ＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置及び検出方法
【課題】ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を、安価で、精度よく検出することが可能なＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置を提供する。
【解決手段】ＵＯ鋼管１の軸線直下に配置されたタッチローラ６を当該ＵＯ鋼管１の外周面に当接した状態で、ターニングロール３によってＵＯ鋼管１を周方向に回転させると、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード２がタッチローラ６を乗り越える前後で２個１対のレーザ式変位計９の出力が変化するため、それらのレーザ式変位計９の出力変化から溶接部ビード２の入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビード２の位置として算出することができる。その際、２個のレーザ式変位計９の出力を加算することにより、回転中のＵＯ鋼管１の水平方向への振動に伴う各レーザ式変位計９の出力変動を相殺することができるので、小さな溶接部ビード２も正確に検出することが可能となる。
【解決手段】ＵＯ鋼管１の軸線直下に配置されたタッチローラ６を当該ＵＯ鋼管１の外周面に当接した状態で、ターニングロール３によってＵＯ鋼管１を周方向に回転させると、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード２がタッチローラ６を乗り越える前後で２個１対のレーザ式変位計９の出力が変化するため、それらのレーザ式変位計９の出力変化から溶接部ビード２の入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビード２の位置として算出することができる。その際、２個のレーザ式変位計９の出力を加算することにより、回転中のＵＯ鋼管１の水平方向への振動に伴う各レーザ式変位計９の出力変動を相殺することができるので、小さな溶接部ビード２も正確に検出することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出するＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置及び検出方法に関するものであり、特にＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を安価で、精度よく検出するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出する従来技術としては、例えば下記特許文献１に記載されるように、レーザ式変位計を、例えばＵＯ鋼管の上方から当該ＵＯ鋼管の外周面に対向配置し、そのレーザ式変位計の出力変化から、溶接部ビードの有無を検出し、その結果から溶接部ビード位置を検出するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３０４６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載されるＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置のように、ＵＯ鋼管の上方にレーザ式変位計を配設する場合、製鉄所では、種々の大きさのＵＯ鋼管を製造するため、それらのＵＯ鋼管の大きさに合わせてレーザ式変位計を上下方向に移動する必要があり、そのための昇降装置が必要となるばかりでなく、レーザ式変位計の昇降装置を、例えばＵＯ鋼管の大きさの外部入力に応じて、自動的に高さ制御するシステムとしなければならず、構造が複雑で高価である。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を、安価で、精度よく検出することが可能なＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置及び検出方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置は、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出するＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置であって、ＵＯ鋼管の外周面に当接して当該ＵＯ鋼管を周方向に回転させる２個１対のターニングロールと、ＵＯ鋼管の軸線直下に配置され且つＵＯ鋼管の外周面に当接した状態で当該ＵＯ鋼管の回転に伴って回転するタッチローラと、前記タッチローラを支持するタッチローラ支持台と、前記タッチローラ支持台に取付られ且つ前記タッチローラとＵＯ鋼管との接触位置から当該ＵＯ鋼管の周方向に同じ所定距離だけ反対方向に離れた位置でＵＯ鋼管の外周までの距離を検出する２個１対のレーザ式変位計と、前記ターニングロールによってＵＯ鋼管を周方向に回転させながら得られた２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値からＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を算出する演算処理装置とを備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の直下とは、まっすぐ下という意味である。
また、前記演算処理装置は、ＵＯ鋼管の溶接部ビードが前記タッチローラを乗り越える前後の２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値から溶接部ビードの入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビードの位置として算出することを特徴とするものである。
本発明の入側、出側は、夫々、ＵＯ鋼管を周方向に回転させたとき、その回転方向入側及び回転方向出側を意味する。
また、前記演算処理装置は、前記２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値の微分値又は当該出力の微分値の加算値が正の所定値以上になるか又は負の所定値以下になる位置を溶接部ビードの入側又は出側の位置とすることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法は、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出するＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法であって、２個１対のターニングロールをＵＯ鋼管の外周面に当接して当該ＵＯ鋼管を周方向に回転し、タッチローラ支持台に支持され且つＵＯ鋼管の軸線直下に配置されたタッチローラを当該ＵＯ鋼管の外周面に当接した状態で当該ＵＯ鋼管の回転に伴って回転させ、前記タッチローラ支持台に取付られ且つ前記タッチローラとＵＯ鋼管との接触位置から当該ＵＯ鋼管の周方向に同じ所定距離だけ反対方向に離れた位置に配設された２個１対のレーザ式変位計でＵＯ鋼管の外周までの距離を検出し、前記ターニングロールによってＵＯ鋼管を周方向に回転させながら得られた２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値からＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を算出することにより、ＵＯ鋼管の回転中の水平方向の振動による２個のレーザ式変位計の出力変動を相殺することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
而して、本発明のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置及び検出方法によれば、ＵＯ鋼管の軸線直下に配置されたタッチローラを当該ＵＯ鋼管の外周面に当接した状態で、ターニングロールによってＵＯ鋼管を周方向に回転させると、ＵＯ鋼管の溶接部ビードがタッチローラを乗り越える前後で２個１対のレーザ式変位計の出力が変化するため、例えばレーザ式変位計の出力変化から溶接部ビードの入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビードの位置として算出すれば、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を正確に精度よく検出することができ、個別の昇降装置などを必要としない分だけ、安価となると共に、溶接部ビードの入側及び出側の位置を求めるにあたり、２個のレーザ式変位計の出力の加算値又は出力の微分値の加算値を用いることにより、ＵＯ鋼管の回転中の水平方向の振動による２個のレーザ式変位計の出力変動を相殺することができ、これにより高さが１ｍｍ程度の小さな溶接部ビードでも位置検出が可能となる。
【０００９】
また、ＵＯ鋼管の溶接部ビードがタッチローラを乗り越える前後の２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値から溶接部ビードの入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビードの位置として算出することとすれば、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を正確に精度よく検出することができる。
また、２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値の微分値又は当該出力の微分値の加算値が正の所定値以上になるか又は負の所定値以下になる位置を溶接部ビードの入側又は出側の位置とすることとすれば、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置をより一層正確に精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法の一実施形態を示すＵＯ鋼管全体の斜視図である。
【図２】図１のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法に用いられたＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置を示す詳細説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】ＵＯ鋼管の回転中に生じる水平方向の振動の説明図である。
【図４】図２のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置によるＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法の一例を示す説明図である。
【図５】図２のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置によるＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法の他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法の一実施形態を示すＵＯ鋼管の全体斜視図である。ＵＯ鋼管１の溶接部ビードの位置を検出する場合には、ＵＯ鋼管１の軸線方向に離れた２カ所に配設されている２個１対のターニングロール３にＵＯ鋼管を搭載し、ＵＯ鋼管１の外周面を当接しているそれらのターニングロール３でＵＯ鋼管１を周方向に回転させて行う。
図２は、本実施形態のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置の詳細を示す説明図であり、図２ａは、ＵＯ鋼管１の軸線方向から見た正面図、図２ｂは右側面図である。図中の符号２が、ＵＯ鋼管１の溶接部ビードを示している。
【００１２】
図中の符号３は、前述したように、ＵＯ鋼管１の外周面に接触して当該ＵＯ鋼管１を周方向に回転させるターニングロールである。ターニングロール３であるから、図２ａの紙面垂直方向に長手である。本実施形態では、外径が同じ２個１対のターニングロール３を所定距離だけ離して、同じ高さに配設した。従って、これらのターニングロール３の上にＵＯ鋼管１を搭載すると、その軸線は、原理的に、２個のターニングロール３の丁度真ん中の鉛直面Ｐ上に位置する。また、図の左側のターニングロール３には、図示しない回転駆動源を接続すると共にロータリエンコーダなどのパルス発信器４を取付けた。ターニングロール制御盤５は、後述する演算処理装置１３からの指令に応じて、前記パルス発信器４からのパルスを受信して、図示しない回転駆動源を制御することにより、図示左方のターニングロール３の回転状態を制御する。
【００１３】
２個１対のターニングロール３の真ん中にはタッチローラ６が配設されている。このタッチローラ６は、比較的長さの短い円筒体であり、ＵＯ鋼管１の外周面に沿った倣い動作をスムーズにするために、図２ｂに明示するように、ＵＯ鋼管１の軸線方向に、少し離して２個１対配設した。これらのタッチローラ６は、軸受７を介して、共通のタッチローラ支持台８に取付けられている。その結果、タッチローラ６は、ＵＯ鋼管１の軸線直下（まっすぐ下の意）に位置し、ＵＯ鋼管１の外周面に当接した状態で、前記ターニングロール３によってＵＯ鋼管１を周方向に回転させると、それに伴ってタッチローラ６も回転する。なお、タッチローラ６の外径については、後段に詳述する。
【００１４】
前記タッチローラ支持台８上には、前記２個１対のタッチローラ６の間に、２個１対のレーザ式変位計９が配設されている。２個のレーザ式変位計９は、図２ａに明示するように、ＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐに対して互いに逆方向で且つ当該鉛直面Ｐから等距離の位置に配設されている。従って、２個１対のターニングロール３上にＵＯ鋼管１が搭載され且つタッチローラ６がＵＯ鋼管１の外周面に当接していると、２個のレーザ式変位計９は、ＵＯ鋼管１の軸線直下から所定距離離れた部位のＵＯ鋼管１の外周面までの距離を検出することになる。
【００１５】
本実施形態では、理解を容易にするために、ターニングロール３によってＵＯ鋼管１を周方向に回転させたとき、例えば図１ａの矢印方向、即ち図の左から右にＵＯ鋼管１の下部を回転させた場合、つまり反時計回りに回転させた場合に、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げる以前に溶接部ビード２までの距離を全て検出することができ、且つ溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げると同時にＵＯ鋼管１の外周面までの距離を検出できる位置に図示左側のレーザ式変位計９を配設するものとする。
【００１６】
つまり、溶接部ビード２がレーザ式変位計９に接近しているときにあって、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げていないときは溶接部ビード２までの距離を検出し且つ溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げているときはＵＯ鋼管１の外周面までの距離を検出する。ＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐまでの距離は、どちらのレーザ式変位計９も同じなので、図示右側のレーザ式変位計９は、ＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐを対称線として、図示左側のレーザ式変位計９と線対称な位置に配設されている。なお、図２ｂに示すように、本実施形態では２個のレーザ式変位計９をＵＯ鋼管１の軸線方向に離して配設しているが、軸線方向に離す必要はない。
【００１７】
前記タッチローラ支持台８は、エアシリンダ１０のシリンダロッド１１の先端に接続され、エアシリンダ１０は測定基部１２に固定されている。また、測定基部１２とタッチローラ支持台８の間に２本のシリンダガイド１４が配設されている。このエアシリンダ１０のシリンダロッド１１を伸縮するとタッチローラ支持台８が昇降され、タッチローラ支持台８を上昇させた状態でタッチローラ６がＵＯ鋼管１の外周面に当接する。本実施形態では、エアシリンダ１０は、溶接部ビード２を含むＵＯ鋼管１の外周面にタッチローラ６を所定の押力で押当させるものとした。つまり、ＵＯ鋼管１の重量は大きいので、ＵＯ鋼管１の外周面が移動して溶接部ビード２がタッチローラ６に当接すると、ＵＯ鋼管１の重量にエアシリンダ１０の押力が負けてタッチローラ６を含むタッチローラ支持台８が下方に押し下げられ、これによりタッチローラ６及びタッチローラ支持台８は上下方向に移動可能としてある。
【００１８】
前記２個１対のレーザ式変位計９の出力は演算処理装置１３に入力される。この演算処理装置１３では、後述する原理に基づいた演算処理を、例えばプログラミングによって行い、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード２の位置を算出する。演算処理装置１３では、レーザ式変位計９の出力を入力し、その入力値を加算し、その加算値を微分し、その微分値が正の所定値以上であるか否かを判定し、その微分値が正の所定値以上である場合にハイレベル、所定値未満である場合にローレベルとなるハイサイドオンオフ信号を算出すると共に、前記微分値が負の所定値以下であるか否かを判定し、その微分値が負の所定値以下である場合にハイレベル、所定値を超える場合にローレベルとなるローサイドオンオフ信号を算出する。
【００１９】
例えば、図２ａのように、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げておらず、どちらのレーザ式変位計９によっても、溶接部ビード２までの距離が検出されていない状態で、ターニングロール３によってＵＯ鋼管１を図の矢印方向、即ち周方向に回転させると、２つのレーザ式変位計９がＵＯ鋼管１の外周面までの距離を検出している限り、レーザ式変位計９の出力はほぼ一定となる。
【００２０】
この状態から、溶接部ビード２が図２の左側のレーザ式変位計９に接近し、その回転方向入側端部までの距離が当該左側のレーザ式変位計９によって検出され始めると、例えば図４の時刻ｔ０以降に示すように、左側レーザ式変位計９の出力値、即ち溶接部ビード２間での距離が次第に小さくなる。このときの左側レーザ式変位計９の出力の傾きは負値である。溶接部ビード２の断面形状は、図２ａに示すような、半楕円弧状或いは半長円弧状なので、左側レーザ式変位計９の出力の傾きは、溶接部ビード２までの距離を検出し始めた初期が最も大きくなり、その後、比較的速やかに小さくなり、その後、左側レーザ式変位計９で検出される溶接部ビード２までの距離が大きくなり始めると、左側レーザ式変位計９の出力の傾きは正値となり、次第にその絶対値が大きくなる。
【００２１】
本実施形態では、溶接部ビード２の回転方向入側部がタッチローラ６に乗り上げると同時に左側レーザ式変位計９はＵＯ鋼管１の外周面を検出するように左側レーザ式変位計９を配設し、右側レーザ式変位計９は、ＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐに対して、左側レーザ式変位計９と線対称な位置に配設されているので、溶接部ビード２のタッチローラ６への乗り上げと同時にＵＯ鋼管１の外周面が２個のレーザ式変位計９から遠ざかり、左右のレーザ式変位計９の出力値、即ちＵＯ鋼管１の外周面までの距離が大きくなる。このとき、タッチローラ６及びタッチローラ支持台８は溶接部ビード２によって（本質的にはＵＯ鋼管１の重量によって）下方に押し下げられた状態となる。このときも、溶接部ビード２の断面形状は半楕円弧状又は半長円弧状なので、２個のレーザ式変位計９の出力の傾きは、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げた直後が最も大きく変動して速やかに大きくなり、その後、比較的速やかに小さくなる。
【００２２】
溶接部ビード２の中央部がタッチローラ６を通過すると、タッチローラ６及びタッチローラ支持台８の溶接部ビード２による押し下げ量が次第に小さくなるので、２個のレーザ式変位計９の出力値、即ちＵＯ鋼管１の外周面までの距離は次第に小さくなり、タッチローラ６への乗り上げ位置が溶接部ビード２の回転方向出側に近づくにつれて、２個のレーザ式変位計９の出力の傾きは次第に小さくなり、溶接部ビード２の回転方向出側がタッチローラ６から乗り落ちる直前に２個のレーザ式変位計９の出力の傾きが最も大きく変化して速やかに小さくなる。
【００２３】
一方、溶接部ビード２がタッチローラ６から外れた直後から右側レーザ式変位計９は溶接部ビード２までの距離を検出するが、断面半楕円弧状又は半長円弧なので、右側レーザ式変位計９で検出される溶接部ビード２が中央部を越えると距離が大きくなり始め、それに伴って右側レーザ式変位計９の出力の傾きは正値となり、次第にその絶対値が大きくなる。この右側レーザ式変位計９の出力の傾きは、溶接部ビード２の回転方向出側端部が通過する直前に著しく大きくなる。
【００２４】
従って、演算処理装置１３では、左側レーザ式変位計９の出力の微分値及び右側レーザ式変位計９の出力の微分値を求め、左側レーザ式変位計９の出力の微分値が負の所定値以下となったときにローサイドオンオフ信号をハイレベルとし、右側レーザ式変位計９の出力の微分値が正の所定値以上となったときにハイサイドオンオフ信号をハイレベルとし、左側レーザ式変位計９の出力及び右側レーザ式変位計９の出力の形態をモデルマッチングし、その出力形態がモデルマッチングしている場合には、ローサイドオンオフ信号の１回目のハイレベルからハイサイドオンオフ信号の２回目のハイレベルまでのパルスをカウントしながらＵＯ鋼管１の回転状態をトラッキングし、当該ローサイドオンオフ信号が１回目にハイレベルになったときのパルスとハイサイドオンオフ信号が２回目にハイレベルになったときのパルスの真ん中に相当するパルス位置を溶接部ビード２の中央部であると算出することが可能となる。
【００２５】
しかしながら、ＵＯ鋼管１は、軸線方向の長さが約１０ｍ〜２０ｍ程度であり、真直度にも真円度にも公差があるので、ＵＯ鋼管１の回転に伴ってぶれが生じる。ＵＯ鋼管１の鉛直方向への振動は、前述したようにエアシリンダ１０が上下方向に移動することによって追従するが、水平方向への振動は追従しきれないことがあり、その場合には、例えば図３に示すように図示左側のターニングロール３はＵＯ鋼管１の外周面に接触しているが、図示右側のターニングロール３はＵＯ鋼管１の外周面から離れている、といった状況がある。このようにＵＯ鋼管１に回転中、水平方向への振動が生じると、図２の状態を標準状態としたとき、例えば図３の場合、左側レーザ式変位計９で検出されるＵＯ鋼管１の外周面までの距離は図２の標準状態より短く、右側レーザ式変位計９で検出されるＵＯ鋼管１の外周面までの距離は図２の標準状態より長い。なお、回転中、水平方向への振動が及ぼす標準状態からの距離の左右のレーザ式変位計９における差は、互いに逆向きで、且つほぼ同じ大きさである。
【００２６】
そこで、本実施形態では、入力された左右の、つまり２個のレーザ式変位計９の出力を加算し、その加算値を微分し、その微分値が正の所定値以上であるか否かを判定し、その微分値が正の所定値以上である場合にハイレベル、所定値未満である場合にローレベルとなるハイサイドオンオフ信号を算出すると共に、前記微分値が負の所定値以下であるか否かを判定し、その微分値が負の所定値以下である場合にハイレベル、所定値を超える場合にローレベルとなるローサイドオンオフ信号を算出する。図４の時刻ｔ０以前は、溶接部ビード２がタッチローラ６に接近する以前であって、回転中のＵＯ鋼管１に水平方向の振動が生じており、その結果、左右のレーザ式変位計９の出力に変動が生じているが、その出力の加算値では、変動が相殺されている。
【００２７】
この状態から、溶接部ビード２が図２の左側のレーザ式変位計９に接近し、時刻ｔ０以降、その回転方向入側端部までの距離が当該左側のレーザ式変位計９によって検出され始めると、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値（この場合は右側レーザ式変位計９は溶接部ビード２に関与していないので、実質的には左側レーザ式変位計９の出力の微分値に等しい）は負値となり、溶接部ビード２の断面形状が半楕円弧状或いは半長円弧状であることから、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は、溶接部ビード２までの距離を検出し始めた初期が最も大きくなる。そこで、この左右のレーザ式変位計９の出力の微分値が負の所定値以下となるとローサイドオンオフ信号がハイレベルになる。
【００２８】
前述のように、溶接部ビード２の断面形状は半楕円弧状又は半長円弧状なので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は、比較的速やかに大きくなり、負の所定値を超えるので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が負の所定値を超えたときに、ローサイドオンオフ信号がローレベルに切替わる。その後、左側レーザ式変位計９で検出される溶接部ビード２までの距離が大きくなり始めると、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は正値となり、次第に絶対値が大きくなる。
【００２９】
前述のように、溶接部ビード２の回転方向入側部がタッチローラ６に乗り上げると同時に左右のレーザ式変位計９で検出されるＵＯ鋼管１の外周面は遠ざかるので、左右のレーザ式変位計９の出力値は大きくなる。このときも、溶接部ビード２の断面形状は半楕円弧状又は半長円弧状なので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げた直後が最も大きく変動して速やかに大きくなり、正の所定値以上となるので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が正の所定値以上となったときに、ハイサイドオンオフ信号がハイレベルになる。その後、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は、比較的速やかに小さくなり、正の所定値未満となるので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が正の所定値未満となったときに、ハイサイドオンオフ信号がローレベルに切替わる。
【００３０】
溶接部ビード２の中央部がタッチローラ６を通過すると、タッチローラ６及びタッチローラ支持台８の溶接部ビード２による押し下げ量が次第に小さくなるので、左右のレーザ式変位計９の出力値、即ちＵＯ鋼管１の外周面までの距離は次第に小さくなり、タッチローラ６への乗り上げ位置が溶接部ビード２の回転方向出側に近づくにつれて、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は次第に小さくなり、溶接部ビード２の回転方向出側がタッチローラ６から乗り落ちる直前に左右のレーザ式変位計９の出力の微分値が最も大きく変動して速やかに小さくなり、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が負の所定値以下となったときにローサイドオンオフ信号がハイレベルとなり、その後に溶接部ビード２がタッチローラ６から外れて左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が負の所定値を超えるとローサイドオンオフ信号がローレベルに切替わる。
【００３１】
一方、溶接部ビード２がタッチローラ６から外れた直後から右側レーザ式変位計９は溶接部ビード２までの距離を検出するが、断面半楕円弧状又は半長円弧なので、右側レーザ式変位計９で検出される溶接部ビード２が中央部を越えると距離が大きくなり始め、それに伴って左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値（この場合は左側レーザ式変位計９は溶接部ビード２に関与していないので、実質的には右側レーザ式変位計９の出力の微分値に等しい）は正値となり、次第に絶対値が大きくなる。この右側レーザ式変位計９の出力の微分値は、溶接部ビード２の回転方向出側端部が通過する直前に著しく大きくなるので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が正の所定値以上となったときにハイサイドオンオフ信号がハイレベルとなり、溶接部ビード２の回転方向出側端部が通過すると、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が正の所定値未満となってハイサイドオンオフ信号がローレベルに切替わる。
【００３２】
演算処理装置１３では、前述したように、ローサイドオンオフ信号の１回目のハイレベルからハイサイドオンオフ信号の２回目のハイレベルまでのパルスをカウントしながらＵＯ鋼管１の回転状態をトラッキングし、当該ローサイドオンオフ信号が１回目にハイレベルになったときのパルスとハイサイドオンオフ信号が２回目にハイレベルになったときのパルスの真ん中に相当するパルス位置を溶接部ビード２の中央部であると算出する。前述のように、ローサイドオンオフ信号が１回目にハイレベルになるのは左側レーザ式変位計９が溶接部ビード２の回転方向入側端部を検出したときであり、ハイサイドオンオフ信号が２回目にハイレベルになるのは右側レーザ式変位計９が溶接部ビード２の回転方向出側端部を検出したときである。即ち、本実施形態では、２個１対のレーザ式変位計９の出力から溶接部ビード２の回転方向入側端部及び出側端部を求め、その中間を溶接部ビード２の位置として算出している。
【００３３】
そして、本実施形態では、左右のレーザ式変位計９の出力を加算し、その加算値から溶接部ビード２の位置を算出することで、回転中のＵＯ鋼管１の水平方向への振動に伴うレーザ式変位計９の出力変動を相殺することができるので、例えば高さの低い、より小さな溶接部ビード２も検出することが可能となる。即ち、近年、ＵＯ鋼管１の品質向上のため、溶接部ビード２を小さくする傾向にあるが、そのようになると前述した溶接部ビード２の検出に伴うレーザ式変位計９の出力の変化も小さくなる。回転中のＵＯ鋼管１の水平方向への振動に伴うレーザ式変位計９の出力変動が残存すると、小さな溶接部ビード２の検出に伴うレーザ式変位計９の出力の変化と区別できないが、回転中のＵＯ鋼管１の水平方向への振動に伴うレーザ式変位計９の出力変動を相殺することができれば、小さな溶接部ビード２の検出に伴うレーザ式変位計９の出力の変化でも検出することができ、結果的に小さな溶接部ビード２も正確に検出することができる。
【００３４】
このように本実施形態のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置では、ＵＯ鋼管１の軸線直下に配置されたタッチローラ６を当該ＵＯ鋼管１の外周面に当接した状態で、ターニングロール３によってＵＯ鋼管１を周方向に回転させると、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード２がタッチローラ６を乗り越える前後で２個１対のレーザ式変位計９の出力が変化するため、それらのレーザ式変位計９の出力変化から溶接部ビード２の入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビード２の位置として算出することができ、そのようにすることでＵＯ鋼管１の溶接部ビード位置を正確に精度よく検出することができ、個別の昇降装置などを必要としない分だけ、安価となると共に、溶接部ビード２の入側及び出側の位置を求めるにあたり、２個のレーザ式変位計９の出力の加算値を用いることにより、ＵＯ鋼管２の回転中の水平方向の振動による２個のレーザ式変位計９の出力変動を相殺することができ、これにより小さな溶接部ビード２でも位置検出が可能となる。
【００３５】
また、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード２がタッチローラ６を乗り越える前後の２個１対のレーザ式変位計９の出力の加算値から溶接部ビード２の入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビード２の位置として算出することにより、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード位置を正確に精度よく検出することができる。
また、２個１対のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が正の所定値以上になるか又は負の所定値以下になる位置を溶接部ビード２の入側又は出側の位置とすることにより、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード位置をより一層正確に精度よく検出することができる。
【００３６】
なお、前記実施形態では、理解を容易にするために、溶接部ビード２の回転方向入側部がタッチローラ６に乗り上げると同時に左側レーザ式変位計９はＵＯ鋼管１の外周面を検出するように左側レーザ式変位計９を配設し、右側レーザ式変位計９は、ＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐに対して、左側レーザ式変位計９と線対称な位置に配設するものとした。しかし、前述のように、２個１対のレーザ式変位計９のうち、回転移動される溶接部ビード２を先に検出するレーザ式変位計９で当該溶接部ビード２の回転方向入側端部位置を検出し、回転移動される溶接部ビード２を後から検出するレーザ式変位計９で当該溶接部ビード２の回転方向出側端部位置を検出すればよいのであるから、必ずしも溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げると同時に、何れかのレーザ式変位計がＵＯ鋼管１の外周面を検出するようにする必要はない。
【００３７】
但し、前記タッチローラ６の外径が小さ過ぎると、溶接部ビード２への衝突などにより、エアシリンダ１０にダメージを与える恐れがある。また、タッチローラ６の外径が大き過ぎると、例えば前記左側レーザ式変位計９が溶接部ビード２の回転方向入側端部までの距離を検出する前に、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げてしまい、溶接部ビード２の回転方向入側端部を検出することが困難になってしまう。これらのことから、タッチローラ６の外径を適切に設定する必要がある。
【００３８】
また、レーザ式変位計９とＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐとの距離が小さ過ぎると、前記タッチローラ６の外径が大き過ぎる場合と同様にして、溶接部ビード２の端部を検出することが困難になってしまう。また、レーザ式変位計９とＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐとの距離が大き過ぎると、ＵＯ鋼管１の真円度誤差の影響や、鋼管外径変動による曲率の影響によって、レーザ変位計９の計測可能範囲を越えてしまう可能性がある。これらのことから、レーザ式変位計９とＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐとの距離も適切に設定する必要がある。
【００３９】
また、レーザ式変位計９の出力の微分演算については、レーザ式変位計９のアナログ出力をハード的に処理してもよいし、Ａ／Ｄ変換後、ソフト的に処理してもよい。
また、前記実施形態では、レーザ式変位計９の出力を微分処理することで溶接部ビード２の入側及び出側端部を検出することとしたが、これに限定されるものではなく、例えばレーザ式変位計９の出力そのものを予め設定した閾値と比較して溶接部ビード２の入側及び出側端部を検出するようにしてもよい。但し、レーザ変位計９の出力値は経時的にドリフトする恐れがあるため、微分処理した方が長期的に安定した検出が可能となる。
【００４０】
また、前記実施形態では、２個のレーザ式変位計９の出力を加算し、その加算値を微分して溶接部ビード２の入側及び出側端部を検出することとしたが、本発明では、２個のレーザ式変位計９の出力を微分し、その微分値を加算して溶接部ビード２の入側及び出側端部を検出することもできる。図５は、２個のレーザ式変位計９の出力を微分し、その微分値を加算し、その加算値からローサイドオンオフ信号及びハイサイドオンオフ信号の切替制御を行ったものであるが、時刻ｔ０以前に発生し、微分値にも残存しているＵＯ鋼管１の回転中水平振動の出力変動は、出力微分値を加算した段階で相殺され、その結果、前記図４と同様のローサイドオンオフ信号及びハイサイドオンオフ信号が得られ、溶接部ビード２の位置を正確に検出することができている。このことから、本発明では、２個のレーザ式変位計９の出力を微分し、その微分値を加算して溶接部ビード２の入側及び出側端部を検出することもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１はＵＯ鋼管、２は溶接部ビード、３はターニングロール、４はパルス発信器、５はターニングロール制御盤、６はタッチローラ、７は軸受、８はタッチローラ支持台、９はレーザ式変位計、１０はエアシリンダ、１１はシリンダロッド、１２は測定基部、１３は演算処理装置、１４はシリンダガイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出するＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置及び検出方法に関するものであり、特にＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を安価で、精度よく検出するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出する従来技術としては、例えば下記特許文献１に記載されるように、レーザ式変位計を、例えばＵＯ鋼管の上方から当該ＵＯ鋼管の外周面に対向配置し、そのレーザ式変位計の出力変化から、溶接部ビードの有無を検出し、その結果から溶接部ビード位置を検出するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３０４６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に記載されるＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置のように、ＵＯ鋼管の上方にレーザ式変位計を配設する場合、製鉄所では、種々の大きさのＵＯ鋼管を製造するため、それらのＵＯ鋼管の大きさに合わせてレーザ式変位計を上下方向に移動する必要があり、そのための昇降装置が必要となるばかりでなく、レーザ式変位計の昇降装置を、例えばＵＯ鋼管の大きさの外部入力に応じて、自動的に高さ制御するシステムとしなければならず、構造が複雑で高価である。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を、安価で、精度よく検出することが可能なＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置及び検出方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置は、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出するＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置であって、ＵＯ鋼管の外周面に当接して当該ＵＯ鋼管を周方向に回転させる２個１対のターニングロールと、ＵＯ鋼管の軸線直下に配置され且つＵＯ鋼管の外周面に当接した状態で当該ＵＯ鋼管の回転に伴って回転するタッチローラと、前記タッチローラを支持するタッチローラ支持台と、前記タッチローラ支持台に取付られ且つ前記タッチローラとＵＯ鋼管との接触位置から当該ＵＯ鋼管の周方向に同じ所定距離だけ反対方向に離れた位置でＵＯ鋼管の外周までの距離を検出する２個１対のレーザ式変位計と、前記ターニングロールによってＵＯ鋼管を周方向に回転させながら得られた２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値からＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を算出する演算処理装置とを備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の直下とは、まっすぐ下という意味である。
また、前記演算処理装置は、ＵＯ鋼管の溶接部ビードが前記タッチローラを乗り越える前後の２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値から溶接部ビードの入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビードの位置として算出することを特徴とするものである。
本発明の入側、出側は、夫々、ＵＯ鋼管を周方向に回転させたとき、その回転方向入側及び回転方向出側を意味する。
また、前記演算処理装置は、前記２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値の微分値又は当該出力の微分値の加算値が正の所定値以上になるか又は負の所定値以下になる位置を溶接部ビードの入側又は出側の位置とすることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法は、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出するＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法であって、２個１対のターニングロールをＵＯ鋼管の外周面に当接して当該ＵＯ鋼管を周方向に回転し、タッチローラ支持台に支持され且つＵＯ鋼管の軸線直下に配置されたタッチローラを当該ＵＯ鋼管の外周面に当接した状態で当該ＵＯ鋼管の回転に伴って回転させ、前記タッチローラ支持台に取付られ且つ前記タッチローラとＵＯ鋼管との接触位置から当該ＵＯ鋼管の周方向に同じ所定距離だけ反対方向に離れた位置に配設された２個１対のレーザ式変位計でＵＯ鋼管の外周までの距離を検出し、前記ターニングロールによってＵＯ鋼管を周方向に回転させながら得られた２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値からＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を算出することにより、ＵＯ鋼管の回転中の水平方向の振動による２個のレーザ式変位計の出力変動を相殺することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
而して、本発明のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置及び検出方法によれば、ＵＯ鋼管の軸線直下に配置されたタッチローラを当該ＵＯ鋼管の外周面に当接した状態で、ターニングロールによってＵＯ鋼管を周方向に回転させると、ＵＯ鋼管の溶接部ビードがタッチローラを乗り越える前後で２個１対のレーザ式変位計の出力が変化するため、例えばレーザ式変位計の出力変化から溶接部ビードの入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビードの位置として算出すれば、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を正確に精度よく検出することができ、個別の昇降装置などを必要としない分だけ、安価となると共に、溶接部ビードの入側及び出側の位置を求めるにあたり、２個のレーザ式変位計の出力の加算値又は出力の微分値の加算値を用いることにより、ＵＯ鋼管の回転中の水平方向の振動による２個のレーザ式変位計の出力変動を相殺することができ、これにより高さが１ｍｍ程度の小さな溶接部ビードでも位置検出が可能となる。
【０００９】
また、ＵＯ鋼管の溶接部ビードがタッチローラを乗り越える前後の２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値から溶接部ビードの入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビードの位置として算出することとすれば、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を正確に精度よく検出することができる。
また、２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値の微分値又は当該出力の微分値の加算値が正の所定値以上になるか又は負の所定値以下になる位置を溶接部ビードの入側又は出側の位置とすることとすれば、ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置をより一層正確に精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法の一実施形態を示すＵＯ鋼管全体の斜視図である。
【図２】図１のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法に用いられたＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置を示す詳細説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】ＵＯ鋼管の回転中に生じる水平方向の振動の説明図である。
【図４】図２のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置によるＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法の一例を示す説明図である。
【図５】図２のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置によるＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法の他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法の一実施形態を示すＵＯ鋼管の全体斜視図である。ＵＯ鋼管１の溶接部ビードの位置を検出する場合には、ＵＯ鋼管１の軸線方向に離れた２カ所に配設されている２個１対のターニングロール３にＵＯ鋼管を搭載し、ＵＯ鋼管１の外周面を当接しているそれらのターニングロール３でＵＯ鋼管１を周方向に回転させて行う。
図２は、本実施形態のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置の詳細を示す説明図であり、図２ａは、ＵＯ鋼管１の軸線方向から見た正面図、図２ｂは右側面図である。図中の符号２が、ＵＯ鋼管１の溶接部ビードを示している。
【００１２】
図中の符号３は、前述したように、ＵＯ鋼管１の外周面に接触して当該ＵＯ鋼管１を周方向に回転させるターニングロールである。ターニングロール３であるから、図２ａの紙面垂直方向に長手である。本実施形態では、外径が同じ２個１対のターニングロール３を所定距離だけ離して、同じ高さに配設した。従って、これらのターニングロール３の上にＵＯ鋼管１を搭載すると、その軸線は、原理的に、２個のターニングロール３の丁度真ん中の鉛直面Ｐ上に位置する。また、図の左側のターニングロール３には、図示しない回転駆動源を接続すると共にロータリエンコーダなどのパルス発信器４を取付けた。ターニングロール制御盤５は、後述する演算処理装置１３からの指令に応じて、前記パルス発信器４からのパルスを受信して、図示しない回転駆動源を制御することにより、図示左方のターニングロール３の回転状態を制御する。
【００１３】
２個１対のターニングロール３の真ん中にはタッチローラ６が配設されている。このタッチローラ６は、比較的長さの短い円筒体であり、ＵＯ鋼管１の外周面に沿った倣い動作をスムーズにするために、図２ｂに明示するように、ＵＯ鋼管１の軸線方向に、少し離して２個１対配設した。これらのタッチローラ６は、軸受７を介して、共通のタッチローラ支持台８に取付けられている。その結果、タッチローラ６は、ＵＯ鋼管１の軸線直下（まっすぐ下の意）に位置し、ＵＯ鋼管１の外周面に当接した状態で、前記ターニングロール３によってＵＯ鋼管１を周方向に回転させると、それに伴ってタッチローラ６も回転する。なお、タッチローラ６の外径については、後段に詳述する。
【００１４】
前記タッチローラ支持台８上には、前記２個１対のタッチローラ６の間に、２個１対のレーザ式変位計９が配設されている。２個のレーザ式変位計９は、図２ａに明示するように、ＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐに対して互いに逆方向で且つ当該鉛直面Ｐから等距離の位置に配設されている。従って、２個１対のターニングロール３上にＵＯ鋼管１が搭載され且つタッチローラ６がＵＯ鋼管１の外周面に当接していると、２個のレーザ式変位計９は、ＵＯ鋼管１の軸線直下から所定距離離れた部位のＵＯ鋼管１の外周面までの距離を検出することになる。
【００１５】
本実施形態では、理解を容易にするために、ターニングロール３によってＵＯ鋼管１を周方向に回転させたとき、例えば図１ａの矢印方向、即ち図の左から右にＵＯ鋼管１の下部を回転させた場合、つまり反時計回りに回転させた場合に、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げる以前に溶接部ビード２までの距離を全て検出することができ、且つ溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げると同時にＵＯ鋼管１の外周面までの距離を検出できる位置に図示左側のレーザ式変位計９を配設するものとする。
【００１６】
つまり、溶接部ビード２がレーザ式変位計９に接近しているときにあって、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げていないときは溶接部ビード２までの距離を検出し且つ溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げているときはＵＯ鋼管１の外周面までの距離を検出する。ＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐまでの距離は、どちらのレーザ式変位計９も同じなので、図示右側のレーザ式変位計９は、ＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐを対称線として、図示左側のレーザ式変位計９と線対称な位置に配設されている。なお、図２ｂに示すように、本実施形態では２個のレーザ式変位計９をＵＯ鋼管１の軸線方向に離して配設しているが、軸線方向に離す必要はない。
【００１７】
前記タッチローラ支持台８は、エアシリンダ１０のシリンダロッド１１の先端に接続され、エアシリンダ１０は測定基部１２に固定されている。また、測定基部１２とタッチローラ支持台８の間に２本のシリンダガイド１４が配設されている。このエアシリンダ１０のシリンダロッド１１を伸縮するとタッチローラ支持台８が昇降され、タッチローラ支持台８を上昇させた状態でタッチローラ６がＵＯ鋼管１の外周面に当接する。本実施形態では、エアシリンダ１０は、溶接部ビード２を含むＵＯ鋼管１の外周面にタッチローラ６を所定の押力で押当させるものとした。つまり、ＵＯ鋼管１の重量は大きいので、ＵＯ鋼管１の外周面が移動して溶接部ビード２がタッチローラ６に当接すると、ＵＯ鋼管１の重量にエアシリンダ１０の押力が負けてタッチローラ６を含むタッチローラ支持台８が下方に押し下げられ、これによりタッチローラ６及びタッチローラ支持台８は上下方向に移動可能としてある。
【００１８】
前記２個１対のレーザ式変位計９の出力は演算処理装置１３に入力される。この演算処理装置１３では、後述する原理に基づいた演算処理を、例えばプログラミングによって行い、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード２の位置を算出する。演算処理装置１３では、レーザ式変位計９の出力を入力し、その入力値を加算し、その加算値を微分し、その微分値が正の所定値以上であるか否かを判定し、その微分値が正の所定値以上である場合にハイレベル、所定値未満である場合にローレベルとなるハイサイドオンオフ信号を算出すると共に、前記微分値が負の所定値以下であるか否かを判定し、その微分値が負の所定値以下である場合にハイレベル、所定値を超える場合にローレベルとなるローサイドオンオフ信号を算出する。
【００１９】
例えば、図２ａのように、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げておらず、どちらのレーザ式変位計９によっても、溶接部ビード２までの距離が検出されていない状態で、ターニングロール３によってＵＯ鋼管１を図の矢印方向、即ち周方向に回転させると、２つのレーザ式変位計９がＵＯ鋼管１の外周面までの距離を検出している限り、レーザ式変位計９の出力はほぼ一定となる。
【００２０】
この状態から、溶接部ビード２が図２の左側のレーザ式変位計９に接近し、その回転方向入側端部までの距離が当該左側のレーザ式変位計９によって検出され始めると、例えば図４の時刻ｔ０以降に示すように、左側レーザ式変位計９の出力値、即ち溶接部ビード２間での距離が次第に小さくなる。このときの左側レーザ式変位計９の出力の傾きは負値である。溶接部ビード２の断面形状は、図２ａに示すような、半楕円弧状或いは半長円弧状なので、左側レーザ式変位計９の出力の傾きは、溶接部ビード２までの距離を検出し始めた初期が最も大きくなり、その後、比較的速やかに小さくなり、その後、左側レーザ式変位計９で検出される溶接部ビード２までの距離が大きくなり始めると、左側レーザ式変位計９の出力の傾きは正値となり、次第にその絶対値が大きくなる。
【００２１】
本実施形態では、溶接部ビード２の回転方向入側部がタッチローラ６に乗り上げると同時に左側レーザ式変位計９はＵＯ鋼管１の外周面を検出するように左側レーザ式変位計９を配設し、右側レーザ式変位計９は、ＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐに対して、左側レーザ式変位計９と線対称な位置に配設されているので、溶接部ビード２のタッチローラ６への乗り上げと同時にＵＯ鋼管１の外周面が２個のレーザ式変位計９から遠ざかり、左右のレーザ式変位計９の出力値、即ちＵＯ鋼管１の外周面までの距離が大きくなる。このとき、タッチローラ６及びタッチローラ支持台８は溶接部ビード２によって（本質的にはＵＯ鋼管１の重量によって）下方に押し下げられた状態となる。このときも、溶接部ビード２の断面形状は半楕円弧状又は半長円弧状なので、２個のレーザ式変位計９の出力の傾きは、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げた直後が最も大きく変動して速やかに大きくなり、その後、比較的速やかに小さくなる。
【００２２】
溶接部ビード２の中央部がタッチローラ６を通過すると、タッチローラ６及びタッチローラ支持台８の溶接部ビード２による押し下げ量が次第に小さくなるので、２個のレーザ式変位計９の出力値、即ちＵＯ鋼管１の外周面までの距離は次第に小さくなり、タッチローラ６への乗り上げ位置が溶接部ビード２の回転方向出側に近づくにつれて、２個のレーザ式変位計９の出力の傾きは次第に小さくなり、溶接部ビード２の回転方向出側がタッチローラ６から乗り落ちる直前に２個のレーザ式変位計９の出力の傾きが最も大きく変化して速やかに小さくなる。
【００２３】
一方、溶接部ビード２がタッチローラ６から外れた直後から右側レーザ式変位計９は溶接部ビード２までの距離を検出するが、断面半楕円弧状又は半長円弧なので、右側レーザ式変位計９で検出される溶接部ビード２が中央部を越えると距離が大きくなり始め、それに伴って右側レーザ式変位計９の出力の傾きは正値となり、次第にその絶対値が大きくなる。この右側レーザ式変位計９の出力の傾きは、溶接部ビード２の回転方向出側端部が通過する直前に著しく大きくなる。
【００２４】
従って、演算処理装置１３では、左側レーザ式変位計９の出力の微分値及び右側レーザ式変位計９の出力の微分値を求め、左側レーザ式変位計９の出力の微分値が負の所定値以下となったときにローサイドオンオフ信号をハイレベルとし、右側レーザ式変位計９の出力の微分値が正の所定値以上となったときにハイサイドオンオフ信号をハイレベルとし、左側レーザ式変位計９の出力及び右側レーザ式変位計９の出力の形態をモデルマッチングし、その出力形態がモデルマッチングしている場合には、ローサイドオンオフ信号の１回目のハイレベルからハイサイドオンオフ信号の２回目のハイレベルまでのパルスをカウントしながらＵＯ鋼管１の回転状態をトラッキングし、当該ローサイドオンオフ信号が１回目にハイレベルになったときのパルスとハイサイドオンオフ信号が２回目にハイレベルになったときのパルスの真ん中に相当するパルス位置を溶接部ビード２の中央部であると算出することが可能となる。
【００２５】
しかしながら、ＵＯ鋼管１は、軸線方向の長さが約１０ｍ〜２０ｍ程度であり、真直度にも真円度にも公差があるので、ＵＯ鋼管１の回転に伴ってぶれが生じる。ＵＯ鋼管１の鉛直方向への振動は、前述したようにエアシリンダ１０が上下方向に移動することによって追従するが、水平方向への振動は追従しきれないことがあり、その場合には、例えば図３に示すように図示左側のターニングロール３はＵＯ鋼管１の外周面に接触しているが、図示右側のターニングロール３はＵＯ鋼管１の外周面から離れている、といった状況がある。このようにＵＯ鋼管１に回転中、水平方向への振動が生じると、図２の状態を標準状態としたとき、例えば図３の場合、左側レーザ式変位計９で検出されるＵＯ鋼管１の外周面までの距離は図２の標準状態より短く、右側レーザ式変位計９で検出されるＵＯ鋼管１の外周面までの距離は図２の標準状態より長い。なお、回転中、水平方向への振動が及ぼす標準状態からの距離の左右のレーザ式変位計９における差は、互いに逆向きで、且つほぼ同じ大きさである。
【００２６】
そこで、本実施形態では、入力された左右の、つまり２個のレーザ式変位計９の出力を加算し、その加算値を微分し、その微分値が正の所定値以上であるか否かを判定し、その微分値が正の所定値以上である場合にハイレベル、所定値未満である場合にローレベルとなるハイサイドオンオフ信号を算出すると共に、前記微分値が負の所定値以下であるか否かを判定し、その微分値が負の所定値以下である場合にハイレベル、所定値を超える場合にローレベルとなるローサイドオンオフ信号を算出する。図４の時刻ｔ０以前は、溶接部ビード２がタッチローラ６に接近する以前であって、回転中のＵＯ鋼管１に水平方向の振動が生じており、その結果、左右のレーザ式変位計９の出力に変動が生じているが、その出力の加算値では、変動が相殺されている。
【００２７】
この状態から、溶接部ビード２が図２の左側のレーザ式変位計９に接近し、時刻ｔ０以降、その回転方向入側端部までの距離が当該左側のレーザ式変位計９によって検出され始めると、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値（この場合は右側レーザ式変位計９は溶接部ビード２に関与していないので、実質的には左側レーザ式変位計９の出力の微分値に等しい）は負値となり、溶接部ビード２の断面形状が半楕円弧状或いは半長円弧状であることから、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は、溶接部ビード２までの距離を検出し始めた初期が最も大きくなる。そこで、この左右のレーザ式変位計９の出力の微分値が負の所定値以下となるとローサイドオンオフ信号がハイレベルになる。
【００２８】
前述のように、溶接部ビード２の断面形状は半楕円弧状又は半長円弧状なので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は、比較的速やかに大きくなり、負の所定値を超えるので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が負の所定値を超えたときに、ローサイドオンオフ信号がローレベルに切替わる。その後、左側レーザ式変位計９で検出される溶接部ビード２までの距離が大きくなり始めると、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は正値となり、次第に絶対値が大きくなる。
【００２９】
前述のように、溶接部ビード２の回転方向入側部がタッチローラ６に乗り上げると同時に左右のレーザ式変位計９で検出されるＵＯ鋼管１の外周面は遠ざかるので、左右のレーザ式変位計９の出力値は大きくなる。このときも、溶接部ビード２の断面形状は半楕円弧状又は半長円弧状なので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げた直後が最も大きく変動して速やかに大きくなり、正の所定値以上となるので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が正の所定値以上となったときに、ハイサイドオンオフ信号がハイレベルになる。その後、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は、比較的速やかに小さくなり、正の所定値未満となるので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が正の所定値未満となったときに、ハイサイドオンオフ信号がローレベルに切替わる。
【００３０】
溶接部ビード２の中央部がタッチローラ６を通過すると、タッチローラ６及びタッチローラ支持台８の溶接部ビード２による押し下げ量が次第に小さくなるので、左右のレーザ式変位計９の出力値、即ちＵＯ鋼管１の外周面までの距離は次第に小さくなり、タッチローラ６への乗り上げ位置が溶接部ビード２の回転方向出側に近づくにつれて、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値は次第に小さくなり、溶接部ビード２の回転方向出側がタッチローラ６から乗り落ちる直前に左右のレーザ式変位計９の出力の微分値が最も大きく変動して速やかに小さくなり、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が負の所定値以下となったときにローサイドオンオフ信号がハイレベルとなり、その後に溶接部ビード２がタッチローラ６から外れて左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が負の所定値を超えるとローサイドオンオフ信号がローレベルに切替わる。
【００３１】
一方、溶接部ビード２がタッチローラ６から外れた直後から右側レーザ式変位計９は溶接部ビード２までの距離を検出するが、断面半楕円弧状又は半長円弧なので、右側レーザ式変位計９で検出される溶接部ビード２が中央部を越えると距離が大きくなり始め、それに伴って左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値（この場合は左側レーザ式変位計９は溶接部ビード２に関与していないので、実質的には右側レーザ式変位計９の出力の微分値に等しい）は正値となり、次第に絶対値が大きくなる。この右側レーザ式変位計９の出力の微分値は、溶接部ビード２の回転方向出側端部が通過する直前に著しく大きくなるので、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が正の所定値以上となったときにハイサイドオンオフ信号がハイレベルとなり、溶接部ビード２の回転方向出側端部が通過すると、左右のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が正の所定値未満となってハイサイドオンオフ信号がローレベルに切替わる。
【００３２】
演算処理装置１３では、前述したように、ローサイドオンオフ信号の１回目のハイレベルからハイサイドオンオフ信号の２回目のハイレベルまでのパルスをカウントしながらＵＯ鋼管１の回転状態をトラッキングし、当該ローサイドオンオフ信号が１回目にハイレベルになったときのパルスとハイサイドオンオフ信号が２回目にハイレベルになったときのパルスの真ん中に相当するパルス位置を溶接部ビード２の中央部であると算出する。前述のように、ローサイドオンオフ信号が１回目にハイレベルになるのは左側レーザ式変位計９が溶接部ビード２の回転方向入側端部を検出したときであり、ハイサイドオンオフ信号が２回目にハイレベルになるのは右側レーザ式変位計９が溶接部ビード２の回転方向出側端部を検出したときである。即ち、本実施形態では、２個１対のレーザ式変位計９の出力から溶接部ビード２の回転方向入側端部及び出側端部を求め、その中間を溶接部ビード２の位置として算出している。
【００３３】
そして、本実施形態では、左右のレーザ式変位計９の出力を加算し、その加算値から溶接部ビード２の位置を算出することで、回転中のＵＯ鋼管１の水平方向への振動に伴うレーザ式変位計９の出力変動を相殺することができるので、例えば高さの低い、より小さな溶接部ビード２も検出することが可能となる。即ち、近年、ＵＯ鋼管１の品質向上のため、溶接部ビード２を小さくする傾向にあるが、そのようになると前述した溶接部ビード２の検出に伴うレーザ式変位計９の出力の変化も小さくなる。回転中のＵＯ鋼管１の水平方向への振動に伴うレーザ式変位計９の出力変動が残存すると、小さな溶接部ビード２の検出に伴うレーザ式変位計９の出力の変化と区別できないが、回転中のＵＯ鋼管１の水平方向への振動に伴うレーザ式変位計９の出力変動を相殺することができれば、小さな溶接部ビード２の検出に伴うレーザ式変位計９の出力の変化でも検出することができ、結果的に小さな溶接部ビード２も正確に検出することができる。
【００３４】
このように本実施形態のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置では、ＵＯ鋼管１の軸線直下に配置されたタッチローラ６を当該ＵＯ鋼管１の外周面に当接した状態で、ターニングロール３によってＵＯ鋼管１を周方向に回転させると、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード２がタッチローラ６を乗り越える前後で２個１対のレーザ式変位計９の出力が変化するため、それらのレーザ式変位計９の出力変化から溶接部ビード２の入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビード２の位置として算出することができ、そのようにすることでＵＯ鋼管１の溶接部ビード位置を正確に精度よく検出することができ、個別の昇降装置などを必要としない分だけ、安価となると共に、溶接部ビード２の入側及び出側の位置を求めるにあたり、２個のレーザ式変位計９の出力の加算値を用いることにより、ＵＯ鋼管２の回転中の水平方向の振動による２個のレーザ式変位計９の出力変動を相殺することができ、これにより小さな溶接部ビード２でも位置検出が可能となる。
【００３５】
また、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード２がタッチローラ６を乗り越える前後の２個１対のレーザ式変位計９の出力の加算値から溶接部ビード２の入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビード２の位置として算出することにより、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード位置を正確に精度よく検出することができる。
また、２個１対のレーザ式変位計９の出力加算値の微分値が正の所定値以上になるか又は負の所定値以下になる位置を溶接部ビード２の入側又は出側の位置とすることにより、ＵＯ鋼管１の溶接部ビード位置をより一層正確に精度よく検出することができる。
【００３６】
なお、前記実施形態では、理解を容易にするために、溶接部ビード２の回転方向入側部がタッチローラ６に乗り上げると同時に左側レーザ式変位計９はＵＯ鋼管１の外周面を検出するように左側レーザ式変位計９を配設し、右側レーザ式変位計９は、ＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐに対して、左側レーザ式変位計９と線対称な位置に配設するものとした。しかし、前述のように、２個１対のレーザ式変位計９のうち、回転移動される溶接部ビード２を先に検出するレーザ式変位計９で当該溶接部ビード２の回転方向入側端部位置を検出し、回転移動される溶接部ビード２を後から検出するレーザ式変位計９で当該溶接部ビード２の回転方向出側端部位置を検出すればよいのであるから、必ずしも溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げると同時に、何れかのレーザ式変位計がＵＯ鋼管１の外周面を検出するようにする必要はない。
【００３７】
但し、前記タッチローラ６の外径が小さ過ぎると、溶接部ビード２への衝突などにより、エアシリンダ１０にダメージを与える恐れがある。また、タッチローラ６の外径が大き過ぎると、例えば前記左側レーザ式変位計９が溶接部ビード２の回転方向入側端部までの距離を検出する前に、溶接部ビード２がタッチローラ６に乗り上げてしまい、溶接部ビード２の回転方向入側端部を検出することが困難になってしまう。これらのことから、タッチローラ６の外径を適切に設定する必要がある。
【００３８】
また、レーザ式変位計９とＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐとの距離が小さ過ぎると、前記タッチローラ６の外径が大き過ぎる場合と同様にして、溶接部ビード２の端部を検出することが困難になってしまう。また、レーザ式変位計９とＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐとの距離が大き過ぎると、ＵＯ鋼管１の真円度誤差の影響や、鋼管外径変動による曲率の影響によって、レーザ変位計９の計測可能範囲を越えてしまう可能性がある。これらのことから、レーザ式変位計９とＵＯ鋼管１の軸線が存在する鉛直面Ｐとの距離も適切に設定する必要がある。
【００３９】
また、レーザ式変位計９の出力の微分演算については、レーザ式変位計９のアナログ出力をハード的に処理してもよいし、Ａ／Ｄ変換後、ソフト的に処理してもよい。
また、前記実施形態では、レーザ式変位計９の出力を微分処理することで溶接部ビード２の入側及び出側端部を検出することとしたが、これに限定されるものではなく、例えばレーザ式変位計９の出力そのものを予め設定した閾値と比較して溶接部ビード２の入側及び出側端部を検出するようにしてもよい。但し、レーザ変位計９の出力値は経時的にドリフトする恐れがあるため、微分処理した方が長期的に安定した検出が可能となる。
【００４０】
また、前記実施形態では、２個のレーザ式変位計９の出力を加算し、その加算値を微分して溶接部ビード２の入側及び出側端部を検出することとしたが、本発明では、２個のレーザ式変位計９の出力を微分し、その微分値を加算して溶接部ビード２の入側及び出側端部を検出することもできる。図５は、２個のレーザ式変位計９の出力を微分し、その微分値を加算し、その加算値からローサイドオンオフ信号及びハイサイドオンオフ信号の切替制御を行ったものであるが、時刻ｔ０以前に発生し、微分値にも残存しているＵＯ鋼管１の回転中水平振動の出力変動は、出力微分値を加算した段階で相殺され、その結果、前記図４と同様のローサイドオンオフ信号及びハイサイドオンオフ信号が得られ、溶接部ビード２の位置を正確に検出することができている。このことから、本発明では、２個のレーザ式変位計９の出力を微分し、その微分値を加算して溶接部ビード２の入側及び出側端部を検出することもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１はＵＯ鋼管、２は溶接部ビード、３はターニングロール、４はパルス発信器、５はターニングロール制御盤、６はタッチローラ、７は軸受、８はタッチローラ支持台、９はレーザ式変位計、１０はエアシリンダ、１１はシリンダロッド、１２は測定基部、１３は演算処理装置、１４はシリンダガイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出するＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置であって、ＵＯ鋼管の外周面に当接して当該ＵＯ鋼管を周方向に回転させる２個１対のターニングロールと、ＵＯ鋼管の軸線直下に配置され且つＵＯ鋼管の外周面に当接した状態で当該ＵＯ鋼管の回転に伴って回転するタッチローラと、前記タッチローラを支持するタッチローラ支持台と、前記タッチローラ支持台に取付られ且つ前記タッチローラとＵＯ鋼管との接触位置から当該ＵＯ鋼管の周方向に同じ所定距離だけ反対方向に離れた位置でＵＯ鋼管の外周までの距離を検出する２個１対のレーザ式変位計と、前記ターニングロールによってＵＯ鋼管を周方向に回転させながら得られた２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値からＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を算出する演算処理装置とを備えたことを特徴とするＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置。
【請求項２】
前記演算処理装置は、ＵＯ鋼管の溶接部ビードが前記タッチローラを乗り越える前後の２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値から溶接部ビードの入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビードの位置として算出することを特徴とする請求項１に記載のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置。
【請求項３】
前記演算処理装置は、前記２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値の微分値又は当該出力の微分値の加算値が正の所定値以上になるか又は負の所定値以下になる位置を溶接部ビードの入側又は出側の位置とすることを特徴とする請求項２に記載のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置。
【請求項４】
ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出するＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法であって、２個一対のターニングロールをＵＯ鋼管の外周面に当接して当該ＵＯ鋼管を周方向に回転し、タッチローラ支持台に支持され且つＵＯ鋼管の軸線直下に配置されたタッチローラを当該ＵＯ鋼管の外周面に当接した状態で当該ＵＯ鋼管の回転に伴って回転させ、前記タッチローラ支持台に取付られ且つ前記タッチローラとＵＯ鋼管との接触位置から当該ＵＯ鋼管の周方向に同じ所定距離だけ反対方向に離れた位置に配設された２個１対のレーザ式変位計でＵＯ鋼管の外周までの距離を検出し、前記ターニングロールによってＵＯ鋼管を周方向に回転させながら得られた２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値からＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を算出することにより、ＵＯ鋼管の回転中の水平方向の振動による２個のレーザ式変位計の出力変動を相殺することを特徴とするＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法。
【請求項１】
ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出するＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置であって、ＵＯ鋼管の外周面に当接して当該ＵＯ鋼管を周方向に回転させる２個１対のターニングロールと、ＵＯ鋼管の軸線直下に配置され且つＵＯ鋼管の外周面に当接した状態で当該ＵＯ鋼管の回転に伴って回転するタッチローラと、前記タッチローラを支持するタッチローラ支持台と、前記タッチローラ支持台に取付られ且つ前記タッチローラとＵＯ鋼管との接触位置から当該ＵＯ鋼管の周方向に同じ所定距離だけ反対方向に離れた位置でＵＯ鋼管の外周までの距離を検出する２個１対のレーザ式変位計と、前記ターニングロールによってＵＯ鋼管を周方向に回転させながら得られた２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値からＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を算出する演算処理装置とを備えたことを特徴とするＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置。
【請求項２】
前記演算処理装置は、ＵＯ鋼管の溶接部ビードが前記タッチローラを乗り越える前後の２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値から溶接部ビードの入側と出側の位置を求め、その中間を溶接部ビードの位置として算出することを特徴とする請求項１に記載のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置。
【請求項３】
前記演算処理装置は、前記２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値の微分値又は当該出力の微分値の加算値が正の所定値以上になるか又は負の所定値以下になる位置を溶接部ビードの入側又は出側の位置とすることを特徴とする請求項２に記載のＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出装置。
【請求項４】
ＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を検出するＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法であって、２個一対のターニングロールをＵＯ鋼管の外周面に当接して当該ＵＯ鋼管を周方向に回転し、タッチローラ支持台に支持され且つＵＯ鋼管の軸線直下に配置されたタッチローラを当該ＵＯ鋼管の外周面に当接した状態で当該ＵＯ鋼管の回転に伴って回転させ、前記タッチローラ支持台に取付られ且つ前記タッチローラとＵＯ鋼管との接触位置から当該ＵＯ鋼管の周方向に同じ所定距離だけ反対方向に離れた位置に配設された２個１対のレーザ式変位計でＵＯ鋼管の外周までの距離を検出し、前記ターニングロールによってＵＯ鋼管を周方向に回転させながら得られた２個１対のレーザ式変位計の出力の加算値又は当該出力の微分値の加算値からＵＯ鋼管の溶接部ビード位置を算出することにより、ＵＯ鋼管の回転中の水平方向の振動による２個のレーザ式変位計の出力変動を相殺することを特徴とするＵＯ鋼管溶接部ビード位置検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−６０５９（Ｐ２０１２−６０５９Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４５９９４（Ｐ２０１０−１４５９９４）
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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