(57)【要約】【課題】本発明は、測定時の温度が種々変化しても、信頼性の高い測定値が得られる継目無鋼管の外径測定方法を提供することを目的としている。【解決手段】製造ライン上を軸方向に走行する継目無鋼管から一定距離だけ離隔して、該鋼管に凸面鏡とＣＣＤカメラとを対峙させ、該ＣＣＤカメラで鋼管を撮影すると共に、そのカメラ内に一列に配列した受光素子が受けた光の信号レベルに閾値を設定し、該閾値に相当する受光素子の位置を鋼管の外径として測定する継目無鋼管の外径測定方法を改善した。その内容は、前記閾値を、前記継目無鋼管の測定時温度に応じて変更するものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造ライン上を軸方向に走行する継目無鋼管から一定距離だけ離隔して、該鋼管に凸面鏡とＣＣＤカメラとを対峙させ、該ＣＣＤカメラで鋼管を撮影すると共に、そのカメラ内に一列に配列した受光素子が受けた光の信号レベルに閾値を設定し、該閾値に相当する受光素子の位置を鋼管の外径として測定する継目無鋼管の外径測定方法において、
前記閾値を、前記継目無鋼管の測定時温度に応じて変更することを特徴とする継目無鋼管の外径測定方法。
【請求項２】
前記閾値の変更を，下記（１）式に基づき行うことを特徴とする請求項１記載の継目無鋼管の外径測定方法。
Ｒ＝Ｋ（Ｔ−Ｔｏ）
ここで、Ｒ：閾値（単位：ｖｏｌｔ）、Ｋ：試験操業等で決める比例定数、Ｔ：外径測定時の鋼管温度（単位：℃）、Ｔｏ：既知の寸法を有する鋼管での外径測定時温度（単位：℃）
【請求項３】
前記測定を、断面視で、前記継目無鋼管の直交する２軸で行うことを特徴とする請求項１又は２記載の継目無鋼管の外径測定方法。
【請求項４】
前記継目無鋼管の外径を１６０〜４６０ｍｍφとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の継目無鋼管の外径測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、継目無鋼管の外径測定方法に係わり、特に、継目無鋼管の製造ラインにおいて、素材に穿孔、拡管、延伸圧延を順次施して一応の管体となした後、該管体を再加熱してサイザーで絞り圧延し、最終製品寸法とされる継目無鋼管の外径測定に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高温状態にある鋼材（板、条鋼、鋼管等）の寸法を測定するのに、ＣＣＤカメラが利用されている。その理由は、定規等の接触子を鋼材に直接押し当てる方式の測定では、被測定物が高温のため困難だからである。その点、センサとしてＣＣＤカメラを利用すれば、被測定物よりある程度離して接触がない状態で、該カメラの内部に直列に多数配置した受光素子（以下、ＣＣＤという）で被測定物の発光部を容易に捉えることができる。また、受光素子に使われるＣＣＤやシリコンは、高密度の列配置が可能で測定精度が良く、センサ自体の稼動部も少なく、保全性にも優れている。
【０００３】
例えば、継目無鋼管の外径測定を挙げるならば、図４に示すように、継目無鋼管の製造ライン上を軸方向に走行する継目無鋼管１から一定距離だけ離隔して、該継目無鋼管（以下、単に鋼管１という）に、図示していない光学系（凸面鏡等）及びセンサとしてのＣＣＤカメラ２とを対峙させ、該ＣＣＤカメラ２で鋼管１を撮影する。つまり、図５の測定原理より明らかなように、光学系（凸面鏡３）の全視野内に置かれた鋼管１の発する光を該光学系で一旦集光してから、ＣＣＤカメラに向けて反射させ、該カメラ２内に一列に多数配列した受光素子４（２０００〜５０００個）で受光する。その光は、制御盤７に組み込まれた変換機で電気信号（以下、検出信号５という）に変換され、各受光素子の位置と対応させて整理する。そして、かかる受光素子の位置との関係が明らかになった検出信号群に対して、鋼管１から発せられたものであることを判定する閾値６を設定し、該閾値６に相当する受光素子４の位置を鋼管１の境界（外径）として測定する。つまり、この外径測定方法は、被測定物からの熱放射をセンサで捕らえ、電気信号に変換して得られたデータより被測定物の寸法を換算するものである。なお、前記受光素子の位置は、予め既知の寸法を有する基準器で撮影を行い、目盛り付けを行う。また、前記閾値は、検出信号の大きさが該閾値より大きい場合に、その検出信号は鋼管から発せられたものとする目安である。さらに、検出した信号の表示や閾値の変更指示等は、設定・表示盤８を介して行われる。
【０００４】
ところが、継目無鋼管の製造では、圧延条件（鋼管のサイズ、圧下量等）により該鋼管の加熱温度を種々変える必要がある（例えば、６００〜１０００℃の範囲で）。従って、センサがカメラの場合、その感度を加熱温度の変化に応じて変更させなくてはならない。感度の変更には、受光する光学系（この場合、カメラのレンズの「絞り」）か、あるいは検出（露光）時間を変更することになる。一般的には、適性な「絞り」値が決まったら、「絞り」は固定し、電気的に逐次調整できる検出時間を変えるようにする。カメラには、そのための手段が、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  ｃｏｎｔｏｒｏｌの略）回路として組み込まれている。しかしながら、かかるＡＧＣ回路を組み込んでも、検出された信号の波形が一様にならないことが多く、外径測定値の信頼性が低いのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑み、測定時の温度が種々変化しても、信頼性の高い測定値が得られる継目無鋼管の外径測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【０００７】
すなわち、本発明は、製造ライン上を軸方向に走行する継目無鋼管から一定距離だけ離隔して、該鋼管に凸面鏡とＣＣＤカメラとを対峙させ、該ＣＣＤカメラで鋼管を撮影すると共に、そのカメラ内に一列に配列した受光素子が受けた光の信号レベルに閾値を設定し、該閾値に相当する受光素子の位置を鋼管の外径として測定する継目無鋼管の外径測定方法において、前記閾値を、前記継目無鋼管の測定時温度に応じて変更することを特徴とする継目無鋼管の外径測定方法である。この場合、前記閾値の変更を，下記（１）式に基づき行うのが良い。
【０００８】
Ｒ＝Ｋ（Ｔ−Ｔｏ）
ここで、Ｒ：閾値（単位：ｖｏｌｔ）、Ｋ：試験操業等で決める比例定数、Ｔ：外径測定時の鋼管温度（単位：℃）、Ｔｏ：既知の寸法を有する鋼管での外径測定時温度（単位：℃）
また、前記測定を、断面視で、前記継目無鋼管の直交する２軸で行ったり、あるいは前記継目無鋼管の外径を１６０〜４６０ｍｍφとするのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、継目無鋼管の外径測定時に、該鋼管の温度が種々変化しても、測定値の信頼性が従来より格段に向上した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。
【００１１】
発明者は、従来の方法で得た測定値の信頼性が低い原因を追究することにした。そのため、既知の外径（真値とする）を有する鋼管を用い、該鋼管を再加熱炉で種々の温度に加熱してから、後述の従来方法で外径を測定した。そして、その結果を、図３に示すように、温度Ｔ（℃）と測定誤差（ΔＤ＝測定値―真値）との関係として整理した。なお、この場合、鋼管の温度は、光放射式温度計で測定している。
【００１２】
図３より、測定時の鋼管温度によって誤差が生じており、その誤差と温度との間には、ΔＤ＝−ａ（Ｔ―８５０）＋ｂなる一次式で表される関係の存在することが確認できた。そこで、発明者は、このような誤差は、以下に述べるような原因で生じると推定した。
【００１３】
まず、外径の測定対象である鋼管は、測定時にその温度を６００〜１０００℃と広い範囲で変化し、ＣＣＤカメラの受光素子は、それら温度の変化に応じて発する該鋼管の熱放射エネルギーを検出している。この場合、検出条件（例えば、「絞り」及び検出（露光）時間等）を一定にすると、温度が低い（例えば、６５０℃）時とそれより高い時（例えば、８５０℃、９３０℃）時とでは、図６に示すように、検出信号のレベル（単位：ｖｏｌｔ）に大きな差が生じる。なお、図６の横軸は、一列に配置した各受光素子の位置である。
【００１４】
そのため、一般的な対処方法として、前記したように、検出時間（露光時間とか走査時間ともいう）を変化させる、つまりカメラにＡＧＣ回路を組み込むことで、鋼管からの検出信号の最大レベルを一定にする（この例では、３  ｖｏｌｔ）。この方法による結果を図７に一括して示す。図７の(ａ)〜（ｃ）は、それぞれ測定時温度が６５０℃、８５０℃、９３０℃の場合を示し、取り込み時間とは上記検出時間のことである。このように、「検出時間」を変更する従来の測定方法では、いずれの温度でも検出信号の最大値は等価なレベルとなっていることが明らかである。
【００１５】
ところが、検出時間を変えても、いまだ検出信号の立ち上がり状態が鋼管の測定時温度によって一様でないことも明らかである。つまり、鋼管と大気との境界部分（外径を決める位置）の近傍で、低温時で鈍い立ち上がりを、高温時で急峻な立ち上がりになる傾向がある。これは、低温時ほど光の取り込み時間が長いので、製造ライン上で走行する鋼管の揺動、ベースラインの上下変化等によるノイズの影響が大きいためと思われる。このような状況において、検出信号に一定の前記閾値を設定すると、温度が低いほど大きな外径と認識する。つまり、図５に示すように、閾値以上の検出信号を鋼管が存在する位置に相当するとすれば、前記誤差（ΔＤ）は明らかに測定時温度に依存してくる。つまり、前記した図３の誤差と温度との間に成立した直線関係は、この温度依存性によって説明できる。
【００１６】
そこで、発明者は、かかる測定時温度によって外径測定値に誤差が生じるのを解消するには、閾値の値を測定時温度に応じて変更すれば良いと考え、この変更を要件に本発明を完成させたのである。
【００１７】
すなわち、寸法既知の鋼管を用い、ある測定時温度（例えば、８５０℃）を基準にして外径測定を行い、図１（ｂ）に示すように、得られた検出信号に対して基準となる閾値（この場合、２  ｖｏｌｔ）を定める。そして、測定時温度がより低温あるいは高温になった場合には、その閾値をそれぞれ図１（ａ）あるいは（ｃ）に示すように変更するのである。
【００１８】
この閾値の変更方法は、本発明では特に限定しない。しかしながら、以下に説明する方法が最も簡単で好ましい。
【００１９】
まず、閾値を下記（１）式で表す。
【００２０】
Ｒ＝Ｋ（Ｔ−Ｔｏ）                          ・・（１）
ここで、Ｒ：閾値（単位：ｖｏｌｔ）、Ｋ：試験操業等で決める比例定数、Ｔ：外径測定時の鋼管温度（単位：℃）、Ｔｏ：既知の寸法を有する鋼管での外径測定時温度（単位：℃）
この（１）式を採用することにした理由は、図３に示した測定誤差と温度との直線関係に基づくものである。つまり、図３の関係：ΔＤ＝−ａ（Ｔ−８５０）＋ｂにおいてΔＤ＝０とすれば、ｂ＝ａ（Ｔ−８５０）が導かれる。ここで、８５０は、図３の関係を導く際の基準にした温度が８５０℃であったからであり、その基準温度を一般化してＴｏとすると、ｂ＝ａ（Ｔ−Ｔｏ）が成立する。このｂ＝ａ（Ｔ−Ｔｏ）なる関係は、ａを比例定数とすれば、ｂが（Ｔ−Ｔｏ）と比例関係にあることを示している。従って、閾値Ｒに対しても同様に（Ｔ−Ｔｏ）との比例関係が成立すると考えられるので，閾値の決定に（１）式を用いることにしたのである。ただし、実際の比例定数Ｋの値は、鋼管の鋼種やサイズ毎に異なるので、本発明の実施に際しては、予め図３を求めた時と同様な試験操業を行って決定しておくことになる。
【００２１】
なお、発明者は、このＫの値を外径１６０〜４６０ｍｍφの所謂「中径継目無鋼管」について求め、本発明の実施が円滑に行えることを確認している。また、本発明の実施に際しては、図４に示したように、鋼管の断面視で、該鋼管の直交する２軸で撮影するのが良い。２軸の測定値を平均するのが実際的な測定方法だからである。
【実施例】
【００２２】
図９に示した中径継目無鋼管の製造ラインにおいて、サイザー１６の出側にＣＣＤカメラ及び凸面鏡をそれぞれ２組配置し、鋼種が炭素鋼で、要求された外径が２５０ｍｍφの鋼管の測定を行った。測定は、前記従来方法及び本発明に係る方法で個別に行い、得られた値を度数分布に整理した。その結果を図２に一括して示す。
【００２３】
図２より、本発明によれば、測定誤差が従来に比べて格段に小さくなることが明らかである。具体的には、測定精度を２σで評価するならば、従来法では８．５ｍｍφであったものが、本発明法では１．１ｍｍφにまで減少した。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る継目無鋼管の外径測定方法で行う閾値の変更を説明する図であり、（ａ）は測定時温度が６５０℃、（ｂ）は基準温度で８５０℃、（ｃ）は９３０℃での検出信号と閾値レベルを示す。
【図２】外径測定の結果で得た測定誤差の度数分布を示す図であり、（ａ）は従来法、（ｂ）は本発明法によるものである。
【図３】測定時温度と測定誤差との関係の一例を示す図である。
【図４】本発明に係る継目無鋼管の外径測定方法を実施する装置例を示す図である。
【図５】継目無鋼管のＣＣＤカメラを用いた外径測定方法の原理を説明する模式図であり、（ａ）はカメラ、凸面鏡及び被測定物の関係を、（ｂ）は受光素子と検出信号との関係を示す。
【図６】カメラがＡＧＣ回路を備えていない時の受光素子位置と検出信号との関係を示す図であり、（ａ）は測定時温度が６５０℃、（ｂ）は８５０℃、（ｃ）は９３０℃の場合である。
【図７】従来の測定方法で得た受光素子位置と検出信号との関係を示す図であり、（ａ）は測定時温度が６５０℃、（ｂ）は８５０℃、（ｃ）は９３０℃の場合である。
【図８】従来の測定方法で得た検出信号及び閾値と鋼管の外径（真値）とのずれを説明する図である。
【図９】一般的な中径継目無鋼管の製造工程（ライン）を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    継目無鋼管
２    ＣＣＤカメラ
３    凸面鏡
４    受光素子
５    検出信号
６    閾値
７    制御盤
８    表示・設定盤
９    素材（丸ビレット）
１０  加熱炉
１１  ピアサー圧延機（穿孔）
１２  エロンゲータ圧延機（拡管）
１３  プラグミル（延伸）
１４  リーラ（磨管）
１５  再加熱炉
１６  サイジングミル（サイザー）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006297457.tif 000010
【図９】
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