにより、管２の外径の変化に容易に対応することができるようになっている。
【００３７】
図４に示す撮像装置ユニット６０は、回転テーブル２１に固定された矩形状の取付板（図示せず）と、取付板上に設けられた撮像装置６２と、取付板上に固定されて撮像装置６２を移動可能にする撮像装置移動機構６３と、この撮像装置移動機構６３に設けられて撮像装置６２を変位可能に搭載するゴニオテーブルと、を備えて構成されている。
【００３８】
前記取付板は、回転テーブル２１上において、前記レーザ変位計ユニット４０の取付板４１の側方に配置されたものである。
撮像装置６２は、本実施形態では図７に示すようにＣＣＤカメラ６２ａと照明器６２ｂとを有したもので、図５に示す管２の開先加工部（管端加工部）２ａの表面を撮影し、その加工状態を検査するためのものである。すなわち、撮像装置６２は、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点を図５に示した管２の開先加工部２ａの管外面２ｂの一部に合わせて撮影することにより、管外面２ｂの焼き付きの有無を検査し、また、焦点を管内面２ｄの一部に合わせて撮影することにより、管内面２ｄの傷の有無を検査するように構成されている。なお、照明器６２ｂは、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点となる部位を照らすように構成されている。
【００３９】
また、この撮像装置６２は、回転テーブル２１によって管２の開先加工部２ａの周方向に沿って回転移動させられることにより、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点が管２の開先加工部２ａの周方向に沿って回転するようになっている。これにより、撮像装置６２は、回転テーブル２１の回転によって管２の開先加工部２ａをその周方向に走査し、開先加工部２ａの全周の撮影、検査を行えるようになっている。ただし、本実施形態の撮像装置６２は、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点が開先加工部２ａの管外面２ｂと管内面２ｄのうちの一方にのみ合うように構成されている。したがって、回転テーブル２１が一周する間で撮影できる部位は、管外面２ｂと管内面２ｄとのうちの一方のみとなっている。
【００４０】
図７に示すように撮像装置移動機構６３は、ステッピングモータ６５と、ステッピングモータ６５に連結したボールネジ６６と、ボールネジ６６に螺合した可動ブロック（図示せず）と、可動ブロックに一体に設けられた前記ゴニオテーブル６４と、ゴニオテーブル６４に連結され、かつ撮像装置６２を保持する保持板６８と、を備えて構成されている。ステッピングモータ６５は、図示しない制御装置から与えられる信号によって正逆方向のいずれかに回転し、ボールネジ６６を所定の回転数だけ回転させるようになっている。これによって可動ブロックは、ボールネジ６６の長さ方向に沿って進退し、保持板６８に保持された撮像装置６２をボールネジ６６の長さ方向と平行な方向に移動させる。
【００４１】
ここで、撮像装置移動機構６３は、ボールネジ６６の配置や、保持板６８への撮像装置６２の取り付け位置などが調整されていることにより、前記したように撮像装置６２を移動させることで、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点を前記開先加工部（管端加工部）２ａの半径方向、すなわち管２の半径方向に移動できるようになっている。したがって、この撮像装置移動機構６３により、ＣＣＤカメラ６２ａの焦点を管２の開先加工部２ａの一部、すなわち管２の周方向における一部の開先加工部２ａに合うように調整することにより、管２の種類が変わってその外径が変わった場合にも、これに対応して管２の開先加工部２ａの一部に焦点を合わせることができる。
【００４２】
つまり、前記したようにＺ軸ステージ１５の駆動によって予め管２の中心軸に計測ユニット５の検査中心、すなわち回転テーブル２１の回転中心を一致させた後、撮像装置移動機構６３でＣＣＤカメラ６２ａの焦点を管２の半径方向に移動させることにより、管２の外径の変化に容易に対応することができるようになっている。
【００４３】
ゴニオテーブル６４は、図４に示すサーボモータ６９に接続したもので、サーボモータ６９の駆動によって正逆方向に回動し、搭載した撮像装置６２を所定の位置間で変位させるようになっている。すなわち、このゴニオテーブル６４は、予め設計された点を回動中心として正逆方向に回動することにより、図８（ａ）に示すように撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点が管２の開先加工部２ａの管外面２ｂに合うときの焦点距離と、図８（ｂ）に示すように撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点が管２の開先加工部２ａの管内面２ｄに合うときの焦点距離とが同一になるように、撮像装置６２の位置を変位させるように構成されている。このような構成によって撮像装置６２は、管外面２ｂを撮影するときの感度（精度）と管内面２ｄを撮影するときの感度（精度）とを、同じにして撮影できるようになっている。
【００４４】
次に、このような構成の管端検査装置１による管２の開先加工部２ａの検査方法について説明する。
まず、開先加工装置で開先加工され、コンベアで移送されてきた管２を、図１、図２に示すように受け入れる。すなわち、前記したようにコンベアで移送されてきた管２の先端位置をストッパユニット３で位置決めし、この位置決めした状態でクランプユニット４により保持固定する。
【００４５】
次に、管２の外径に合わせて必要に応じてＺステージ１５を駆動し、管２の中心軸と計測ユニット５の検査中心、すなわち回転テーブル２１の回転軸とを一致させる。また、Ｘ軸ステージ１６を駆動して筐体１４を予め設定した位置まで前進させ、レーザ変位計４２のレーザビームスポットが管２の開先加工部２ａに位置するようにするとともに、撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点が管２の開先加工部２ａに合うようにする。
また、管２の種類が変わり、その外径が変わった場合などでは、変位計移動機構４３、撮像装置移動機構６３をそれぞれ駆動させ、レーザ変位計４２、撮像装置６２を管２の外径に対応した位置に移動させる。
【００４６】
次いで、レーザ変位計４２、撮像装置６２をそれぞれ作動させる。その際、撮像装置６２については、ゴニオテーブル６４を調整しておくことにより、図８（ａ）に示すように管２の開先加工部２ａの管外面２ｂにＣＣＤカメラ６２ａの焦点を合わせておく。
続いて、回転テーブル２１を例えば図３中の矢印で示す正方向に３６０度回転させる。
【００４７】
すると、図４に示したようにレーザ変位計ユニット４０、撮像装置ユニット６０は回転テーブル２１に搭載されているため、レーザ変位計ユニット４０のレーザ変位計４２は、そのレーザビームスポットＳを管２の開先加工部２ａの所定位置に照射しつつその周方向に一周する。これにより、レーザ変位計４２は開先加工部２ａの全周を計測し、得られた計測データを例えば解析装置（図示せず）に送信する。解析装置では、送信された計測データに基づき、開先加工部２ａの形状を求め、加工精度の良否等を判定する。したがって、レーザ変位計４２により、開先加工部２ａの加工精度の検査を自動的に行うことができる。
【００４８】
一方、撮像装置ユニット６０の撮像装置６２は、そのＣＣＤカメラ６２ａの焦点を管２の開先加工部２ａの管外面２ｂの所定位置に合わせつつ、その周方向に一周する。これにより、撮像装置６２（ＣＣＤカメラ６２ａ）は開先加工部２ａの管外面２ｂの全周を撮影し、得られた画像データを例えば解析装置（図示せず）に送信する。解析装置では、送信された画像データに基づき、開先加工部２ａの管外面２ｂの焼き付きの有無を判定する。したがって、撮像装置６２により、開先加工部２ａの管外面２ｂの焼き付きの有無の検査を自動的に行うことができる。
【００４９】
このようにして回転テーブル２１が一周（３６０度）回転すると、前記規制機構２７によって回転テーブル２１の回転（正回転）が停止させられる。そして、回転テーブル２１を逆回転させるよう、サーボモータ２６が再駆動する。
その際、撮像装置ユニット６０については、サーボモータ６９を駆動させてゴニオテーブル６４を調整し、撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点を、図８（ｂ）に示すように管２の開先加工部２ａの管内面２ｄに合わせておく。
【００５０】
このようにしてＣＣＤカメラ６２ａの焦点を管内面２ｄに合わせた後、回転テーブル２１を逆回転させ、一周（３６０度）回転させると、撮像装置６２は、そのＣＣＤカメラ６２ａの焦点を管２の開先加工部２ａの管内面２ｄの所定位置に合わせつつ、その周方向に一周する。これにより、撮像装置６２（ＣＣＤカメラ６２ａ）は開先加工部２ａの管内面２ｄの全周を撮影し、得られた画像データを例えば解析装置（図示せず）に送信する。解析装置では、送信された画像データに基づき、開先加工部２ａの管内面２ｄの傷の有無を判定する。したがって、撮像装置６２により、開先加工部２ａの管内面２ｄの傷の有無の検査を自動的に行うことができる。
【００５１】
なお、この逆回転時には、レーザ変位計４２による計測を行う必要はなく、したがってその作動を停止させておく。
また、このようにして回転テーブル２１が逆方向に一周（３６０度）回転すると、前記規制機構２７によって回転テーブル２１の回転（逆回転）が停止させられる。そして、管２の開先加工部２ａについての検査が終了する。したがって、管２は、クランプユニット４による固定から解放された後、コンベアによって次工程に移送される。
【００５２】
このような管端検査装置１にあっては、レーザ変位計４２及び撮像装置６２を開先加工部（管端加工部）２ａの周方向に沿って移動させる回転テーブル２１を備えているので、この回転テーブル２１によってレーザ変位計４２及び撮像装置６２を開先加工部２ａの周方向に沿って移動させ、レーザ変位計４２のレーザビームスポット及び撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点をそれぞれ開先加工部の周方向に沿って周回させることにより、管端部の開先加工部２ａについて、寸法精度と加工面の状態とを共に自動的に検査することができる。すなわち、開先加工部２ａの加工精度と焼き付きや傷の有無とを共に検査することができる。
よって、この管端検査装置１によれば、従来に比べ検査時間を大幅に短縮することができ、また、検査を精度良く行えることで管２の加工品質を一定に保つことができ、さらに、検査工程に必要な人員を減らすことでコストを削減することができる。
【００５３】
また、回転テーブル２１でレーザ変位計４２と撮像装置６２とを共に周回させるようにしたので、これらを個々に周回させる場合に比べて検査装置全体をコンパクト化することができる。したがって、前記実施形態で示したように、管端検査装置１のインライン化が可能になる。
さらに、レーザ変位計４２のレーザビームスポット及び撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点をそれぞれ開先加工部２ａの周方向に沿って周回させるようにしたので、レーザ変位計４２及びＣＣＤカメラ６２ａと開先加工部２ａとの間の距離を充分に短くしておくことにより、レーザ変位計４２に要求される検査精度と撮像装置６２に要求される検査精度とを共に満足させることができる。
【００５４】
また、撮像装置６２の位置をゴニオテーブル６４で変位させることにより、開先加工部２ａにおける管内面２ｄを撮影する際の焦点距離と、管外面２ｂを撮影する際の焦点距離とが同じになるようにしたので、管内面２ｄと管外面２ｂとを同じ感度（精度）で自動的に撮影することができ、したがって管内面２ｄと管外面２ｂとを要求される精度で良好に検査することができる。
【００５５】
また、変位計移動機構４３、撮像装置移動機構６３を備えているので、これら変位計移動機構４３、撮像装置移動機構６３によってレーザ変位計４２のレーザビームスポットを開先加工部２ａの半径方向に移動させ、また、撮像装置６２のＣＣＤカメラ６２ａの焦点を開先加工部２ａの半径方向に移動させることにより、管２の外径の変化に容易に対応してその検査を行うことができる。
【００５６】
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、本発明の管端検査装置を、管の開先加工部の検査に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、開先加工以外の種々の加工を行った管端部に対して、その検査を行うことができる。
【００５７】
また、前記実施形態では、撮像装置６２をゴニオテーブル６４に搭載し、撮像装置６２を変位させることで管端加工部（開先加工部２ａ）の管外面２ｂと管内面２ｄとを共に撮影できるようにしたが、他に例えば、撮像装置を二つ備え、一方で管外面２ｂを撮影し、他方で管内面２ｄを撮影するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、変位計移動機構４３、撮像装置移動機構６３を備えることで検査対象となる管の外径の変化に対応できるようにしたが、検査対象となる管の外径が一定の場合には、変位計移動機構４３、撮像装置移動機構６３を省略することもできる。
【符号の説明】
【００５８】
１…管端検査装置、２…管、２ａ…開先加工部（管端加工部）、２ｂ…管外面、２ｄ…管内面、５…計測ユニット、２１…回転テーブル（周回手段）、２３…回転機構、４０…レーザ変位計ユニット、４２…レーザ変位計、４３…変位計移動機構、６０…撮像装置ユニット、６２…撮像装置、６２ａ…ＣＣＤカメラ、６２ｂ…照明器、６３…撮像装置移動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部を加工した管の管端加工部を検査する管端検査装置であって、
前記管端加工部の形状を計測するレーザ変位計と、
前記管端加工部の表面を撮影する撮像装置と、
前記レーザ変位計及び前記撮像装置を前記管端加工部の周方向に沿って移動させることにより、前記レーザ変位計のレーザビームスポット及び前記撮像装置の焦点を前記管端加工部の周方向に沿って周回させる周回手段と、を備えたことを特徴とする管端検査装置。
【請求項２】
前記周回手段は、前記レーザ変位計及び前記撮像装置を保持して前記管端加工部の周方向に沿って回転する回転テーブルにより、構成されていることを特徴とする請求項１記載の管端検査装置。
【請求項３】
前記撮像装置は、前記管端加工部における管内面の撮影と、該管端加工部における管外面の撮影とを共に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の管端検査装置。
【請求項４】
前記撮像装置は、前記管端加工部における管内面を撮影する際の焦点距離と、管外面を撮影する際の焦点距離とが同じになるように該撮像装置の位置を変位させるゴニオテーブルに搭載されていることを特徴とする請求項３記載の管端検査装置。
【請求項５】
前記周回手段は、前記レーザ変位計を移動させてそのレーザビームスポットを前記管端加工部の半径方向に移動させる変位計移動機構と、前記撮像装置を移動させてその焦点を前記管端加工部の半径方向に移動させる撮像装置移動機構と、を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の管端検査装置。
【請求項１】
端部を加工した管の管端加工部を検査する管端検査装置であって、
前記管端加工部の形状を計測するレーザ変位計と、
前記管端加工部の表面を撮影する撮像装置と、
前記レーザ変位計及び前記撮像装置を前記管端加工部の周方向に沿って移動させることにより、前記レーザ変位計のレーザビームスポット及び前記撮像装置の焦点を前記管端加工部の周方向に沿って周回させる周回手段と、を備えたことを特徴とする管端検査装置。
【請求項２】
前記周回手段は、前記レーザ変位計及び前記撮像装置を保持して前記管端加工部の周方向に沿って回転する回転テーブルにより、構成されていることを特徴とする請求項１記載の管端検査装置。
【請求項３】
前記撮像装置は、前記管端加工部における管内面の撮影と、該管端加工部における管外面の撮影とを共に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の管端検査装置。
【請求項４】
前記撮像装置は、前記管端加工部における管内面を撮影する際の焦点距離と、管外面を撮影する際の焦点距離とが同じになるように該撮像装置の位置を変位させるゴニオテーブルに搭載されていることを特徴とする請求項３記載の管端検査装置。
【請求項５】
前記周回手段は、前記レーザ変位計を移動させてそのレーザビームスポットを前記管端加工部の半径方向に移動させる変位計移動機構と、前記撮像装置を移動させてその焦点を前記管端加工部の半径方向に移動させる撮像装置移動機構と、を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の管端検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８８２５４（Ｐ２０１３−８８２５４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８１３２（Ｐ２０１１−２２８１３２）
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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