(57)【要約】【課題】  外面溶接した直後のスパイラル鋼管の外周長を測定することが可能なスパイラル鋼管の外周長測定方法及びその装置、並びにスパイラル鋼管の外周長の変動に応じて帯板の成形条件を逐次修正することが可能なスパイラル鋼管の製造方法及びその設備を提供する。【解決手段】  スパイラル鋼管１８の外表面上に表面波の発信子１９及び受信子２０を配置し、スパイラル鋼管１８の鋼管軸に実質的に垂直な断面に、しかも、スパイラル鋼管１８の溶接ビード部２３を横切って表面波の伝播経路を設定して、発信子１９から受信子２０への表面波の伝播時間を求め表面波の伝播速度を用いて伝播経路の経路長を算出し、発信子１９と受信子２０の間の距離と経路長からスパイラル鋼管１８の外周長を算出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパイラル鋼管の外表面上に表面波の発信子及び受信子を配置し、
前記スパイラル鋼管の鋼管軸に実質的に垂直な断面に、しかも、該スパイラル鋼管の溶接ビード部を介して前記表面波の伝播経路を設定して、
前記発信子から前記受信子への前記表面波の伝播時間を求め該表面波の伝播速度を用いて前記伝播経路の経路長を算出し、
前記発信子と前記受信子の間の距離と前記経路長から前記スパイラル鋼管の外周長を算出することを特徴とするスパイラル鋼管の外周長測定方法。
【請求項２】
請求項１記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法において、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満の場合、前記表面波の周波数範囲を０．１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下とし、前記伝播経路を設定する際に、前記溶接ビード部の内部を直進する経路を採用することを特徴とするスパイラル鋼管の外周長測定方法。
【請求項３】
請求項１記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法において、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合、前記表面波の周波数範囲を０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下とし、前記伝播経路を設定する際に、前記溶接ビード部の外表面に沿って伝播する経路を採用することを特徴とするスパイラル鋼管の外周長測定方法。
【請求項４】
スパイラル鋼管の鋼管軸に実質的に垂直な断面上で該スパイラル鋼管の外表面上に所定の隙間を有して配置され、該スパイラル鋼管の溶接ビード部を横切って表面波の送信と受信を行う発信子及び受信子と、
前記発信子から前記受信子への前記表面波の伝播時間を求め該表面波の伝播速度を用いて伝播経路の経路長を算出する第１の演算手段と、
前記発信子と前記受信子の間の距離及び前記経路長から前記スパイラル鋼管の外周長を算出する第２の演算手段とを有することを特徴とするスパイラル鋼管の外周長測定装置。
【請求項５】
請求項４記載のスパイラル鋼管の外周長測定装置において、前記表面波の発信子及び受信子の周波数範囲を、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満の場合は０．１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合は０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下とし、
前記第１の演算手段には、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満の場合は前記伝播経路として前記溶接ビード部の内部を直進する経路を採用し、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合は前記伝播経路として前記溶接ビード部の外表面に沿って伝播する経路を採用する経路選択部が設けられていることを特徴とするスパイラル鋼管の外周長測定装置。
【請求項６】
帯板を成形機でスパイラル状に成形し、該帯板の外表面側を外面溶接機で溶接してスパイラル鋼管を形成するスパイラル鋼管の製造方法において、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法を用いて前記スパイラル鋼管の外周長を前記外面溶接機から１０ｍ以内の位置で測定し、その測定結果に基づいて前記成形機の成形条件を修正することを特徴とするスパイラル鋼管の製造方法。
【請求項７】
帯板をスパイラル状に成形する成形機と、
スパイラル状に成形された前記帯板の外表面側を溶接してスパイラル鋼管を形成する外面溶接機と、
請求項４及び５のいずれか１項に記載のスパイラル鋼管の外周長測定装置を有し、
前記スパイラル鋼管の外周長測定装置は前記外面溶接機から１０ｍ以内に設置され、前記成形機の成形条件を前記スパイラル鋼管の外周長の測定結果に基づいて修正することを特徴とするスパイラル鋼管の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパイラル鋼管の外周長測定方法及びその装置、スパイラル鋼管の外周長測定方法を用いたスパイラル鋼管の製造方法及びスパイラル鋼管の外周長測定装置を用いたスパイラル鋼管の製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼管の外周長を測定する装置として、図１３に示すように、測定ベルト１００の固定端ａから測定しようとする鋼管１０１の外周長より長い距離Ｌの位置に基準点ｐを設定し、測定ベルト１００の固定端ａを鋼管１０１の外表面上に固定端子１０２により密着固定して測定ベルト１００を鋼管１０１に巻き付け、測定ベルト１００の基準点ｐ側を固定端ａの固定位置から接線方向に取り出して、取り出した測定ベルト１００の基準点ｐまでの距離ｋを測長器１０３で測定しＬ−ｋを演算して鋼管１０１の外周長を求める外周長測定装置１０４が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、図１４に示すように、外周長を測定しようとする鋼管１０５を架台１０６上に載置し架台面に対して所定の角度方向から投光器１０７で光を放射し、鋼管１０５を挟んで投光器１０７と反対側に設けたネジ１０８上に、例えば２つの光検出器１０９、１１０を配置し、一方の光検出器１０９を移動させるネジピッチを大きくし、他方の光検出器１１０を移動させるネジピッチを小さくすると共にそのネジ方向を反対として、１つのネジ駆動装置１１１で鋼管１０５の外径の変化に応じて各光検出器１０９、１１０の位置を同時に調整することが可能な鋼管の外径測定装置１１２が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
一方、図１５に示すように、帯板１１３を成形して製造したスパイラル鋼管１１４の溶接シーム部１１５の両側の鋼管表面上に表面波の発信子Ａと受信子Ｂを配置し、発信子Ａから受信子Ｂへ至る表面波伝播経路ＬABが溶接シーム部１１５を横切らないように設定し、測定した発信子Ａから受信子Ｂへの表面波伝播時間と表面波伝播速度に基づいて表面波伝播経路ＬABの長さを求めてスパイラル鋼管１１４の外周長を算定する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
更に、図１６に示すように、管材１１６の同一周面上に送信用と受信用の各超音波探触子１１７、１１８をジンバル機構１１９を介して取付け、送信用超音波探触子１１７から送信された表面波が管材１１６の表面上を伝播して受信用超音波探触子１１８に到達するまでの時間と表面波伝播速度から管材１１６の管周長を計測する超音波距離計測装置１２０が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−８３２０７号公報
【特許文献２】特開昭５８−１０８４０６号公報
【特許文献３】特開平７−８３６４４号公報
【特許文献４】特開２０００−３２９５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、図１５に示すように、帯板１１３をスパイラル状に成形してスパイラル鋼管１１４を製造する場合、スパイラル鋼管１１４の外周長の変動に応じて帯板１１３の成形条件を逐次修正する必要がある。このためには、帯板１１３をスパイラル状に成形し外面溶接した直後にスパイラル鋼管１１４の外周長を測定するのが好ましい。そこで、特許文献１〜４に記載された発明を外面溶接した直後のスパイラル鋼管の外周長の測定に適用することを検討した。
特許文献１に記載された外周長測定装置１０４を使用する場合では、測定ベルト１００の耐久性の点から安定した外周長の測定と測定精度の維持が困難になるという問題がある。また、外周長測定装置１０４を設置するには広いスペースを確保することが必要となるが、外面溶接した直後のスパイラル鋼管の外周長を測定しようとすると、外面溶接機が障害となって外周長測定装置１０４を設置することができないという問題も生じる。
特許文献２に記載された鋼管の外径測定装置１１２では、スパイラル鋼管の外径から外周長を算出するため、本質的に測定精度が劣るという問題が存在する。更に、溶接時に発生するヒューム等による劣悪な雰囲気を介して投光器１０７から放射された光を光検出器１０９、１１０で検出するので、安定した測定精度を維持してスパイラル鋼管の外径測定を行うことができないという問題が生じる。
【０００６】
特許文献３に記載されたスパイラル鋼管の外周長測定方法を適用する際、表面波伝播経路ＬABがスパイラル鋼管の鋼管軸に垂直又は垂直に近くなる場合は、溶接熱の影響を避けるために発信子Ａと受信子Ｂを溶接シーム部１１５から離して配置する必要がある。このとき、鋼管軸に対する溶接シーム部１１５の傾きによっては発信子Ａと受信子Ｂが大きく離れて設置され、外周長を求める際に発信子Ａと受信子Ｂの間の距離を別途測定せねばならず外周長の測定精度が低下するという問題が生じる。一方、表面波伝播経路ＬABがスパイラル鋼管の鋼管軸に対して傾いている場合は、測定した表面波伝播経路ＬABから幾何学的計算を行って外周長を算出するので精度に問題がある。更に、鋼管軸の方向の異なる位置に発信子Ａと受信子Ｂを配置せねばならず、発信子Ａと受信子Ｂの間隔が開くことから外面溶接した直後にスパイラル鋼管の外周長を測定することができなくなる。
特許文献４に記載された超音波距離計測装置１２０を使用する場合、発信子と受信子を表面波の伝播経路が溶接部を横切らないように配置すると特許文献３と同様の問題が生じる。また、外面溶接した直後のスパイラル鋼管の外周長を測定しようとして発信子と受信子を外面溶接機側に近づけて配置すると表面波の伝播経路が溶接部を横切るようになる。表面波が溶接部を横切る場合、表面波は溶接ビード部の盛り上がりに沿って伝播するので、表面波の伝播経路とスパイラル鋼管の外周長との間に差が生じ、この差をどのように処理してスパイラル鋼管の外周長を求めるかという問題が生じる。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、外面溶接した直後のスパイラル鋼管の外周長を高精度に測定することが可能なスパイラル鋼管の外周長測定方法及びその装置、並びにスパイラル鋼管の外周長の変動に応じて帯板の成形条件を逐次修正することが可能なスパイラル鋼管の製造方法及びその設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的に沿う請求項１記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法は、スパイラル鋼管の外表面上に表面波の発信子及び受信子を配置し、
前記スパイラル鋼管の鋼管軸に実質的に垂直な断面に、しかも、該スパイラル鋼管の溶接ビード部を介して前記表面波の伝播経路を設定して、
前記発信子から前記受信子への前記表面波の伝播時間を求め該表面波の伝播速度を用いて前記伝播経路の経路長を算出し、
前記発信子と前記受信子の間の距離と前記経路長から前記スパイラル鋼管の外周長を算出する。
【０００９】
スパイラル鋼管の溶接ビード部を介して、すなわち横切るように表面波の伝播経路を設定するので、溶接ビード部の熱影響が無視できるように溶接ビード部から十分に離れた位置に発信子と受信子を配置することができると共に、発信子と受信子の間の距離も接近させて配置することができる。このため、発信子と受信子をスパイラル鋼管の外表面上の小領域に配置してスパイラル鋼管の外周長の測定を行うことができる。
また、スパイラル鋼管の鋼管軸に対して実質的に垂直な円形断面に表面波の伝播経路を設定するので、伝播経路の経路長とスパイラル鋼管の外周長との間の差を小さくすることができる。
ここで、スパイラル鋼管の鋼管軸に実質的に垂直とは、スパイラル鋼管の外表面上で発信子及び受信子を結ぶ線によって形成される円形断面と鋼管軸と間の角度が８５〜９５°の範囲であることを指す。
【００１０】
請求項２記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法は、請求項１記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法において、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満の場合、前記表面波の周波数範囲を０．１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下とし、前記伝播経路を設定する際に、前記溶接ビード部の内部を直進する経路を採用する。
スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満と小さい場合、表面波の伝播経路の経路長が短くなり、スパイラル鋼管の表面を伝播する際の表面波の減衰を押さえることができ、０．１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下、好ましくは０．５ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ未満、更に好ましくは１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の周波数範囲の表面波を使用することができる。その結果、波形のピーク位置から表面波の伝播時間の高精度な測定を行うことができる。
【００１１】
請求項３記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法は、請求項１記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法において、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合、前記表面波の周波数範囲を０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下とし、前記伝播経路を設定する際に、前記溶接ビード部の外表面に沿って伝播する経路を採用する。
スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上と大きい場合、表面波の伝播経路の経路長が長くなり、スパイラル鋼管の表面を伝播する際の表面波の減衰が顕著となる。このため、０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下、好ましくは０．５ＭＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数範囲の表面波を使用する。これによって、表面波の減衰を抑えて確実に表面波を受信することができ、波形のピーク位置から表面波の伝播時間を精度よく測定することができる。
なお、表面波の周波数が小さくなると表面波の受信信号波が拡がって伝播時間の測定に誤差を伴うようになるが、スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上ではスパイラル鋼管の外周長が大きくなるため、スパイラル鋼管の外周長の測定における誤差の影響を小さくすることができる。
【００１２】
前記目的に沿う請求項４記載のスパイラル鋼管の外周長測定装置は、スパイラル鋼管の鋼管軸に実質的に垂直な断面上で該スパイラル鋼管の外表面上に所定の隙間を有して配置され、該スパイラル鋼管の溶接ビード部を横切って表面波の送信と受信を行う発信子及び受信子と、
前記発信子から前記受信子への前記表面波の伝播時間を求め該表面波の伝播速度を用いて伝播経路の経路長を算出する第１の演算手段と、
前記発信子と前記受信子の間の距離及び前記経路長から前記スパイラル鋼管の外周長を算出する第２の演算手段とを有する。
【００１３】
請求項５記載のスパイラル鋼管の外周長測定装置は、請求項４記載のスパイラル鋼管の外周長測定装置において、前記表面波の発信子及び受信子の周波数範囲を、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満の場合は０．１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合は０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下とし、
前記第１の演算手段には、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満の場合は前記伝播経路として前記溶接ビード部の内部を直進する経路を採用し、前記スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合は前記伝播経路として前記溶接ビード部の外表面に沿って伝播する経路を採用する経路選択部が設けられている。
これによって、任意の外径のスパイラル鋼管に対して最適な伝播経路を設定することができる。
【００１４】
前記目的に沿う請求項６記載のスパイラル鋼管の製造方法は、帯板を成形機でスパイラル状に成形し、該帯板の外表面側を外面溶接機で溶接してスパイラル鋼管を形成するスパイラル鋼管の製造方法において、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法を用いて前記スパイラル鋼管の外周長を前記外面溶接機から１０ｍ以内の位置で測定し、その測定結果に基づいて前記成形機の成形条件を修正する。
これによって、スパイラル鋼管の外周長が変動した場合、早急に成形機の成形条件を修正することができる。
ここで、スパイラル鋼管の外周長の測定位置は外面溶接機から１０ｍ以内であるが、好ましくは５ｍ以内、より好ましくは２ｍ以内に設置する。また、成形機の成形条件とは、例えば、成形機に搬送する帯板の搬送方向の角度、入側内外面成形ロールの圧下量、外面押えロール圧下量を指す。
【００１５】
前記目的に沿う請求項７記載のスパイラル鋼管の製造設備は、帯板をスパイラル状に成形する成形機と、
スパイラル状に成形された前記帯板の外表面側を溶接してスパイラル鋼管を形成する外面溶接機と、
請求項４及び５のいずれか１項に記載のスパイラル鋼管の外周長測定装置を有し、
前記スパイラル鋼管の外周長測定装置は前記外面溶接機から１０ｍ以内に設置され、前記成形機の成形条件を前記スパイラル鋼管の外周長の測定結果に基づいて修正する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜３記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法においては、スパイラル鋼管の溶接ビード部を横切るように表面波の伝播経路を設定するので、発信子と受信子をスパイラル鋼管の外表面上の小領域に配置してスパイラル鋼管の外周長の測定を行うことができ、例えば、発信子と受信子を外面溶接機側に近づけて配置することが可能になる。その結果、スパイラル鋼管の外周長の変動を早期に検出することが可能になる。
また、スパイラル鋼管の鋼管軸に対して実質的に垂直な断面の外周上に発信子と受信子を配置して表面波の伝播経路を設定するので、発信子と受信子間の距離及び伝播経路の経路長との和として求まる測定長とスパイラル鋼管の外周長との間の差を小さくすることができ、測定長に対して幾何学的計算を行う際の誤差が減少し精度の高いスパイラル鋼管の外周長の測定が可能になる。
【００１７】
特に、請求項２記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法においては、スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満の場合、表面波の周波数範囲を０．１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下とし、伝播経路を設定する際に、溶接ビード部の内部を直進する経路を採用するので、波形のピーク位置から表面波の伝播時間の高精度な測定を行うことができ、精度の高いスパイラル鋼管の外周長の測定が可能になる。
【００１８】
請求項３記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法においては、スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合、表面波の周波数範囲を０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下とし、伝播経路を設定する際に、溶接ビード部の外表面に沿って伝播する経路を採用するので、表面面波の減衰を押さえて波形のピーク位置から表面波の伝播時間を精度よく測定することができ、スパイラル鋼管の外周長の測定を精度よく行うことが可能になる。
【００１９】
請求項４及び５記載のスパイラル鋼管の外周長測定装置においては、スパイラル鋼管の溶接ビード部を横切って表面波の伝播経路が形成されるように表面波の発信子及び受信子がスパイラル鋼管の外表面上に配置されているので、発信子と受信子の間の距離を小さくすることができ、例えば、発信子と受信子を外面溶接機側に近づけて配置することが可能になる。その結果、スパイラル鋼管の外周長の変動を早期に検出することが可能になる。
また、スパイラル鋼管の鋼管軸に対して実質的に垂直な断面上に表面波の伝播経路が設定されるので、伝播経路の経路長に対して幾何学的な計算を行う際の誤差が減少し精度の高いスパイラル鋼管の外周長の測定を行うことが可能になる。
【００２０】
特に、請求項５記載のスパイラル鋼管の外周長測定装置においては、表面波の発信子及び受信子の周波数範囲を、スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満の場合は０．１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下、スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合は０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下とし、第１の演算手段には、スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満の場合は伝播経路として溶接ビード部の内部を直進する経路を採用し、スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合は伝播経路として溶接ビード部の外表面に沿って伝播する経路を採用する経路選択部が設けられているので、任意の外径のスパイラル鋼管に対して最適な伝播経路を設定することができ、任意の外径のスパイラル鋼管において表面波の伝播時間を確実に、しかも精度よく測定することが可能になる。
【００２１】
請求項６記載のスパイラル鋼管の製造方法においては、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパイラル鋼管の外周長測定方法を用いてスパイラル鋼管の外周長を外面溶接機から１０ｍ以内の位置で測定し、その測定結果に基づいて成形機の成形条件を修正するので、形成されるスパイラル鋼管の外周長の変動を早期に検出して成形機の成形条件の修正を行うことが可能になる。その結果、外周長が規格外となるスパイラル鋼管の製造を防止することが可能になる。
【００２２】
請求項７記載のスパイラル鋼管の製造設備においては、外周長測定装置は外面溶接機から１０ｍ以内に設置されているので、スパイラル鋼管の外周長の変動を早急に検出することが可能になる。そして、スパイラル鋼管の外周長が変動した場合、早急に成形機の成形条件を修正することができ、外周長が規格外となるスパイラル鋼管の製造を防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るスパイラル鋼管の製造設備の説明図、図２は同スパイラル鋼管の製造設備に使用するスパイラル鋼管の外周長測定装置の説明図、図３は本発明の一実施の形態に係るスパイラル鋼管の製造方法に適用するスパイラル鋼管の外周長測定方法における溶接ビード部を伝播する表面波の伝播経路を示す説明図、図４は大径スパイラル鋼管において発信子から送信した周波数０．１ＭＨｚの表面波を受信子で受信した際に得られる受信信号波形を示す説明図、図５は大径スパイラル鋼管において発信子から送信した周波数５ＭＨｚの表面波を受信子で受信した際に得られる受信信号波形を示す説明図、図６は小径スパイラル鋼管において発信子から送信した周波数０．１ＭＨｚの表面波を受信子で受信した際に得られる受信信号波形を示す説明図、図７は小径スパイラル鋼管において発信子から送信した周波数５ＭＨｚの表面波を受信子で受信した際に得られる受信信号波形を示す説明図である。
【００２４】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るスパイラル鋼管の製造設備１０は、帯板１１をスパイラル状に成形する成形機１２と、スパイラル状に成形された帯板１１の外表面側を溶接してスパイラル鋼管１８を形成する外面溶接機１３と、スパイラル鋼管の外周長測定装置（以下、単に外周長測定装置という）１４を有している。以下これらについて、詳細に説明する。
成形機１２は、コイル状に巻かれた帯板１１を徐々に引き出し、製造するスパイラル鋼管１８の外径に応じて搬送方向を変化させて送り出す前処理部１５と、前処理部１５から搬送された帯板１１を複数の入側内外面成形ロール１６でスパイラル鋼管１８の外径に応じて圧下しながらスパイラル状に成形していく成形部１７を有している。外面溶接機１３は、スパイラル状の隣り合う帯板１１間に連続して形成される接触部の外周側を溶接し一体化してスパイラル鋼管１８にするもので、例えば、サブマージドアーク溶接機を使用することができる。
【００２５】
外周長測定装置１４は、図２に示すように、外面溶接機１３から１０ｍ以内、好ましくは５ｍ以内、より好ましくは２ｍ以内の位置に想定されるスパイラル鋼管１８の鋼管軸に実質的に垂直（８５〜９５°）な断面の外周上（スパイラル鋼管１８の外表面上）に、所定の隙間（発信子１９と受信子２０の中心間距離Ｍが、例えば１００〜４００ｍｍ）を有して配置され表面波の送信と受信を行う発信子１９及び受信子２０を有している。
このように、スパイラル鋼管１８の外周長を外面溶接機１３に近い位置で測定するようにすると、製造しているスパイラル鋼管１８の外周長が変動した場合、早急に成形機１２の成形条件を修正することができる。
ここで、発信子１９と受信子２０には、表面波を特定方向に送信し特定方向からの表面波を受信する機能を有するものを使用する。これによって、発信子１９と受信子２０をスパイラル鋼管１８の外表面上に配置した際、発信子１９からスパイラル鋼管１８の鋼管軸に実質的に垂直な断面の外周上を遠回りに進行するように表面波を送信させることができ、遠回りに進行した表面波を受信子２０で受信することができる。
【００２６】
表面波の発信子１９及び受信子２０としては、スパイラル鋼管１８の外径が１１００ｍｍ未満の場合は０．１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下、好ましくは０．５ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ未満、更に好ましくは１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の周波数範囲の超音波発信子、超音波受信子を使用し、スパイラル鋼管１８の外径が１１００ｍｍ以上の場合は０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下、好ましくは０．５ＭＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数範囲の超音波発信子、超音波受信子を使用する。
これによって、スパイラル鋼管１８の外径が１１００ｍｍ未満と外径が小さな場合では、表面波の伝播時間の高精度な測定を行うことができる。また、スパイラル鋼管１８の外径が１１００ｍｍ以上と外径が大きな場合では、表面波の伝播経路の経路長が長くなっても表面波の減衰を抑えて波形のピーク位置から表面波の伝播時間を精度よく測定することができる。
【００２７】
更に、外周長測定装置１４は、発信子１９から受信子２０への表面波の伝播時間を求め表面波の伝播速度を用いて伝播経路の経路長Ｌ（発信子１９の中心からスパイラル鋼管１８の鋼管軸に実質的に垂直な断面の外周上を遠回りに進行して受信子２０の中心に到達するまでの距離）を算出する第１の演算手段２１と、発信子１９と受信子２０の間の中心間距離Ｍ及び経路長Ｌからスパイラル鋼管１８の外周長（Ｌ＋Ｍ）を算出する第２の演算手段２２を有している。
ここで、発信子１９と受信子２０は、スパイラル鋼管１８の鋼管軸に実質的に垂直な断面の外周上に配置しているので、図３に示すように、発信子１９から送信された表面波はスパイラル鋼管１８の溶接ビード部２３を横切って進行し受信子２０に到達する。表面波が溶接ビード部２３を横切る場合、表面波の一部は溶接ビード部２３の内部を直進する経路ＤＰを進行し、残りの表面波は溶接ビード部２３の外表面に沿って伝播する経路ＲＰを進行する。そして、経路ＤＰは経路ＲＰより短いがいずれも経路長Ｌと比較すると小さいため、受信子２０では経路ＤＰを通過した表面波が検出された後少し遅れて経路ＲＰを通過した表面波が検出される。その結果、受信子２０で表面波を受信すると、経路ＤＰを進行する表面波の受信信号波形Ｄと経路ＲＰを進行する表面波の受信信号波形Ｒが近接して観測される。
【００２８】
一般に、物質の表層部に一定強度の表面波を伝播させて受信する場合の表面波の周波数と受信信号波形の関係を求めると、表面波の周波数が高い場合は受信信号波形は鋭く、そのピーク位置を容易に見いだすことができるが、減衰し易い特性から振幅（ピーク高さ）は小さくなる。一方、表面波の周波数が低いと受信新信号波形は幅広になってそのピーク位置を見いだすことが困難になるが、振幅（ピーク高さ）は大きくなる。
ここで、外径が１１００ｍｍ以上の大径のスパイラル鋼管１８において、発信子１９から周波数０．１ＭＨｚ未満の表面波を送信して受信子２０で受信した場合、経路ＤＰを進行した表面波の受信信号波形Ｄと経路ＲＰを進行した表面波の受信信号波形Ｒはいずれも幅広であるため重なり合って観測され、ピーク位置の検出ができない。
一方、発信子１９から周波数０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下の表面波を送信して受信子２０で受信した場合、各受信信号波形Ｄ、Ｒは重なり合うが、波形が鋭くなって分離して観測される。なお、経路ＤＰはスパイラル鋼管１８の内部を通過する経路であるため表面波は経路ＤＰを進行する際に大きく減衰して受信信号波形Ｄのピーク高さは低くなる。発信子１９から周波数０．１ＭＨｚの表面波を大径のスパイラル鋼管１８上に送信して受信子２０で受信したときの受信信号波形の例を図４に示す。
【００２９】
また、外径が１１００ｍｍ以上の大径のスパイラル鋼管１８において、発信子１９から周波数２ＭＨｚを超えた表面波を送信して受信子２０で受信した場合、表面波の周波数が高いため伝播中における減衰が大きくなり、溶接ビード部の内部を直進する経路ＤＰを進行する表面波の減衰は非常に顕著になる。このため、各受信信号波形Ｒ、Ｄの検出が困難になる。
周波数５ＭＨｚ以上の表面波を送信して受信子２０で受信した場合、表面波の減衰が激しく、特に受信信号波形Ｄでは検出が非常に困難になる。発信子１９から周波数５ＭＨｚの表面波を大径のスパイラル鋼管１８上に送信して受信子２０で受信したときの受信信号波形の例を図５に示す。
【００３０】
外径が１１００ｍｍ未満の小径のスパイラル鋼管１８において、発信子１９から周波数０．１ＭＨｚ未満の表面波を送信して受信子２０で受信した場合、経路ＤＰを進行した表面波の受信信号波形Ｄと経路ＲＰを進行した表面波の受信信号波形Ｒはいずれも幅広であるため重なり合って観測され、ピーク位置の検出ができない。
一方、周波数０．１ＭＨｚ以上１ＭＨｚ未満の表面波を送信して受信子２０で受信した場合、経路ＤＰを進行した表面波の受信信号波形Ｄと経路ＲＰを進行した表面波の受信信号波形Ｒは重なり合うが、波形が鋭くなって分離して観測される。しかし、経路ＤＰを進行する表面波は大きく減衰するので、経路長Ｌが短くなっても受信信号波形Ｄのピーク高さは受信信号波形Ｒのように高くならない。このため、各受信信号波形Ｄ、Ｒの分離はできるが多少困難になる。発信子１９から周波数０．１ＭＨｚの表面波を小径のスパイラル鋼管１８上に送信して受信子２０で受信したときの受信信号波形の例を図６に示す。
【００３１】
これに対して、外径が１１００ｍｍ未満の小径のスパイラル鋼管１８において発信子１９から周波数１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の表面波を送信して受信子２０で受信した場合、各受信信号波形Ｄ、Ｒはいずれも波形が鋭く、発信子１９から受信子２０までの表面波の経路長Ｌが短いために減衰が小さくなって各受信信号波形Ｄ、Ｒのピーク高さも高くなる。このため、各受信信号波形Ｄ、Ｒは分離して観測される。発信子１９から周波数５ＭＨｚの表面波を小径のスパイラル鋼管１８上に送信して受信子２０で受信したときの受信信号波形の例を図７に示す。
また、発信子１９から周波数５ＭＨｚを超え１０ＭＨｚ以下の表面波を送信して受信子２０で受信した場合、表面波の減衰が大きくなって、各受信信号波形Ｄ、Ｒのピーク位置の検出はできるが多少困難となり、周波数１０ＭＨｚを超える表面波を送信して受信子２０で受信した場合、表面波の減衰が激しく、十分な大きさの受信信号波形Ｄ、Ｒを検出できない。
【００３２】
以上のことから、外径が１１００ｍｍ以上の大径のスパイラル鋼管１８において受信子２０で表面波の受信を行うには、低周波数側の表面波を用いて溶接ビード部２３の外表面に沿って伝播する経路ＲＰを通過した表面波を受信するのが有利となる。
一方、外径が１１００ｍｍ未満の小径のスパイラル鋼管１８において受信子２０で表面波の受信を行う場合も、低周波数側の表面波を用いて溶接ビード部２３の外表面に沿って伝播する経路ＲＰを通過した表面波を受信することが可能となるが、得られる受信信号波形Ｒは幅広となっているためピーク位置の検出精度が低下し、スパイラル鋼管１８の外周長の測定精度も低下する。
【００３３】
ここで、小径のスパイラル鋼管１８の製造管理基準は、例えば、外径が６００ｍｍ以上では外周長の許容範囲は０．４％＋３ｍｍ以内、６００ｍｍ未満では外周長に対して６ｍｍ以内であるため、正確な外周長を求める際に外周長の測定精度が低下することは問題になる。このため、外径が１１００ｍｍ未満の小径のスパイラル鋼管１８において受信子２０で表面波の受信を行う場合、ピーク位置の検出精度を上げるため高周波数側の表面波を用いると共に、スパイラル鋼管１８の正確な外周長に相当する溶接ビード部２３の内部を直進する経路ＤＰを通過した表面波を受信するのがよい。
以上のことから、第１の演算手段２１には、図３に示すように、スパイラル鋼管１８の外径が１１００ｍｍ未満の場合は伝播経路として溶接ビード部２３の内部を直進する経路ＤＰを採用し、スパイラル鋼管１８の外径が１１００ｍｍ以上の場合は伝播経路として溶接ビード部２３の外表面に沿って伝播する経路ＲＰを採用する経路選択部２４を設ける。
なお、測定するスパイラル鋼管１８の外周長、経路ＤＰ長、及び経路ＲＰ長の各範囲は予め見積もることができるので、表面波の伝播速度から、経路ＤＰを通過する表面波の伝播時間ｔD と、経路ＲＰを通過する表面波の伝播時間ｔR を予測することができる。このため、経路選択部２４としては、伝播時間ｔD 又は伝播時間ｔR に対して前後に設けた一定時間幅内で検出されるピークの前側の表面波だけを検出するような、例えば、ゲート回路を用いて構成することができる。
【００３４】
次に、本発明の一実施の形態に係るスパイラル鋼管の製造方法について説明する。
コイル状に巻かれた帯板１１を前処理部１５を介して成形部１７に供給し、帯板１１を複数の入側内外面成形ロール１６で圧下しながらスパイラル状に成形していく。そして、スパイラル状に成形された隣り合う帯板１１間に連続して形成される接触部の外周側を外面溶接機１３で溶接し一体化してスパイラル鋼管１８にする。
ここで、外面溶接機１３から１０ｍ以内、好ましくは５ｍ以内、より好ましくは２ｍ以内の位置に想定されるスパイラル鋼管１８の鋼管軸に実質的に垂直（８５〜９５°）な断面の外周上（スパイラル鋼管１８の外表面上）に、スパイラル鋼管の外周長測定装置１４の発信子１９及び受信子２０を、所定の隙間を有してスパイラル鋼管１８の溶接ビード部２３を横切って表面波の伝播経路が設定されるように配置する。なお、発信子１９と受信子２０の中心間距離Ｍは第２の演算手段２２に予め入力しておく。
【００３５】
このとき、製造しているスパイラル鋼管１８の外径が１１００ｍｍ未満の場合は、０．１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下、好ましくは０．５ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ未満、更に好ましくは１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の周波数範囲の発信子１９と受信子２０を使用する。また、スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合は０．１ＭＨｚ以上２ＭＨｚ以下、好ましくは０．５ＭＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数範囲の発信子１９と受信子２０を使用する。
更に、スパイラル鋼管の外周長測定装置１４の第１の演算手段２１に設けられた経路選択部２４を操作して、図３に示すように、スパイラル鋼管１８の外径が１１００ｍｍ未満の場合は溶接ビード部２３の内部を直進する経路ＤＰを有する伝播経路を選択し、スパイラル鋼管１８の外径が１１００ｍｍ以上の場合は溶接ビード部２３の外表面に沿って伝播する経路ＲＰを有する伝播経路を選択しておく。
【００３６】
選択された伝播経路を通過して受信子２０で受信された表面波の受信信号を第１の演算手段２１に入力して伝播時間を求め表面波の伝播速度を用いて伝播経路の経路長Ｌを算出する。そして、算出された経路長Ｌを第２の演算手段２２に入力し、予め入力されている発信子１９と受信子２０の間の中心間距離Ｍを用いてスパイラル鋼管１８の外周長（Ｌ＋Ｍ）を算出する。
次いで、第２の演算手段２２において、算出したスパイラル鋼管１８の外周長（Ｌ＋Ｍ）と、製造するスパイラル鋼管１８の外周長目標値（例えば、スパイラル鋼管１８の外径から求まる理論外周長）を比較し、例えば、外周長目標値と外周長（Ｌ＋Ｍ）との偏差量を算出して、成形機１２の制御装置に逐次入力する。そして、成形機１２では、成形部１７の入側内外面成形ロール１６の圧下量及び／又は前処理部１５における帯板１１の搬送方向を逐次入力される偏差量に応じて修正する。これによって、形成されるスパイラル鋼管１８の外周長の変動を検出しながら成形機１２の成形条件の修正を逐次行うことができ、外周長が規格外となるスパイラル鋼管１８の製造を防止することができる。
製造されたスパイラル鋼管１８は溶接ビード部２３の探傷を超音波探傷装置２５で行って欠陥の有無を確認した後に走行切断装置２６で所定長さに切り出し、搬送ローラ群２７を介して次工程に搬送する。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。ここで、図８は本発明の実施例１に係るスパイラル鋼管の外周長測定方法における発信子から送信した表面波を受信子で受信した際に得られる受信信号波形の検出精度に及ぼす表面波の周波数とスパイラル鋼管の外径の関係を示す説明図、図９は周波数の低い表面波を使用した場合の受信信号波形の説明図、図１０は周波数の低い（高周波側）表面波を使用した場合の受信信号波形の説明図、図１１は本発明の実施例２に係るスパイラル鋼管の製造方法における成形条件の修正を行った場合のスパイラル鋼管の外周長の変化挙動を示すグラフ、図１２は比較例に係るスパイラル鋼管の製造方法における成形条件の修正を行った場合のスパイラル鋼管の外周長の変化挙動を示すグラフである。
【００３８】
（実施例１）
外径が４００〜１８００ｍｍのスパイラル鋼管の外表面上にその鋼管軸に実質的に垂直な断面に、しかも、溶接ビード部を横切って表面波の伝播経路が設定されるように発信子及び受信子を配置し、発信子から送信した表面波を受信子で受信した。なお、使用した表面波の周波数範囲は０．０５〜２０ＭＨｚである。
このとき、スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ未満の場合では表面波の伝播経路として溶接ビード部の内部を直進する経路を採用し、スパイラル鋼管の外径が１１００ｍｍ以上の場合では表面波の伝播経路として溶接ビード部の外表面に沿って伝播する経路を採用し、受信子で受信して得られた受信信号波形から表面波の伝播時間の測定精度と測定のし易さを検討した。その結果を図８に示す。なお、図８では、測定対象とする受信信号波形から高精度に伝播時間の測定ができる場合を○、測定精度の点では使用できるが測定がし難い場合を△、測定精度の点で使用できない場合を×として、表面波の周波数とスパイラル鋼管の外径の関係を示している。
【００３９】
図８の領域Ａ1 では溶接ビード部の外表面に沿って伝播する経路を採用した伝播経路に相当する受信信号波形のピーク位置を検出しなければならないが、周波数の低い表面波を使用しているので受信信号波形が図９に示すように幅広になって、波形のピーク位置の正確な検出ができない。表面波の周波数を高周波数側にした領域Ａ2 では、図１０に示すように受信信号波形が鋭くなって、波形のピーク位置の検出が困難ではあるが可能になる。
図８の領域Ｂ1 では溶接ビード部の内部を直進する経路を採用した伝播経路に相当する受信信号波形のピーク位置を検出しなければならないが、周波数の低い表面波を使用しているので受信信号波形が幅広になるため溶接ビード部の外表面に沿って伝播する経路を採用した伝播経路に相当する受信信号波形と重なり合って、測定対象とする受信信号波形を正確に分離できない。表面波の周波数を高周波数側にした領域Ｂ2 では、受信信号波形が鋭くなるため測定対象とする受信信号波形を分離できるようになり、波形のピーク位置の検出が困難ではあるが可能になる。
【００４０】
図８の領域Ｃ1 では溶接ビード部の外表面に沿って伝播する経路を採用した伝播経路に相当する受信信号波形のピーク位置を検出しなければならないが、周波数の高い表面波を使用しているので表面波の減衰が大きく、十分な大きさの受信信号波形を検出できない。表面波の周波数を低周波数側にした領域Ｃ2 では表面波の減衰が小さくなって、受信信号波形のピーク位置の検出が困難ではあるが可能になる。
図８の領域Ｄ1 では溶接ビード部の内部を直進する経路を採用した伝播経路に相当する受信信号波形のピーク位置を検出しなければならないが、表面波の減衰が大きく、十分な大きさの受信信号波形を検出できない。表面波の周波数を低周波数側にした領域Ｄ2 では、表面波の減衰が大きくなって、受信信号波形のピーク位置の検出が困難ではあるが可能になる。
【００４１】
（実施例２）
外面溶接機から鋼管軸に沿って３ｍの位置で鋼管軸に実質的に垂直な断面上のスパイラル鋼管の外表面上に周波数１ＭＨｚの表面波用の発信子及び受信子をそれぞれ配置し、スパイラル鋼管の外周長の測定結果に基づいて成形機の成形条件を修正しながら、外径が１０００ｍｍのスパイラル鋼管を製造した。製造しているスパイラル鋼管の外周長の変化挙動を図１１に示す。なお、外径が１０００ｍｍのスパイラル鋼管の目標外周長は３１４１．５ｍｍ、外周長の合格下限値は３１３２．１ｍｍ、外周長の合格上限値は３１５０．９ｍｍ、製造管理下限値は３１３２．７ｍｍ、製造管理上限値は３１５０．３ｍｍである。
図１１に示すように、スパイラル鋼管の製造を開始して目標外周長に近い値を有するスパイラル鋼管を製造していたが、時刻Ｔ1 の時点でスパイラル鋼管の外周長が増加する傾向を示すようになってきた。しかし、外面溶接機から３ｍの位置で外周長の測定を行ってその測定結果に基づいて成形機の成形条件を修正するようにしたので、外周長の増加は時刻Ｔ2 の時点で製造管理上限値まで増加したがその後の増加を防止して、時刻Ｔ3 の時点からは外周長を徐々に減少させて目標外周長に近い値を有するスパイラル鋼管の製造ができるようになった。
このように、スパイラル鋼管が成形されてから早期の内にその外周長を測定し測定結果に基づいて成形機の成形条件を修正するため、外周長が合格範囲内で推移するようにスパイラル鋼管を製造できることが確認できた。
【００４２】
（比較例）
外面溶接機から鋼管軸に沿って１１ｍの位置で鋼管軸に実質的に垂直な断面上のスパイラル鋼管の外表面上に周波数１ＭＨｚの表面波用の発信子及び受信子をそれぞれ配置し、スパイラル鋼管の外周長の測定結果に基づいて成形機の成形条件を修正しながら、外径が１０００ｍｍのスパイラル鋼管を製造した。製造しているスパイラル鋼管の外周長の変化挙動を図１２に示す。
図１２に示すように、スパイラル鋼管の製造を開始して時刻Ｓ1 の時点でスパイラル鋼管の外周長が増加する傾向を示すようになってきた。しかし、外面溶接機から１１ｍの位置で外周長の測定を行ってその測定結果に基づいて成形機の成形条件を修正するようにしたので、成形機の成形条件を修正する時刻が遅くなって、時刻Ｓ2 の時点で製造管理上限値に達し更に時刻Ｓ3 まで増加した後に修正の効果が現れて外周長は徐々に減少していき、時刻Ｓ4 の時点で製造管理上限値まで復帰し、その後更に減少して目標外周長に近い値を有するスパイラル鋼管の製造ができるようになった。
このように、スパイラル鋼管の成形機の成形条件を修正する判断を行う時間が遅くなると、外周長が不合格となる部分が発生してしまう。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明のスパイラル鋼管の外周長測定方法及びその装置並びにスパイラル鋼管の製造方法及びその設備を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、発信子と受信子は所定の隙間を有して別々に配置したが、発信子の送信方向と受信子の受信方向が反対になるように並べて一体化させてもよい。また、実施例では、外面溶接機から鋼管軸に沿って３ｍの位置に発信子と受信子をそれぞれ配置したが、外面溶接機から鋼管軸に沿って１０ｍ以内の位置であれば、スパイラル鋼管の製造設備の状況に合わせて設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスパイラル鋼管の製造設備の説明図である。
【図２】同スパイラル鋼管の製造設備に使用するスパイラル鋼管の外周長測定装置の説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るスパイラル鋼管の製造方法に適用するスパイラル鋼管の外周長測定方法における溶接ビード部を伝播する表面波の伝播経路を示す説明図である。
【図４】大径スパイラル鋼管において発信子から送信した周波数０．１ＭＨｚの表面波を受信子で受信した際に得られる受信信号波形を示す説明図である。
【図５】大径スパイラル鋼管において発信子から送信した周波数５ＭＨｚの表面波を受信子で受信した際に得られる受信信号波形を示す説明図である。
【図６】小径スパイラル鋼管において発信子から送信した周波数０．１ＭＨｚの表面波を受信子で受信した際に得られる受信信号波形を示す説明図である。
【図７】小径スパイラル鋼管において発信子から送信した周波数５ＭＨｚの表面波を受信子で受信した際に得られる受信信号波形を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例１に係るスパイラル鋼管の外周長測定方法における発信子から送信した表面波を受信子で受信した際に得られる受信信号波形の検出精度に及ぼす表面波の周波数とスパイラル鋼管の外径の関係を示す説明図である。
【図９】周波数の低い表面波を使用した場合の受信信号波形の説明図である。
【図１０】周波数の低い表面波を使用した場合の受信信号波形の説明図である。
【図１１】本発明の実施例２に係るスパイラル鋼管の製造方法における成形条件の修正を行った場合のスパイラル鋼管の外周長の変化挙動を示すグラフである。
【図１２】比較例に係るスパイラル鋼管の製造方法における成形条件の修正を行った場合のスパイラル鋼管の外周長の変化挙動を示すグラフである。
【図１３】従来例に係る鋼管の外周長測定装置の説明図である。
【図１４】他の従来例に係る鋼管の外周長測定装置の説明図である。
【図１５】従来例に係るスパイラル鋼管の外周長測定方法の説明図である。
【図１６】従来例に係る超音波距離計測装置を用いて管周長を計測する際の説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０：スパイラル鋼管の製造設備、１１：帯板、１２：成形機、１３：外面溶接機、１４：スパイラル鋼管の外周長測定装置、１５：前処理部、１６：入側内外面成形ロール、１７：成形部、１８：スパイラル鋼管、１９：発信子、２０：受信子、２１：第１の演算手段、２２：第２の演算手段、２３：溶接ビード部、２４：経路選択部、２５：超音波探傷装置、２６：走行切断装置、２７：搬送ローラ群
【図１】
2005315722.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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