(57)【要約】      （修正有）【課題】継目無鋼管製造時の穿孔圧延中や管圧延中の管体の振れ回りの振れ量を管体外周部の真円度と区別して精確に測定できる継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法及び装置を提供する。【解決手段】監視対象である通材中の管体５の相直交する二つの径方向領域の各々を通材方向２０の同一位置で管外面側の二箇所から夫々撮影する二つの撮影手段６と、前記二つの撮影手段の撮影画像を処理する一つの画像処理手段とで構成した光学測定器を用いて、前記管体の振れ回りの振れの主方向における大きさを測定し、この測定値に基づいて偏肉発生状態を監視する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法であって、監視対象である通材中の管体の相直交する二つの径方向領域の各々を通材方向の同一位置で管外面側の二箇所から夫々撮影する二つの撮影手段と、前記二つの撮影手段の撮影画像を処理する一つの画像処理手段とで構成した光学測定器を用いて、前記管体の振れ回りの振れの主方向における大きさを測定し、この測定値に基づいて偏肉発生状態を監視することを特徴とする継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法。
【請求項２】
前記監視対象は、穿孔圧延中の素材の穿孔圧延済みの部分からなる管体である請求項１に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法。
【請求項３】
前記監視対象は、管圧延中の中空素管の管圧延済みの部分からなる管体である請求項１に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法。
【請求項４】
前記監視対象は、穿孔圧延中の素材の穿孔圧延済みの部分からなる管体、及び管圧延中の中空素管の管圧延済みの部分からなる管体である請求項１に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法。
【請求項５】
前記二つの撮影手段は夫々が物体側テレセントリックレンズを有するラインセンサカメラであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法。
【請求項６】
継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置であって、監視対象である通材中の管体の相直交する二つの径方向領域の各々を通材方向の同一位置で管外面側の二箇所から夫々撮影する二つの撮影手段と、前記二つの撮影手段の撮影画像を処理する一つの画像処理手段とで構成した光学測定器を有し、前記画像処理手段が前記管体の振れ回りの振れの主方向における大きさを測定し、この測定値に基づいて偏肉発生状態を監視することを特徴とする継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置。
【請求項７】
前記監視対象は、穿孔圧延中の素材の穿孔圧延済みの部分からなる管体である請求項５に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置。
【請求項８】
前記監視対象は、管圧延中の中空素管の管圧延済みの部分からなる管体である請求項５に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置。
【請求項９】
前記監視対象は、穿孔圧延中の素材の穿孔圧延済みの部分からなる管体、及び管圧延中の中空素管の管圧延済みの部分からなる管体である請求項５に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置。
【請求項１０】
前記二つの撮影手段は夫々が物体側テレセントリックレンズを有するラインセンサカメラであることを特徴とする請求項５〜９の何れかに記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法及び装置に関し、詳しくは、継目無鋼管製造における傾斜圧延方式による穿孔圧延時や管圧延時の偏肉発生状態を監視する、継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
傾斜圧延方式による継目鋼無鋼管の製造では、加熱された鋼塊、鋼片等の素材を、穿孔機（詳しくはマンネスマン穿孔圧延機）にて穿孔して中空素管（ホローシェル）と成し、これを、管圧延機にて延伸かつ減肉することにより、継目無鋼管と成す。前記穿孔機は、一対の傾斜ロールの間隙に素材を通過させ、この通過の間、バー（詳しくはマンドレルバー）の先端に装着したプラグ（穿孔圧延用プラグ）にて素材を穿孔しつつ圧延する。前記管圧延機は、一対の傾斜ロールの間隙に中空素管を通過させ、この通過の間、バー先端に装着したプラグ（管圧延用プラグ）にて中空素管を延伸かつ減肉する。
【０００３】
継目無鋼管は、その製造中、種々の要因で圧延機（穿孔圧延機と管圧延機を総称して云う）出側の管体に、周方向、軸方向で肉厚が不均一となる所謂偏肉が発生すると、品質上問題となる。穿孔圧延時又は管圧延時にバーやプラグが振れ回ることで、穿孔圧延材或いは管圧延材に加わるロール反力が周方向に沿って一様でなくなることが、偏肉発生の一要因である。
【０００４】
継目無鋼管製造時の偏肉発生をその場で検出し、偏肉防止対策（鋼片等の偏熱防止、穿孔圧延用プラグの傾斜、偏心の調節、穿孔圧延機の位置調節等）を早急に施すようにするために、従来技術として、前記傾斜ロールの出側に変位測定器を設けてこれから圧延機出側の管体（及び/又はバー）までの距離の変位量を測定し、その測定値に基づいて偏肉発生状態を監視する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１１９３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来技術には、以下に述べる難点がある。
（ｉ）管体が前記変位測定器での距離測定方向と直交する方向に振動し、その振動が偏肉発生の原因であった場合、その振動は前記変位測定器では捉えることができず、振れ回りの振れ量の測定ができない。このような場合、偏肉発生があってもそれを見落とすこととなる。ここで、振れ回りとは、管体が管中心軸周りに回転すると共に前記管中心軸がこれに直交する平面内の或る一つの方向を主方向として振れる（振動する）運動のことであり、振れ回りの振れとは、前記振動の大きさのことである。
（ｉｉ）また、従来技術では、管体の振れ回りの振れ量に管体外周部の真円度が加わったものを変位量として測定していることになる。尚、真円度とは、円形形体の幾何学的に正しい円からの狂いの大きさであり、その大きさは円形形体を二つの同心の幾何学的に正しい円で挟んだとき、これら同心二円の間隔が最小となるときの前記同心二円の半径差で以て表す。一対の傾斜ロールとプラグを用いた穿孔圧延や管圧延では圧延機出側の管体は多かれ少なかれ管長手方向断面が偏平形状となっており、管体外周部の真円度が振れ回りの振れ量より大きい場合も起り得る。
【０００７】
そのため、前記距離の変位量が大きくなった原因が管体の振れ回りではなく管体外周部の真円度であって偏肉発生には至っていない場合であっても、偏肉発生があったものと誤認し、設備点検等の偏肉防止対策実行のために生産操業の中断を促し、その結果、生産性を阻害することとなる。
【０００８】
つまり、前記従来技術では、偏肉発生状態の監視精度が不十分であり、偏肉発生があったのを見落とす場合だけでなく、偏肉発生がないときにあったものと誤認する場合もあり、その結果、圧延製品の品質や、圧延操業の生産性を阻害すると云う問題があった。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題に鑑み、継目無鋼管製造時の穿孔圧延中や管圧延中の管体の振れ回りの振れ量を管体外周部の真円度と区別して精確に測定できる継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法及び装置を提供することを課題（本発明が解決しようとする課題）とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決する為になされた本発明は以下の通りである。
（１）  継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法であって、監視対象である通材中の管体の相直交する二つの径方向領域の各々を通材方向の同一位置で管外面側の二箇所から夫々撮影する二つの撮影手段と、前記二つの撮影手段の撮影画像を処理する一つの画像処理手段とで構成した光学測定器を用いて、前記管体の振れ回りの振れの主方向における大きさを測定し、この測定値に基づいて偏肉発生状態を監視することを特徴とする継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法。
（２）  前記監視対象は、穿孔圧延中の素材の穿孔圧延済みの部分からなる管体である前記（１）に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法。
（３）  前記監視対象は、管圧延中の中空素管の管圧延済みの部分からなる管体である前記（１）に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法。
（４）  前記監視対象は、穿孔圧延中の素材の穿孔圧延済みの部分からなる管体、及び管圧延中の中空素管の管圧延済みの部分からなる管体である前記（１）に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法。
（５）  前記二つの撮影手段は夫々が物体側テレセントリックレンズを有するラインセンサカメラであることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れかに記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視方法。
（６）  継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置であって、監視対象である通材中の管体の相直交する二つの径方向領域の各々を通材方向の同一位置で管外面側の二箇所から夫々撮影する二つの撮影手段と、前記二つの撮影手段の撮影画像を処理する一つの画像処理手段とで構成した光学測定器を有し、前記画像処理手段が前記管体の振れ回りの振れの主方向における大きさを測定し、この測定値に基づいて偏肉発生状態を監視することを特徴とする継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置。
（７）  前記監視対象は、穿孔圧延中の素材の穿孔圧延済みの部分からなる管体である前記（５）に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置。
（８）  前記監視対象は、管圧延中の中空素管の管圧延済みの部分からなる管体である前記（５）に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置。
（９）  前記監視対象は、穿孔圧延中の素材の穿孔圧延済みの部分からなる管体、及び管圧延中の中空素管の管圧延済みの部分からなる管体である前記（５）に記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置。
（１０）  前記二つの撮影手段は夫々が物体側テレセントリックレンズを有するラインセンサカメラであることを特徴とする前記（５）〜（９）の何れかに記載の継目無鋼管製造時の偏肉発生監視装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、継目無鋼管製造時の穿孔圧延中や管圧延中の管体の振れ回りの振れ量を管体外周部の真円度と区別して精確に測定できて、偏肉発生状態の監視精度が大幅に向上する。また、偏肉発生無を有と誤認することからの生産操業の中断が無くなり、生産性が向上する。また、振れ回りの振れ量の相直交する二方向成分が求まり、これら二方向成分から振れ回りの振れの主方向の大きさを特定できて、偏肉発生原因の究明が早まる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】穿孔圧延工程における本発明の実施形態の一例を示す概略図である。
【図２】管圧延工程における本発明の実施形態の一例を示す概略図である。
【図３】本発明に用いる光学測定器の一例を示す概略図である。
【図４】本発明による変位量測定方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
例えば図１に示すように、継目無鋼管製造工程のうちの穿孔圧延工程では、丸ビレット等からなる素材４を一対の傾斜ロール１のロール間隙に通しつつ、バー２の先端に装着したプラグ３を素材断面中心部に押し当てて穿孔する。穿孔圧延中の素材４は素材回転方向２１の向きに回転しつつ通材方向２０の向きに移動し、素材４の穿孔圧延済みの部分はその孔内側のバー２を通過する管体５となる。
【００１４】
また、例えば図２に示すように、継目無鋼管製造工程のうちの管圧延工程では、中空素管４Ａを一対の傾斜ロール１のロール間隙に通しつつ、バー２の先端に装着したプラグ３で素材中空部の内面を押圧して圧延する。管圧延中の素材４は素材回転方向２１の向きに回転しつつ通材方向２０の向きに移動し、中空素管４Ａの管圧延済みの部分はその孔内側のバー２を通過する管体５となる。
【００１５】
前記穿孔圧延工程及び管圧延工程において、バー２の管体未通過部分及び管体５はバーステディア３１、３２、３３（バーステディアの個数は図示の３個よりも多い）で保持して振れ回りを防止するようにしているが、完璧な防止は至極困難であり、振れ回りが大きくなって、公差を超える偏肉発生に至る場合がある。そこで、振れ回りの状態を監視する必要がある。尚、前述のように、振れ回りとは、管体が管中心軸周りに回転すると共に前記管中心軸がこれに直交する平面内の或る一つの方向を主方向として振れる（振動する）運動のことであり、振れ回りの振れとは、前記振動の大きさのことである。
【００１６】
この監視を行う方法として本発明では、図３に示すように、監視対象である通材中の管体５の相直交する二つの径方向（Ｘ方向、Ｙ方向）領域の各々を通材方向２０の同一位置で管外面側の二箇所から夫々撮影する二つの撮影手段６と前記二つの撮影手段６の撮影画像を処理する一つの画像処理手段１２とで構成した光学測定器４０を用いて、管体５の振れ回りの振れの主方向の大きさを測定し、この測定値に基づいて偏肉発生状態を監視する。尚、図１、図２には二つの撮影手段６のうちの一つを示した。
【００１７】
二つの撮影手段６のうち、管体５のＸ方向領域を撮影するものをＸの撮影手段と呼び、管体５のＹ方向領域を撮影するものをＹの撮影手段と呼ぶ。ＸとＹの撮影手段６は所定の撮影周期（例えば１〜２ｍｓ）で断続的に撮影を行い、その撮影画像を次々と、画像データ伝送線９経由で画像処理手段１２へ伝送する。画像処理手段１２は、画像処理ソフトウエアを搭載した画像処理ボード１０をパソコン１１に外装（外付け）してなる。画像処理ボード１０は、パソコン１１からの指令に応じて動作し、ＸとＹの撮影手段６の夫々から伝送されてきた撮影画像から、画像エッジ検出機能により、管体５のＸ方向、Ｙ方向各領域の両端を検出し、Ｘ方向領域の両端の位置（詳しくは位置座標値である。以下同じ）Ｘ１、Ｘ２、及びＹ方向領域の両端の位置Ｙ１、Ｙ２を測定（算出）し、これらの測定結果から、Ｘ方向領域の両端間の中点の位置Ｘｃ（Ｘ１とＸ２の算術平均である）、及びＹ方向領域の両端間の中点の位置Ｙｃ（Ｙ１とＹ２の算術平均である）を測定（算出）する。尚、１つの撮影画像の画像処理に要する時間は極めて短い（例えば１００〜２００ｍｓ）ので撮影時刻と測定時刻ｔとの時間差は無視できる程度に小さい。
【００１８】
Ｘ方向について測定したＸ１、Ｘ２、Ｘｃは、測定時刻ｔに対して図４（ａ）に模式的に示すような波形曲線となり、Ｘｃの波形曲線の振幅（Ｘｃの振幅）が振れ回りの振れ量のＸ方向成分の変位量に相当する。同様に、Ｙ方向について測定したＹ１、Ｙ２、Ｙｃは、測定時刻ｔに対して図４（ｂ）に模式的に示すような波形曲線となり、Ｙｃの波形曲線の振幅（Ｙｃの振幅）が振れ回りの振れ量のＹ方向成分の変位量に相当する。これらＸｃ、Ｙｃの変位量は、管体外周部の真円度に影響されず、振れ回りの状態を精確に反映したものとなる。
【００１９】
そして、図４（ｃ）に示すように、Ｘｃの振幅とＹｃの振幅を夫々Ｘ成分、Ｙ成分とするベクトルは、その方向と大きさが振れ回りの振れの主方向とその主方向における大きさに相当する。本発明では、かくして測定した振れ回りの振れの主方向における大きさに基づいて、偏肉発生状態を監視する。具体的には、前記振れの主方向における大きさに閾値を設け、測定した振れの主方向における大きさが閾値を超えたとき、偏肉発生があったと判定する。
【００２０】
前記Ｘｃ、Ｙｃの測定（算出）から前記閾値による偏肉発生有無の判定までは画像処理手段１２が自動的に行う（詳しくは、パソコン１１が画像処理ボード１０の援用下で自動的に行う）。
【００２１】
ところで、撮影手段６としては、分解能、解像度が高く、かつ被写体と光学系の距離が変化しても像の大きさが変化しないもの、すなわち、図１、図２、図３に示すような、物体側テレセントリックレンズ７を有するラインセンサカメラ８を用いることが好ましい。物体側テレセントリックレンズとは、レンズの後側焦点に絞りを設置したものである。これによれば、被写体である管体のどこからでも光軸に平行な光束が光学系に取り込まれるので、管体の径方向の中央部と端部とで像の大きさに差がなく、従って寸法測定に適したものである。ラインセンサカメラとは、受光素子を一直線状に配列した形態のカメラである。これによれば、受光素子を平面内に縦横に配列した形態のカメラであるエリアセンサカメラと比べ、分解能、解像度が格段に優れ、かつ画像処理を行いやすい画像の取得ができる。
【実施例】
【００２２】
本発明例として、図１、図３、図４に示した実施形態に沿って、継目無鋼管製造工程のうちの穿孔圧延工程において偏肉発生状態の監視を行い、１箇月間での偏肉発生看過率（偏肉発生有を無と誤判定した圧延本数率）及び偏肉発生誤認率（偏肉発生無を有と誤判定した圧延本数率）の調査を行った。一方、比較例として、同じ穿孔圧延工程において前記従来技術に沿って偏肉発生状態の監視を行い、同様の調査を行った。その結果、本発明例では比較例と比べ、偏肉発生看過率、偏肉発生誤認率とも格段に低減して、零に近い値となり、監視精度が大幅に向上して、継目無鋼管製品の品質及び歩留まりが向上し、かつ、偏肉発生誤認からの継目無鋼管生産操業の中断が激減し、生産性も向上した。
【符号の説明】
【００２３】
１  傾斜ロール
２  バー
３  プラグ
４  素材
４Ａ  中空素管
５  管体
６  撮影手段
７  物体側テレセントリックレンズ
８  ラインセンサカメラ
９  画像データ伝送線
１０  画像処理ボード
１１  パソコン
１２  画像処理手段
２０  通材方向
２１  素材回転方向
３１、３２、３３  バーステディア
４０  光学測定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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