JP2004012366A - 管厚測定装置及び管厚測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切断等による製品歩留りの低下を来すことなく、管軸方向の管厚を迅速に且つ精度良く測定することのできる管厚測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の管厚測定装置は、２本のアーム８，９が外側に向かって山形状に連結され、その連結部に測定対象管２２の内面と接触する車輪１０が設けられた接触枝腕４を円周方向に３組以上有する接触探索子３が１本のシャフト５に間隔を置いて２基設置された内径測定器本体２と、この内径測定器本体２の測定対象管内における位置を検出する位置検出手段１６，１８と、前記内径測定器本体２による測定データ並びに前記位置検出手段１６，１８による測定データに基づいて測定対象管の管軸方向の管厚を求める演算手段１９と、を具備した管厚測定装置であって、接触枝腕４は接触探索子３の外側に向かって伸縮可能であり、この接触枝腕の伸縮量に基づいて測定対象管の内径を測定する。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心鋳造管、鋼管、ポリエチレン管及びレジンコンクリート管等の管軸方向の管厚を測定する装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダクタイル鋳鉄管等の遠心鋳造管を製造する遠心鋳造設備は、その軸芯を回転軸として回転する金型と、この金型を搭載する鋳造台車と、金型内に溶湯を供給する鋳込み用取鍋と、鋳込み用取鍋から供給される溶湯を金型内に中継注湯する注湯用樋とを備えており、回転している金型内の奥まで挿入された注湯用樋先端から溶湯を注湯しながら金型を鋳造台車と共に鋳込み用取鍋の反対側に移動させることにより、注湯した溶湯を順次凝固させて、溶湯から直接遠心鋳造管を製造している。
【０００３】
鋳込み用取鍋は、傾動した時に鋳込み用取鍋内の溶湯表面積が略一定となるべく、その出湯口を通る縦断面形状が扇形となる、所謂「三角取鍋」が用いられており、傾動速度を一定にすることにより鋳込み用取鍋からの溶湯注湯量がほぼ一定に制御されている。そして、金型を、鋳込み開始時期及び鋳込み終了時期を除いて一定速度で移動させることにより、金型内各部位に一定量の溶湯が供給され、製造される遠心鋳造管の管厚が管軸方向で所定値に制御されるようになっている。
【０００４】
しかしながら、鋳込み開始の段階と鋳込み終了の段階とでは溶湯温度に差が生じ、この温度差が大きい場合には、注湯用樋上の湯流れに差が生じ、溶湯供給量が一定にならず、鋳造される遠心鋳造管の管軸方向の管厚に差が生ずることがある。管厚のばらつきが規格内であれば問題はないが、規格範囲を越えた場合には屑化して再溶解せざるを得ない。これを防止するためには、鋳造された遠心鋳造管の管軸方向の管厚分布を調査し、調査結果を鋳造条件にフィードバックして管厚を規格内に維持させることが必要になる。
【０００５】
従来、遠心鋳造管の管軸方向の管厚分布を測定する方法としては、遠心鋳造管を管軸方向で幾つかに切断し、その断面における管厚をノギス等により測定する方法や、超音波パルスを遠心鋳造管に入射させ、その反射エコーから測定する方法、又は、遠心鋳造管に放射線を透過させ、放射線の減衰量から測定する方法が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、遠心鋳造管を切断する方法では、切断された遠心鋳造管は屑化せざるを得ず、製品歩留まりの低下を招く。又、硬度の高い遠心鋳造管を切断しなければならず、切断時間や切断装置を含めて作業負荷が極めて大きい。超音波パルスを用いた方法では、遠心鋳造管の表面が曲面形状で且つ平滑ではないために、遠心鋳造管と超音波発信器との間に液体を介在させて超音波パルスを入射させなければならず、精度良く測定するためには測定に長時間が費やされる。又、放射線を用いた方法では測定時間は短いものの、放射性物質の取り扱いには安全衛生上の制約が多く、実用的ではない。
【０００７】
このように、従来の管軸方向の管厚測定方法は、測定に長時間を要したり、製品歩留まりの低下を来したりして、製造コストを上昇させる要因になっていた。又、鋼管、ポリエチレン管、及びレジンコンクリート管等の場合にも管軸方向の管厚を測定する際には、遠心鋳造管と同様の問題があり、簡便で且つ精度良く管軸方向の管厚を測定する手段が切望されていた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製品歩留まりの低下を来すことなく、遠心鋳造管やポリエチレン管及びレジンコンクリート管等の管軸方向の管厚を迅速に且つ精度良く測定することのできる管厚測定装置及び管厚測定方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、遠心鋳造管は金型を用いた遠心鋳造方式により製造されていることから、遠心鋳造管の断面形状が真円に近い同心円であり、且つ、管軸方向の外径が一定しているため、遠心鋳造管の内径を管軸方向で連続して測定することで、管軸方向の管厚の変化を精度良く測定できるとの知見を得た。又、鋼管やポリエチレン管及びレジンコンクリート管も断面形状が真円に近い同心円であり、且つ、管軸方向の外径が一定しているため、遠心鋳造管と同様に、内径を管軸方向で連続して測定することで、管軸方向の管厚の変化を精度良く測定できるとの知見を得た。
【００１０】
本発明は上記知見に基づきなされたもので、第１の発明に係る管厚測定装置は、２本のアームが外側に向かって山形状に連結され、その連結部に測定対象管の内面と接触する車輪が設けられた接触枝腕を円周方向に３組以上有する接触探索子が１本のシャフトに間隔を置いて２基設置された内径測定器本体と、この内径測定器本体の測定対象管内における位置を検出する位置検出手段と、前記内径測定器本体による測定データ並びに前記位置検出手段による測定データに基づいて測定対象管の管軸方向の管厚を求める演算手段と、を具備した管厚測定装置であって、前記接触枝腕は前記接触探索子の外側に向かって伸縮可能であり、この接触枝腕の伸縮量に基づいて測定対象管の内径を測定することを特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明に係る管厚測定装置は、第１の発明において、前記接触枝腕は、前記シャフトに固定されて取り付けられた第１アームコネクターと、前記シャフトに摺動可能に取り付けられた第２アームコネクターと、第１アームコネクターにその一端が軸支された第１アームと、第２アームコネクターにその一端が軸支された第２アームと、第１アームの他端と第２アームの他端とが連結される位置に設置された車輪と、から構成され、前記接触探索子には、第２アームコネクターを常に第１アームコネクター側に移動させるように第２アームコネクターにその力が作用するバネが設置され、前記内径測定器本体には、第２アームコネクターの摺動量を検出する変位計が設置されており、前記車輪の測定対象管内径方向の位置変動によって生ずる第２アームコネクターの摺動量から測定対象管の内径を測定することを特徴とするものである。
【００１２】
第３の発明に係る管厚測定装置は、第１又は第２の発明において、前記測定対象管が、遠心鋳造設備により製造された遠心鋳造管であることを特徴とするものである。
【００１３】
第４の発明に係る管厚測定方法は、外側に向かって伸縮可能な接触枝腕を円周方向に３組以上有する接触探索子が管軸方向に２基設置された内径測定器本体を測定対象管の内部で移動させ、測定対象管の内面と接触しながら移動する接触枝腕の伸縮量に基づいて測定対象管の管軸方向の内径を測定し、この内径測定値と別途入力した測定対象管の外径値とから、測定対象管の管軸方向の管厚を求めることを特徴とするものである。
【００１４】
第５の発明に係る管厚測定方法は、第４の発明において、前記測定対象管が、遠心鋳造設備により製造された遠心鋳造管であることを特徴とするものである。
【００１５】
上記構成の本発明に係る管厚測定装置及び管厚測定方法によれば、管軸方向の内径を測定するだけで、遠心鋳造管やポリエチレン管等の測定対象管の管軸方向の管厚分布を精度良く且つ迅速に測定することが可能となる。そして、非破壊検査であるために製品歩留まりの低下を来すこともない。
【００１６】
又、本発明に係る内径測定器本体には、測定対象管の内面と接触しつつ移動する接触探索子が管軸方向に間隔を置いて２基設置されているので、内径測定器本体の軸芯と測定対象管の軸芯とを常に一致させることができるため、接触探索子に設置された接触枝腕は常に測定対象管に対して垂直に接触する状態が保たれ、遠心鋳造管等の測定対象管の内径測定精度が向上し且つ維持される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は、本発明の実施の形態を示す図であって、図１は、本発明に係る管厚測定装置の全体構成を示す概略図、図２は、図１に示す内径測定器本体の概略図、図３は、図２の側面図である。尚、ここでは、遠心鋳造管を測定対象管とした例で説明する。
【００１８】
図１〜図３に示すように、本発明に係る管厚測定装置は、遠心鋳造管２２の内径を測定する内径測定器１と、この内径測定器１の主たる構成部位である内径測定器本体２の、遠心鋳造管２２内における位置を検出する位置検出手段として設置されたリニアエンコーダー１６と、内径測定器１による遠心鋳造管２２の内径測定データ並びにリニアエンコーダー１６による内径測定器本体２の位置測定データに基づいて、遠心鋳造管２２の管軸方向の管厚を算出する演算手段として設置された演算装置１９との、大別して３つの部分から構成されている。
【００１９】
内径測定器１は、遠心鋳造管２２の内面に接触して遠心鋳造管２２の内径に関するデータを採取する内径測定器本体２と、内径測定器本体２を遠心鋳造管２２内で移動させるための原動機２０と、内径測定器本体２と原動機２０とを連結する駆動用軸１５と、内径測定器本体２と駆動用軸１５とを連結する連結部１４と、原動機２０により作動して駆動用軸１５を直接駆動させる駆動用ローラー２１と、内径測定器本体２で採取したデータを入力して内径に換算する変換器１３とから構成されている。変換器１３の出力信号即ち内径測定値は、演算装置１９に入力されている。ここで、連結部１４は、内径測定器本体２の軸芯と駆動用軸１５の軸芯とが合致しなくても連結可能な構造になっている。尚、原動機２０及び駆動用ローラー２１は必ずしも必要ではなく、操作員が駆動用軸１５を持って人力により内径測定器本体２を移動させてもよい。又、駆動用ローラー２１の替わりに牽引用のロープ及びワイヤー等を用いてもよい。
【００２０】
内径測定器本体２は、その軸芯に設置されたシャフト５と、このシャフト５に間隔を置いて設置された２基の接触探索子３，３と、シャフト５に固定した設置された変位計１２とから構成されている。変位計１２による測定データは、ケーブル２３を介して前述の変換器１３に入力されている。
【００２１】
接触探索子３は、図３に示すようにシャフト５の円周方向等間隔に設置された３組の接触枝腕４と、接触枝腕４が常に外側に向かって伸びるようにその力が働く収縮バネ１１とから構成されている。本実施の形態では、接触枝腕４をシャフト５の円周方向で１２０度の等間隔に３組設置しているが、３組に限るわけではなく、隣り合う接触枝腕４との円周方向の間隔が１８０度以上でない条件であるならば、３組以上の幾つであってもよい。但し、遠心鋳造管２２の断面形状は真円に近い同心円であるため、接触枝腕４が３組でもシャフト５の軸芯は遠心鋳造管２２の軸芯に合致し、十分精度良く内径を測定することができる。又、接触枝腕４を数多く設置すると、装置が複雑化して製造費が上昇するが、３組の場合にはこのようなことはない。尚、隣り合う接触枝腕４との円周方向の間隔が１８０度以上の場合には、内径測定器本体２の軸芯と遠心鋳造管２２の軸芯とが一致しなくなるために好ましくない。
【００２２】
接触枝腕４は、シャフト５に固定されて取り付けられた第１アームコネクター６と、シャフト５に摺動可能に取り付けられた第２アームコネクター７と、第１アームコネクター６にその一端が軸支された第１アーム８と、第２アームコネクター７にその一端が軸支された第２アーム９と、第１アーム８の他端と第２アーム９の他端とが連結される位置に設置された車輪１０とから構成されている。
【００２３】
前述した収縮バネ１１は、第１アームコネクター６と第２アームコネクター７とに連結されており、摺動可能な第２アームコネクター７を常に第１アームコネクター６側に引っ張るようにその力が作用している。即ち、第１アーム８と第２アーム９とが外側に向かって山形状に連結され、その連結部に車輪１０が設けられた接触枝腕４が常に外側に向かって伸びるように収縮バネ１１の力が作用するため、接触枝腕４の先端に設置された車輪１０が常に遠心鋳造管２２の内面に接触した状態を維持することができる。
【００２４】
尚、本実施の形態では収縮バネ１１を用いているが、第２アームコネクター７の外側に反撥バネを設け、第２アームコネクター７を常に第１アームコネクター６側に押し付けるようにしてもよい。但し、反撥バネの場合には、収縮バネ１１の場合に比べて接触探索子３の管軸方向長さが長くなり、内径測定器本体２の遠心鋳造管２２への一方向からの挿入のみでは管厚を測定できない範囲が長くなるため、収縮バネ１１を用いることが好ましい。
【００２５】
遠心鋳造管２２の内面に接触する車輪１０とシャフト５の軸芯との距離が、遠心鋳造管２２の管厚の変化により変動すると、接触枝腕４は外側又は内側に伸縮し、この伸縮により第２アームコネクター７がシャフト５を管軸方向に摺動する。前述した変位計１２は、この第２アームコネクター７の管軸方向の摺動量を測定している。このように、第２アームコネクター７の管軸方向の摺動量を変位計１２により測定し、変換器１３によって管軸方向の摺動量を内径方向の変位量に変換することで、遠心鋳造管２２の内径を測定することができる。第２アームコネクター７の摺動量の測定は、片方の接触探索子３の第２アームコネクター７のみでよい。
【００２６】
ここで、第２アームコネクター７の管軸方向の摺動量を内径方向の変位量へ変換する方法は、次のようにして行うことができる。
【００２７】
即ち、図４にアームの移動状況を概念的に示すように、遠心鋳造管２２の内径がｈだけ減少すると、アームの支点Ａはｆだけ移動する。ここで、支点Ａを固定して考えると、図５に示すアームの移動状況模式図のように、点Ｏを中心として点Ｃがｈだけ下がったときの水平方向移動量ｆを求めることになる。
【００２８】
図４及び図５において、Ｈ：基準内径でのアーム高さ、ｈ：アーム高さの変化量、Ｌ：アーム長さ、ｆ：アームのスライド量とし、更に、図５におけるアームの端部点Ｃの水平方向位置をｘ_Ｏとすると、下記の（１）式及び（２）式が得られる。ここでｈは、基準内径に対して内径が小さくなる場合に負の数値、大きくなる場合に正の数値である。
【００２９】
【数１】

【００３０】
【数２】

【００３１】
（１）式のｘ_Ｏを（２）式に代入した下記の（３）式により、ｆを求めることができる。但し、実際には片側のアーム（第１アーム８）を固定しているので、第２アーム９のスライド量即ち第２アームコネクター７の摺動量は２ｆとなる。
【００３２】
【数３】

【００３３】
変位計１２は（３）式によるスライド量ｆの二倍の値を測定しているので、測定した摺動量に１／２を乗算した数値をｆとして（３）式に代入することで、変化量ｈ即ち基準内径に対する実際の内径の変化量を求めることができる。
【００３４】
連結部１４には、リニアエンコーダー１６から伸びるワイヤー１７が取り付けられており、内径測定器本体２の移動に伴って生ずるワイヤー１７の送り出し量の変化に基づくリニアエンコーダー１６の測定データが変換器１８に入力され、変換器１８ではリニアエンコーダー１６の測定データが遠心鋳造管２２における内径測定器本体２の位置に換算される。変換器１８の出力信号即ち内径測定器本体２の位置測定値は、演算装置１９に入力されている。尚、図１では、変換器１３、変換器１８、演算装置１９がそれぞれ独立しているが、これらをまとめて１つの装置としてもよい。
【００３５】
このように構成される管厚測定装置により遠心鋳造管２２の管軸方向の管厚を測定するに際しては、内径測定器本体２を遠心鋳造管２２の内部に挿入し、この内径測定器本体２を適宜の速度で遠心鋳造管２２の内部で移動させ、変位計１２により第２アームコネクター７の摺動量を連続的又は断続的に測定し、この測定データに基づき変換器１３により遠心鋳造管２２の管軸方向各位置での内径を求める。同時に、リニアエンコーダー１６及び変換器１８により、遠心鋳造管２２の管軸方向での内径測定位置を測定する。これらの測定データは演算装置１９に送信される。一方、演算装置１９には遠心鋳造管２２の外径値を予め入力しておく。
【００３６】
演算装置１９は、送信された内径測定値に基づき、下記の（４）式により管厚を算出する。この場合、遠心鋳造管２２の外径値は、製品規格の一定値として入力しても、又、遠心鋳造管２２の外径をノギス等の測定器により測定し、その測定値を入力してもよい。遠心鋳造管２２の管軸方向に或る間隔で外径を実測し、実測しない範囲は両側の実測値から類推した数値（例えば２点間を直線で結んで各測定位置の外径を求める）を外径値として入力することで、より正確に管軸方向の管厚分布を測定することができる。
【００３７】
【数４】

【００３８】
このように、本発明に係る管厚測定装置によれば、切断等による製品歩留まりの低下を来すことなく、遠心鋳造管２２の管軸方向の管厚分布を精度良く且つ迅速に測定することが可能となる。又、本発明に係る内径測定器本体２には、遠心鋳造管２２の内面と接触しつつ移動する接触探索子３が管軸方向に間隔を置いて２基設置されているので、内径測定器本体２の軸芯と遠心鋳造管２２の軸芯とを常に一致させることができるため、接触枝腕４が常に遠心鋳造管２２に対して垂直に接触する状態が保たれ、測定精度が向上し且つ維持される。
【００３９】
尚、上記説明では、測定対象管として遠心鋳造管２２の例で説明したが、本発明に係る管厚測定装置は遠心鋳造管用に限るわけではなく、遠心鋳造管以外にも鋼管、ポリエチレン管、レジンコンクリート管等を測定対象管とすることができる。この場合、前述した遠心鋳造管２２の場合と全く同一方法によって、これらの管軸方向の管厚を測定することができる。
【００４０】
【実施例】
遠心鋳造された長さ５ｍの鋳鉄管を用いて、本発明に係る管厚測定装置により管軸方向の管厚を測定した。鋳鉄管形状の規格値は、外径が１６９±１．５ｍｍ、管厚が７．５ｍｍ（但し最低６．５ｍｍ）である。鋳鉄管内に内径測定器本体を挿入し、０．１ｍ／秒の速度で移動させながら、１０ｍｍ間隔で内径を測定した。この場合、再現性を確認するために同一鋳鉄管を繰り返し測定した。又、管端ではノギスにより管厚を実測し、本発明に係る管厚測定装置による測定値と対比した。鋳鉄管の外径をノギスにより測定し、この測定値を外径値として演算装置に入力した。演算装置としては市販のパソコンを用いた。
【００４１】
その結果、本発明に係る管厚測定装置の繰り返し再現性は０．２ｍｍ（３σ）であり、周方向に測定位置をずらしても同程度のばらつきに収まっていた。又、管端部におけるノギスによる管厚実測値と本発明に係る管厚測定装置による測定値との差は±０．２ｍｍ以内に収まっていた。従って、鋳鉄管を切断して対比していないものの、鋳鉄管の中央部も精度良く測定することができたと推定された。このように、本発明に係る管厚測定装置により極めて精度良く且つ迅速に管軸方向の管厚を測定できることが分かった。
【００４２】
鋳鉄管の管軸方向の管厚分布は、鋳造の開始側である「受け口」側から徐々に薄くなり、最後の「押し湯」により挿し口側の管端部が一転して厚くなっていることが確認された。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る管厚測定装置によれば、切断等による製品歩留まりの低下を来すことなく、遠心鋳造管やポリエチレン管等の測定対象管の管軸方向の管厚分布を精度良く且つ迅速に測定することが可能となる。又、本発明に係る内径測定器本体には、測定対象管の内面と接触しつつ移動する接触探索子が管軸方向に間隔を置いて２基設置されているので、内径測定器本体の軸芯と測定対象管の軸芯とを常に一致させることができるため、接触探索子に設置された接触枝腕は常に測定対象管に対して垂直に接触する状態が保たれ、内径測定精度が向上し且つ維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係る管厚測定装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す内径測定器本体の概略図である。
【図３】図２の側面図である。
【図４】アームの移動状況を概念的に示す図である。
【図５】アームの移動状況を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　内径測定器
２　内径測定器本体
３　接触探索子
４　接触枝腕
５　シャフト
６　第１アームコネクター
７　第２アームコネクター
８　第１アーム
９　第２アーム
１０　車輪
１１　収縮バネ
１２　変位計
１３　変換器
１４　連結部
１５　駆動用軸
１６　リニアエンコーダー
１７　ワイヤー
１８　変換器
１９　演算装置
２０　原動機
２１　駆動用ローラー
２２　遠心鋳造管
２３　ケーブル

Claims (5)

1. ２本のアームが外側に向かって山形状に連結され、その連結部に測定対象管の内面と接触する車輪が設けられた接触枝腕を円周方向に３組以上有する接触探索子が１本のシャフトに間隔を置いて２基設置された内径測定器本体と、この内径測定器本体の測定対象管内における位置を検出する位置検出手段と、前記内径測定器本体による測定データ並びに前記位置検出手段による測定データに基づいて測定対象管の管軸方向の管厚を求める演算手段と、を具備した管厚測定装置であって、前記接触枝腕は前記接触探索子の外側に向かって伸縮可能であり、この接触枝腕の伸縮量に基づいて測定対象管の内径を測定することを特徴とする管厚測定装置。
2. 前記接触枝腕は、前記シャフトに固定されて取り付けられた第１アームコネクターと、前記シャフトに摺動可能に取り付けられた第２アームコネクターと、第１アームコネクターにその一端が軸支された第１アームと、第２アームコネクターにその一端が軸支された第２アームと、第１アームの他端と第２アームの他端とが連結される位置に設置された車輪と、から構成され、前記接触探索子には、第２アームコネクターを常に第１アームコネクター側に移動させるように第２アームコネクターにその力が作用するバネが設置され、前記内径測定器本体には、第２アームコネクターの摺動量を検出する変位計が設置されており、前記車輪の測定対象管内径方向の位置変動によって生ずる第２アームコネクターの摺動量から測定対象管の内径を測定することを特徴とする、請求項１に記載の管厚測定装置。
3. 前記測定対象管が、遠心鋳造設備により製造された遠心鋳造管であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の管厚測定装置。
4. 外側に向かって伸縮可能な接触枝腕を円周方向に３組以上有する接触探索子が管軸方向に２基設置された内径測定器本体を測定対象管の内部で移動させ、測定対象管の内面と接触しながら移動する接触枝腕の伸縮量に基づいて測定対象管の管軸方向の内径を測定し、この内径測定値と別途入力した測定対象管の外径値とから、測定対象管の管軸方向の管厚を求めることを特徴とする管厚測定方法。
5. 前記測定対象管が、遠心鋳造設備により製造された遠心鋳造管であることを特徴とする、請求項４に記載の管厚測定方法。

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