(57)【要約】【課題】超音波を利用して管の内面形状を測定するための測定装置及び測定方法において、溶接部の管外面形状に影響されずに管内面形状を測定することが可能であり、測定位置において溶接部が真上位置からずれた場合においても倣いロール類が溶接部に乗り上げることがなく、探触子を走査させても鋼管表面が倣いロールによって傷つくことのない装置を提供する。【解決手段】超音波探触子１と、超音波探触子１を移動させる円弧型ガイド装置２と、円弧型ガイド装置２と連結した倣いロール４とを有し、超音波探触子１は円弧型ガイド装置２の円弧中心２３との距離を一定に保ちかつ超音波発信方向２６を円弧中心２３に向けつつ移動可能であり、倣いロール４を管表面に接触させることによって円弧中心２３と管の中心とを一致させることができ、超音波探触子１を管１０の周方向に移動しながら管の内面形状を測定可能であることを特徴とする管の内面形状測定装置。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子と、該超音波探触子を移動させる円弧型ガイド装置と、該円弧型ガイド装置と連結した倣いロールとを有し、前記超音波探触子は円弧型ガイド装置の円弧中心との距離を一定に保ちかつ超音波発信方向を該円弧中心に向けつつ移動可能であり、前記倣いロールを管表面に接触させることによって前記円弧中心と管の中心とを一致させることができ、前記超音波探触子を管の周方向に移動しながら管の内面形状を測定可能であることを特徴とする管の内面形状測定装置。
【請求項２】
前記円弧型ガイド装置と倣いロールとの相対位置関係を変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の管の内面形状測定装置。
【請求項３】
前記倣いロールは、２個のロールをもって１組を形成し、該２個のロールの回転軸は相互に一定の角度をもって配置され、該２個のロールは円柱状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の管の内面形状測定装置。
【請求項４】
前記倣いロールを管の長さ方向に複数組有してなることを特徴とする請求項３に記載の管の内面形状測定装置。
【請求項５】
前記超音波探触子で受信した超音波エコーに基づいて管の内面形状を計測する計測装置を有し、該計測装置は、測定対象の管の外径と肉厚によって測定条件を設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の管の内面形状測定装置。
【請求項６】
前記設定する測定条件は、測定感度、超音波探触子と管外面との相対距離、表面エコー監視ゲート、内面エコー監視ゲートであることを特徴とする請求項５に記載の管の内面形状測定装置。
【請求項７】
前記計測装置は外部から測定対象の管の寸法情報を受け取ることができ、該受け取った寸法情報に応じて測定条件を設定することを特徴とする請求項５又は６に記載の管の内面形状測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の管の内面形状測定装置を用い、前記円弧型ガイド装置と倣いロールとの相対位置は倣いロールを管表面に接触させたときに前記円弧中心と管の中心とが一致するように配置し、前記倣いロールを管表面に接触させつつ前記超音波探触子を管の周方向に移動しながら管の内面形状を測定することを特徴とする管の内面形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して管の内面形状を測定するための測定装置及び測定方法であり、特に電縫鋼管溶接部のビード切削後の内面形状を鋼管の外面側から測定するための測定装置及び測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電縫鋼管の製造においては、鋼帯を成形ロール群に通してその両端エッジ部が相対するように円筒状に成形し、端面に高周波電流を流してこの両側エッジ部を加熱しながらスクイズロール間に通し、両側エッジ部同士を衝合して溶接する。溶接部に形成されたビードは鋼管の内面側及び外面側に盛り上がるので、これらビードを内面側と外面側から切削除去する。
【０００３】
このようにして製造した電縫鋼管において、内面ビードの切削状況は外面側から目視観察することができないので、非破壊で検査するための内面形状の測定方法が重要となる。
【０００４】
電縫管溶接部の内面切削形状を測定する際に超音波を利用する技術が、従来から多く提案されている。電縫管の外周側から超音波を管表面に垂直に入射させた場合における外面反射波と内面反射波の到達時間差を測定し、これから溶接部における内面形状を求めようとするものである。これらの方法では、管を管軸方向に移動させつつ、電縫管の溶接部を横切るように超音波探触子を管の円周方向に往復運動させ、超音波探触子が溶接部を横切る際の超音波測定結果から溶接部の内面形状を測定する。
【０００５】
特許第３２０９４７５号公報に記載のものは、円弧状ガイドに沿って往復運動する超音波探触子を用い、該超音波探触子はその先端に接触ローラを有する追従機構を備え、接触ローラで鋼管の外面に接触しながら管の円周方向に往復運動を行う。溶接部におけるビード外面切削の結果として、管の外面が外削エッジ部を有する場合がある。超音波探触子が外削エッジ部の真上に位置する際には、超音波探触子から管外面までの距離が短くなるので、超音波測定による外面プロフィルはこの外削エッジ部において山形形状が発生し、また内面プロフィルにも外削エッジ部にピークが現れ、内面形状に一致した結果が得られない。そのため、前記公報に記載のものは、外面プロフィル測定結果から外削エッジ部を推定し、この部分において内面プロフィルの測定データを削除することにより、外削影響のない内面プロフィルが得られるとしている。しかし、測定データに雑音成分が入り込んでいる以上、雑音成分の除去には限度があり、溶接部の内面形状を常に安定して測定することが困難になることがある。
【０００６】
特開平７−９１９４６号公報においては、超音波探触子と管表面との距離を一定に保ちつつ走査可能な倣い装置として、図８（ａ）に示すように、管外面を走行する複数の倣いロール３２（ガイドロール）を備えた倣い機構３１を設けている。探触子保持具３１に、倣いロール３２が取り付けられ、倣いロール３２は鋼管１０の外面を走行する。探触子保持具は、ネジ３７とモータ３８によって左右に移動させる。倣い機構３０は、鋼管の溶接部１１をまたいで、溶接部１１に対して十分大きい倣いロール間隔を有する。２個の倣いロールが管表面に接触しているので、探触子は常に管表面に垂直かつ管表面からの距離を一定に保持しながら管円周方向に円弧状往復運動を行うことができる。ガイドロールの相互間隔を探触子の走査範囲よりはるかに大きくすることによって、溶接部にガイドロールが乗らないようにし、溶接部の外面形状変化による探触子と管表面距離の変化を防止する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
電縫管の製造工程において、超音波による内面形状の測定位置は、溶接及びビード切削が完了した後に管を所定の長さに切断する前の段階で行うこととすると好ましい。溶接及びビード切削を行う位置において、管１０の溶接部１１は管の真上方向に位置している。ビード切削完了後、管が内面形状測定装置の位置に到達するまでの間に、管にねじれが生じることがある。そのため、内面形状測定装置の位置において、溶接部１１は管１０の真上方向に位置しているとは限らず、左右の傾いた位置に存在することがある。図３（ｃ）（ｄ）、図８（ｃ）（ｄ）には、溶接部１１の存在範囲２１を示している。溶接部存在範囲角度ψは、設備や操業条件によって差異があるが、鉛直上方を０°として±４０°程度になり得る。
【０００８】
特開平７−９１９４６号公報に記載のものは、図８（ａ）に示すように、２個の倣いロール３２（ガイドロール）を鋼管表面に接触させることによって探触子の倣い機構３０としている。各ガイドロールはそれぞれの走査範囲において鋼管表面に接触しつつ走査する。この装置において、鋼管の溶接部１１は円周方向の一定位置（真上方向）に存在すると想定し、図８（ｂ）に示すように、２個の倣いロールの倣いロール移動範囲３３ａ、３３ｂが鋼管の真上方向を含まないように配置し、倣いロール３２が溶接部１１に乗らないように配置されている。そのため、探触子の走査範囲２０は図８（ｂ）に示すような範囲であって十分に広くすることができず、図８（ｃ）（ｄ）に示すように溶接部が左右に傾いたときに、溶接部が探触子の走査範囲から外れることがあり得る。また、図８（ｂ）に示すとおり、左右の倣いロール移動範囲３３ａ、３３ｂに囲まれた範囲は極めて狭い。溶接部が図８（ｃ）（ｄ）に示すように左右に傾くことを想定すると、倣いロール移動範囲３３が溶接部存在範囲２１を含まないように配置することはできない。倣いロールの相互間隔を広くしようとしても、倣い装置としての機能を確保する上では自ずから限度がある。そのため、溶接部１１が僅かでも傾くと、傾いた側の倣いロール移動範囲３３に入り込み、倣いロール３２が溶接部１１に乗り上げ、探触子１と管表面距離を一定に保持することができなくなる。
【０００９】
特許第３２０９４７５号公報に記載のものも特開平７−９１９４６号公報に記載のものも、いずれも探触子が鋼管円周方向に走査する際には鋼管表面に接触するガイドロール（倣いロール）も探触子といっしょに鋼管表面を走査する。そのため、鋼管表面に疵が付きやすいという問題があった。
【００１０】
同一の電縫管製造装置において、管の外径は所定の範囲内において種々の管径のものを製造する。特許第３２０９４７５号公報や特開平７−９１９４６号公報に記載のガイドロールを用いた場合、製造する管の外径が変化したときに管の中心から見たガイドロール間の角度θが変化することとなり、特に小径の管においては角度θが大きくなりすぎて適正な倣い動作が困難となる。角度θを一定に保持しようとすると、管の外径を変えるたびにガイドロール間隔の異なる倣い装置に交換することが必要となり、作業効率の悪化を来すこととなる。
【００１１】
管の内面形状測定位置において、管が左右方向に蛇行することがある。このような場合にも、探触子は常に管表面に垂直でかつ管表面からの距離を一定に保持しつつ管の円周方向に安定して走査可能でなければならない。
【００１２】
本発明は、溶接部の管外面形状に影響されずに管内面形状を測定することが可能であり、測定位置において溶接部が真上位置からずれた場合においても倣いロール類が溶接部に乗り上げることがなく、また溶接部が探触子の走査範囲から外れることがなく、探触子を走査させても鋼管表面が倣いロールによって傷つくことのない管の内面形状測定装置を提供することを目的とする。また、管の外径が変化しても１種類の倣い装置で対応することのできる内面形状測定装置を提供することを目的とする。さらに、測定位置において管が蛇行した場合においても安定して測定を行うことのできる内面形状測定装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（１）超音波探触子１と、超音波探触子１を移動させる円弧型ガイド装置２と、円弧型ガイド装置２と連結した倣いロール４とを有し、超音波探触子１は円弧型ガイド装置２の円弧中心２３との距離を一定に保ちかつ超音波発信方向２６を円弧中心２３に向けつつ移動可能であり、倣いロール４を管表面に接触させることによって円弧中心２３と管の中心とを一致させることができ、超音波探触子１を管１０の周方向に移動しながら管の内面形状を測定可能であることを特徴とする管の内面形状測定装置。
（２）円弧型ガイド装置２と倣いロール４との相対位置関係を変更可能であることを特徴とする上記（１）に記載の管の内面形状測定装置。
【００１４】
（３）倣いロール４は、２個のロールをもって１組を形成し、該２個のロールの回転軸は相互に一定の角度φをもって配置され、該２個のロールは円柱状であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の管の内面形状測定装置。
（４）倣いロール４を管の長さ方向に複数組有してなることを特徴とする上記（３）に記載の管の内面形状測定装置。
（５）超音波探触子１で受信した超音波エコーに基づいて管の内面形状を計測する計測装置８を有し、計測装置８は、測定対象の管の外径と肉厚によって測定条件を設定することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の管の内面形状測定装置。
（６）前記設定する測定条件は、測定感度、超音波探触子と鋼管外面との相対距離、表面エコー監視ゲート、内面エコー監視ゲートであることを特徴とする上記（５）に記載の管の内面形状測定装置。
（７）計測装置８は外部から測定対象の管の寸法情報を受け取ることができ、該受け取った寸法情報に応じて測定条件を設定することを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の管の内面形状測定装置。
（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の鋼管の内面形状測定装置を用い、円弧型ガイド装置２と倣いロール４との相対位置は倣いロール６を管表面に接触させたときに円弧中心２３と管の中心とが一致するように配置し、倣いロール４を管表面に接触させつつ超音波探触子１を管１０の周方向に移動しながら管の内面形状を測定することを特徴とする管の内面形状測定方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下の説明は鋼管を製造する場合を例にとって説明するが、鋼以外の材料を用いた溶接管に適用できることはいうまでもない。
【００１６】
図１、２に基づいて本発明を説明する。
鋼管溶接部の内面形状を測定するための超音波探触子１は、円弧型ガイド装置２に円弧状往復移動可能に取り付けられる。円弧型ガイド装置２においては、円弧の仮想中心として円弧中心２３を想定することができる。超音波探触子１は円弧型ガイド装置２の上を円弧状に移動し、移動に際しては、超音波探触子１と円弧中心２３との距離を一定に保ち、かつ超音波探触子１からの超音波発信方向を常に円弧中心２３に向けていることができる。図１（ｃ）において超音波探触子１は円弧型ガイド装置１における探触子走査範囲２０の左端に位置し、図１（ｄ）において超音波探触子１は円弧型ガイド装置１における探触子走査範囲２０の右端に位置している。図１（ａ）を含めいずれにおいても、超音波探触子の超音波発信方向２６は円弧中心２３に向いている。このようなガイド装置は例えば、円弧型ガイド装置２に円弧状の溝１２を設け、この溝１２の中を摺動する移動機構を採用し、移動機構に超音波探触子１を固定すれば、上記のような動作を行わせることができる。
【００１７】
倣いロール４は倣い装置３に取り付けられる。鋼管１０の直径より狭い一定間隔をあけて２個の倣いロール４を配置し、この倣いロール４を鋼管１０の表面に押し付けることにより、倣い装置３と鋼管１０との間隔を一定値に保持することができる。倣い装置３と円弧型ガイド装置２とは連結されており、倣い装置３と鋼管１０との間隔を一定値に保持した結果として、円弧型ガイド装置２と鋼管１０との位置関係も所定の状態に保持することができる。具体的には、円弧型ガイド装置２の円弧中心２３と鋼管１０の中心とが一致するように調整する。
【００１８】
図１（ｂ）に示す倣い装置３においては、２個の円柱状の倣いロール４ａ、４ｂが配置され、ロールの回転軸は相互に一定の角度φとなっている。このような倣いロール２を用い、倣いロール２を鋼管１０の表面に押し付けると、倣いロール４と鋼管１０の接点が鋼管１０の中心となす角θは、θ＝１８０−φとなる。図１（ｂ）には仮想線で円弧型ガイド装置２の位置を示している。倣い装置３と円弧型ガイド装置２とは連結されており、倣いロール２を鋼管１０の表面に押し付けた図１（ｂ）の状態において、円弧型ガイド装置２の円弧中心２３が鋼管１０の中心と一致するように配置されている。
【００１９】
前述のとおり、超音波探触子１は円弧中心２３との距離を一定に保つように円弧状に移動する。従って、円弧型ガイド装置２の円弧中心２３が鋼管１０の中心と一致するように配置することにより、超音波探触子と鋼管１０の表面との間の距離を一定に保つようにして超音波探触子を走査させることができる。
【００２０】
図２には円弧型ガイド装置２と倣い装置３との結合の１態様を示している。図２に示す例において、倣い装置３は３ａと３ｂの２組が配置され、倣い装置３ａ、円弧型ガイド装置２、倣い装置３ｂが１直線に配置される。倣い装置３ａ、３ｂの倣いロール４をいずれも鋼管１０の表面に押し付けることにより、円弧型ガイド装置２の円弧中心２３と鋼管１０の中心とを一致させることができ、円弧型ガイド装置２において走査する超音波探触子１と鋼管１０の表面との距離は常に一定に保たれ、また超音波発信方向は常に鋼管１０の表面に垂直に維持することができる。
【００２１】
本発明の内面形状測定装置は、電縫溶接を行った後、鋼管を所定の長さに切断する前の工程に配置すると好ましい。前述したとおり、電縫溶接後の鋼管はオンラインを走行中にねじれることがある。電縫溶接時において溶接部１１は通常鋼管の真上部に位置しているが、その後の走行中に溶接部１１の位置は真上からずれ、内面形状測定装置の位置においては溶接部が真上から傾いた位置となることとなる。図３（ｃ）（ｄ）には、内面形状測定装置の位置における鋼管の溶接部１１の存在範囲２１を示している。図３（ｃ）は溶接部１１が鋼管溶接部存在範囲２１の最も左側に傾いた場合を示し、図３（ｄ）は溶接部１１が鋼管溶接部存在範囲２１の最も右側に傾いた場合を示す。鋼管中心からみた溶接部存在範囲２１の角度を溶接部存在範囲角度ψとおく。溶接部存在範囲角度ψは、設備や操業条件によって差異があるが、鉛直上方を０°として±４０°程度となることがある。
【００２２】
本発明において、超音波探触子１の走査範囲は、図３（ａ）における探触子走査範囲２０に示すように円弧型ガイド装置２の上において広い範囲を走査することができる。図３（ａ）で明らかなように、超音波探触子１は溶接部存在範囲角度ψよりも広い範囲を走査することが可能であり、たとえ鋼管１０がねじれて溶接部１１が傾いたとしても溶接部１１の内面形状を測定することができる。
【００２３】
本発明においてはまた、倣いロール４が鋼管１０の表面と接触する位置は鋼管１０の円周方向において常に一定であり、２つの倣いロールと鋼管表面の接点と鋼管中心のなす角度θを大きく設定することができ、図１（ｂ）に示す角度θを図３（ｂ）に示す角度ψより大きくすることができる。その結果、たとえ鋼管の溶接部１１が角度ψの範囲で傾いたとしても、倣いロール４が溶接部１１に乗り上げることがない。特開平７−９１９４６号公報に記載のものは、溶接部１１が図８（ｂ）に示すガイドロール移動範囲３３ａ、３３ｂの領域に入り込むとガイドロール３２が溶接部１１に乗り上げることとなる。ガイドロール移動範囲３３ａと３３ｂとの間の領域はごく僅かしかなく、ほんの少しでも溶接部１１が傾くとガイドロール３２が溶接部１１に乗り上げてしまう。鋼管１０の溶接部１１においては外面の形状が変化するので、ガイドロールが溶接部に乗り上げると超音波探触子１と鋼管表面との距離が変動し、また超音波発信方向は鋼管表面垂直方向からずれることとなり、内面形状を正確に測定することができなくなる。本発明においては上述のとおり倣いロール４が溶接部１１に乗り上げることがないので、たとえ溶接部１１が傾いたとしても超音波探触子１１と鋼管１０との位置関係を常に最適に保持することができる。
【００２４】
本発明において、鋼管表面を円弧状に走査する装置は超音波探触子１のみであり、円弧型ガイド装置２も倣い装置３もともに鋼管円周方向を走査する動作は行わない。特開平７−９１９４６号公報に記載のものは、図８に示すように、超音波探触子１のみならずガイドロール３２を含めた倣い機構３０の全体が走査するので、移動系の質量が大きくなり、走査速度を高速化したり走査周期を短周期化するのには限界があった。それに対し本発明においては、超音波探触子１自身は質量が少ないので、走査速度を高速化することができ、あるいは走査周期を短周期化することができる。
【００２５】
特開平７−９１９４６号公報に記載のものはガイドロール３２が鋼管表面に接触し、特許第３２０９４５７号公報に記載のものは超音波探触子先端の接触ローラが鋼管表面に接触し、いずれも鋼管がその長手方向に移動しつつガイドロールや接触ローラが鋼管表面を円周方向に走査するため、鋼管表面に疵が発生することがある。これに対し、本発明の倣いロール４は鋼管の円周方向には走査しないので、倣いロール４による疵の発生は極めて少なくなる。
【００２６】
溶接鋼管の製造に際しては、種々の外径を有する鋼管を同一の製造装置で製造する。製造する鋼管サイズを変更する際における内面形状測定装置の設定変更作業は、装置の交換を不要とし、できるかぎり短時間で少ない作業量で完了することが好ましい。
【００２７】
本発明の実施の形態においては、円弧型ガイド装置２と倣いロール４との相対位置関係を変更可能とすることにより、鋼管の外径変更に対して迅速に対応することができる。図１（ｂ）、図４（ｂ）においては、倣い装置３に位置調整装置７を有している。図１の場合は大きな外径の鋼管を製造しており、位置調整装置７を大きな外径の鋼管に合わせてあり、図４の場合は小さな外径の鋼管を製造しており、位置調整装置を小さな外径の鋼管に合わせてある。その結果、図１（ｂ）、図４（ｂ）のいずれも、倣いロール４を鋼管１０の表面に押し付けることにより、円弧型ガイド装置２の円弧中心２３を鋼管１０の中心と一致させることができる。
【００２８】
本発明の図１（ａ）、図４（ａ）においてはまた、円弧型ガイド装置２に超音波探触子１の位置調整装置６を有している。図１においては位置調整装置６の調整により超音波探触子１と円弧中心２３の距離を離しており、図４においては位置調整装置６の調整により超音波探触子１と円弧中心２３の距離を近づけており、いずれも鋼管１０の中心と円弧中心２３を一致させた際において、鋼管１０の外径に応じて超音波探触子１と鋼管表面との距離が最適に保持される。
【００２９】
以上のように、倣い装置３の位置調整装置７および円弧型ガイド装置２の位置調整装置６を調整することのみにより、倣い装置３や円弧型ガイド装置２を交換することなく、鋼管１０の外径変更に迅速に対応することができる。
【００３０】
また図１（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、倣いロール４として２個のロールをもって１組を形成し、２個のロールの回転軸は相互に一定の角度（φ）をもって配置し、円筒状のロールを用いた場合には、種々の外径の鋼管について処理を行った場合において、倣いロールと鋼管表面の接点と鋼管中心とのなす角度θを常に一定の角度（１８０°−φ）とすることができる。図８に示すようなガイドロール３２（特開平７−９１９４６号公報に記載されたもの）を用いた場合には、２個のガイドロール３２の間隔を広くすると、小径の鋼管製造時にロールと鋼管表面の接点と鋼管中心とのなす角度が大きくなりすぎるという問題が生じるが、円筒状の倣いロール４を用いた場合には上記のように角度θを一定に保持することができる。当該内面形状測定装置を適用する造管装置において、溶接部存在範囲角度ψの実態に基づいて、角度θを溶接部存在範囲角度ψより大きな角度として決定すると良い。さらに、角度θは、角度ψより大きな角度範囲の中でできるだけ小さな角度とすると好ましい。本発明において、管の外径毎に円弧型ガイド装置と倣いロールとの相対位置関係を変更する。外径の変更代が同一の場合、角度θが大きいほど円弧型ガイド装置と倣いロールとの相対位置変更代が大きくなる。従って、造管を行う管の外径範囲が広い場合においては、角度θが小さい方が（角度φが大きい方が）円弧型ガイド装置と倣いロールとの位置変更代、即ちストロークを小さくすることができるので、好ましい。
【００３１】
本発明においては、２個の倣いロール４を有する倣い装置３を管の長さ方向に複数組有することとすると好ましい。内面形状測定装置の設置位置において、測定対象の鋼管は図５に示すように走行台車１５の上を鋼管走行方向２４に走行している。このとき、鋼管１０の存在位置は、図５（ａ）（ｂ）に示すように常に台車中心２５と一致しているとは限らない。図５（ｃ）（ｄ）にあるように、台車中心２５から左右いずれかの側へ片寄って走行する場合があり、あるいは図５（ｅ）（ｆ）にあるように、台車中心２５と角度をなして走行する場合もある。このいずれの場合においても、超音波探触子１は鋼管表面から一定間隔で、かつ鋼管表面に垂直に超音波を発信する必要がある。これに対し、図２に示すように、倣い装置３を間の長手方向に２組有することとすれば、両方の倣い装置の倣いロールを管の表面に押し付けることにより、管の存在位置および進行方向にずれが存在する場合であっても、内面形状測定装置の位置および方向を管の位置および方向に一致させることができる。このとき、２組の倣い装置３と連結フレーム５で固定された円弧型ガイド装置２は、正しく鋼管１０との位置関係を確保することができ、常に正確に鋼管の内面形状を測定することが可能になる。２組の倣い装置３と円弧型ガイド装置２との配置関係については、図２に示すように、２組の倣い装置３の間に円弧型ガイド装置２を配置すると最も好ましい。
【００３２】
次に、本発明の内面形状測定装置におけるデータ処理ついて、図６、７に基づいて説明する。
【００３３】
超音波探触子１は、鋼管１０の外面に超音波伝搬媒質（水）を介して配置されている。パルサー１７から発生したパルス電圧を超音波探触子１に印加すると、超音波探触子１は超音波を発生し、超音波発信方向２６に向けて超音波パルスを発信する。超音波パルスは鋼管１０の表面および内面で反射し、エコーとして超音波探触子１に戻ってくる。レシーバ１８は、戻ってきた表面エコーおよび内面エコーを受信し、表面エコーのパルス電圧および内面エコーのパルス電圧に変換し、表面エコー監視ゲート２７および内面エコー監視ゲートに導く。表面エコー監視ゲート２７は、表面エコーのパルス電圧を検出して、表面エコー検出パルスを出力し、演算装置に送信する。内面エコー監視ゲート２８は内面エコーのパルス電圧を検出して、内面エコー検出パルスを演算装置１９に送信する。演算装置１９は、パルサー１７からのパルス発信、表面エコー監視ゲート２７からの表面エコー検出パルス、内面エコー監視ゲート２８からの内面エコー検出パルスを受け取り、それぞれのタイミング差に基づき、鋼管の表面形状および内面形状を算出する。
【００３４】
測定においては、鋼管１０を鋼管走行方向２４に一定速度で走行させつつ、超音波探触子１を鋼管の円周方向に探触子走査範囲２０において一定周期で走査させる。超音波探触子１が鋼管１０の溶接部１１を横切るたびに、溶接部１０の内面形状を測定することができる。
【００３５】
本発明においては、測定対象の鋼管の外径と肉厚によって測定条件を設定することとすると好ましい。その理由は、肉厚が変わると表面エコーと底面エコーの間隔が変わるため、底面エコーの立ち上がり位置を測定する底面エコー監視ゲートの位置を調整することが好ましいからである。また、外径・肉厚などで、表面エコー、底面エコーの高さが変わる。従って、エコー高さを適正に保つため測定感度を外径、肉厚により変更する。ここにおいて、エコーが高すぎると、エコー幅が大きくなり、隣のエコーと重なる可能性が出てくる。また、エコーが低すぎると、ベースノイズと区別が困難となる。
【００３６】
また、上記設定する測定条件としては、測定感度、超音波探触子と鋼管外面との相対距離、表面エコー監視ゲート、内面エコー監視ゲートであることとすると好ましい。ここで、測定感度とはエコーのピーク高さをどのレベルにするかの調整を意味し、表面エコー監視ゲートとは表面（管の外面）エコーを検知する領域を意味し、内面エコー監視ゲートとは底面（管の内面）エコーを検知する領域を意味する。
【００３７】
これら測定条件を管の外径と肉厚によって設定すると好ましい理由は以下のとおりである。まず、測定感度が良すぎるとエコーのピーク高さが高くなりすぎエコーの幅が大きくなり、隣のエコーと重なる可能性が出てくる。逆に感度が悪いと、エコーが低すぎると、ベースノイズと区別が困難となる。また、超音波探触子と鋼管外面との距離については、管の中心と円弧ガイドの中心とが同位置にこないと、超音波が管に垂直にあたらない。表面エコー監視ゲートの位置は始点、長さ、高さで決まる。管の外径が変わると探触子と管の外面との距離も変わりエコー位置が変わり、表面監視ゲートの始点も変える必要がある。ゲートの長さや高さはエコーのピーク形状により決まる。最後に、底面エコー監視ゲートについては、ゲートの位置は始点、長さ、高さで決まる。管の肉厚が変わると上記表面エコー監視ゲートとの相対位置が変わるので、エコーの位置が変わるためゲートの始点を変更する必要がある。ゲートの長さや高さはエコーのピーク形状により決まる。
【００３８】
鋼管の外径と肉厚によって測定条件を設定する方法としては、図７に示すように、テーブルとして保有しておくことが好ましい。
【００３９】
測定対象の鋼管の寸法情報（外径、肉厚）については、サイズ変更の都度オペレータが計測装置８に入力することとしても良いが、計測装置８と接続された外部コンピュータ９から情報を受け取ることとするとより好ましい。図７に示すテーブルは、外部コンピュータ９に格納することもでき、あるいは計測装置８内の例えば演算装置１９に格納しておいても良い。計測装置８内にテーブルを格納する場合においては、外部コンピュータ９からは鋼管の寸法情報あるいは寸法を表すコードデータのみを受け取ればよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明において、鋼管に接触する倣いロールは鋼管の円周方向に走査しないので、鋼管の溶接部が真上方向から傾いた場合でも倣いロールが溶接部に乗り上げることがなく、常に正確な内面形状の測定を行うことができる。また倣いロールが鋼管円周方向に走査しないため、鋼管表面に疵を付けることがない。
【００４１】
本発明は、種々の外径の鋼管を製造する場合においても、内面形状測定装置の設定を簡単にかつ短時間に行うことができる。また倣いロールとして円柱状のロールを用いた場合には、鋼管の外径によらず倣いロールと鋼管表面の接点と鋼管中心とのなす角度を一定に保持することができる。
【００４２】
本発明は、倣い装置を複数有することにより、測定位置において管が左右に蛇行しても正確な測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内面形状測定装置を示す概略図であり、（ａ）は円弧型ガイド装置、（ｂ）は倣い装置を示し、（ｃ）（ｄ）は超音波探触子の走査状況を示す図である。
【図２】本発明の内面形状測定装置の一実施例を示す斜視概略図である。
【図３】溶接部に傾きが生じる場合を説明する図であり、（ａ）は本発明の円弧型ガイド装置と溶接部傾きの関係を説明する図、（ｂ）は本発明の倣い装置と溶接部傾きの関係を説明する図、（ｃ）（ｄ）は溶接部の傾き存在範囲を説明する図である。
【図４】小径の鋼管を処理する際における本発明の内面形状測定装置を示す概略図である。
【図５】走行台車上における鋼管の走行状況を示す図であり、（ａ）（ｃ）（ｅ）は平面図、（ｂ）（ｄ）（ｆ）はそれぞれ（ａ）（ｃ）（ｅ）に対応する正面図である。
【図６】本発明の計測装置を示す図である。
【図７】鋼管の寸法情報と測定条件とを対応させたテーブルを示す図である。
【図８】従来の内面形状測定装置を示す図である。
【符号の説明】
１　超音波探触子
２　円弧型ガイド装置
３　倣い装置
４　倣いロール
５　連結フレーム
６　位置調整装置
７　位置調整装置
８　計測装置
９　外部コンピュータ
１０　管（鋼管）
１１　溶接部
１２　溝
１５　走行台車
１６　走行ロール
１７　パルサー
１８　レシーバ
１９　演算装置
２０　探触子走査範囲
２１　溶接部存在範囲
２２　押し付け力
２３　円弧中心
２４　鋼管走行方向
２５　台車中心
２６　超音波発信方向
２７　表面エコー監視ゲート
２８　内面エコー監視ゲート
３０　倣い機構
３１　探触子保持具
３２　倣いロール
３３　倣いロール移動範囲
３７　ねじ
３８　モータ
θ　倣いロールと鋼管表面の接点と鋼管中心とのなす角度
φ　倣いロール回転軸相互の角度
ψ　溶接部存在範囲角度
【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】
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