JP2008500523A - 円筒状物体の寸法的な特性を評価する装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、長手方向軸の周りで対称的な円筒状表面を有する物体（８）の寸法的な特性評価用の装置に関する。該装置は、６つのパルス波を放射し、各測定点で反射された該パルス波を収集するのに使用される少なくとも６つのプローブ（Ｓ_i）を有し、各プローブは、円筒状表面の個別の測定点に向けてそれぞれ配置されている。該装置は、各測定点の位置を計算する第１の手段と、該測定点の各々の対応する位置から補間によって円筒状表面の特性曲線を計算する第２の手段とをさらに有する。

Description

本発明は、棒または筒のようなほぼ回転円筒状の表面を有する物体を寸法的に評価する装置および方法に関する。本発明は、そのような物体を寸法的に特性評価する方法を実行させるコンピュータプログラムにも関する。

超音波を放射し収集する特殊な２つのプローブを有するそのような装置は、特に特許文献１および２から既に知られている。該超音波はプローブによってパルス形態で放射され、適切な媒体を通って伝播され、評価対象物体の内面または外面で反射される。該反射波は、その後、それらのパルス波の放射と反射後の該パルス波の受信の間の、媒体中での該パルス波の伝播時間が測定される信号を次に発生させる検出器に戻る。この伝播時間は、媒体中の波の伝搬速度を知ることにより、反射点の位置の計算に利用することができる。

上記装置は、通常、管の内径および外径、および／または該管の肉厚の厚さを測定するのに用いられている。
仏国特許番号第２、２３４、５４５号 米国特許番号第６、６３４、２３３号

本発明の一態様によれば、後者は、長手方向軸の周りにほぼ回転円筒状の表面を有する物体を寸法的に特性評価する装置に関する。該装置は、少なくとも２つのパルス波を放射する少なくとも１つのエミッタを有する。これらのパルス波の各々は、例えば音波である。実際には、本発明の装置は、エミッタおよびレシーバの両者を構成する、通常圧電結晶を含んだ１つのプローブを有していてもよい。したがって、各パルス波は、２つのパルス波が連続的に放射する間に、個別のエミッタ、または長手方向軸の周りにある角度で回転する１つおよび同一のエミッタにより放射することができる。各放射は、これらの波を伝播するのに適した媒体中で行われ、各波は円筒状表面の個別の測定点にそれぞれ伝播される。本特許出願において、「測定点」という表現は、パルス波を受け取って反射する、物体の内面または物体の外面に配置された該物体の領域を示している。この領域は必ずしも点である必要はない。本発明の装置は、測定点の各々で、円筒表面によって反射された波を収集する少なくとも１つのレシーバも有する。さらに、本発明の装置は、往路部と復路部とを有する経路上のパルス波の伝播時間から、各測定点の位置を決定する第１の計算手段を有する。往路部は各エミッタとそれに対応する測定点の間にある。復路部はこの測定点とレシーバの間にある。本発明の装置は、第１の計算手段と同じであってもよい、第２の計算手段をさらに有する。これらの第２の計算手段は、例えば表面の曲線特性の形態で、測定点の各々が配置されている表面または円筒状肉厚の部分を再構築するのに用いることができる。第２の計算手段は、該測定点の各々の対応する位置からの補間によって、長手方向軸の周りで３６０°にわたり測定点の各々を通過するこの特性曲線を決定する。この特性曲線は、例えば、棒または管の外径、管の内径、またはその外面下の管肉厚の厚さ、または楕円形化、または棒または管の偏芯さえも表している。

本発明の装置は、最小限の測定点から、円筒状物体の寸法的な特性の縮閉線を代表する曲線を決定するのに利用することができる。

本発明の実施態様において、必要であれば、次の１つおよび／または他のパターンも活用することができる。

− 各エミッタおよび各レシーバは、長手方向軸とほぼ平行に移動される物体に対して固定である。したがって、該物体は、何ら回転することなく連続的にチェックすることができる。これにより、回転および移動という２重の動作が物体を駆動するローラによって得られる先行技術のいくつかの装置においてのような同時回転および長手方向への移動という２重の動作、この物体の速い移動速度が達成できない角度付け、およびローラと該物体の間で発生したスリップのためにさらに完全に管理されない速度を適用する必要性が回避される。

− 各エミッタは各レシーバでもある。

− 該装置は、物体の周りでかつ長手方向軸の周りにほぼ対称的に分散配置され、少なくとも４つの測定点の位置を決定する少なくとも４つのエミッタと４つのレシーバとを有する。したがって、例えば６つのプローブがあり、各プローブは、互いに６０°離れていて、長手方向軸の周りでエミッタおよびレシーバの両方を形成している。

他の態様によれば、本発明は、長手方向軸の周りでほぼ回転円筒状の表面を有する棒または管のような物体を寸法的に特性評価する方法に関し、該方法は
該円筒状表面の個別の測定点にそれぞれ向けられたパルス波を伝播するのに適した媒体（３）中での少なくとも２つのパルス波の放射と、
円筒状表面により、測定点の各々で反射されたパルス波の検出と、
各エミッタとそれに対応する測定点の間の往路部と、この測定点とレシーバの間の復路部とを有する経路上のパルス波の伝播時間から、測定点の各々の位置の算出と、
を有し、
該方法は、長手方向軸の周りを３６０°にわたり測定点の各々を通過する円筒状表面の曲線特性を、これらの測定点の各々に対応する位置からの補間により算出することを含む操作も有することを特徴とする。

該方法の実施態様によれば、必要であれば、次の１つおよび／またはその他のパターンも活用することができ、
− 該物体は長手方向軸とほぼ平行に移動され、
− 特性曲線は少なくとも４つの測定点の位置から算出され、
− 特性曲線は次式で与えられる厚さ曲線に対応し、
Ｔｈ＝［Ｔｈ_F・ｓｉｎ（２πｔ＋φ_F）］＋［Ｔｈ_2F・ｓｉｎ（４πｔ＋φ_2F）］＋Ｔｈ_avg
ここで、
−− Ｔｈ_Fは、長手方向軸に対する物体の偏芯に対して算出された厚み変動の振幅、
−− φ_Fは、長手方向軸に対する物体の偏芯に対して算出された厚み変動の位相、
−− Ｔｈ_2Fは、物体の楕円形化に対して算出された厚み変動の振幅、
−− φ_2Fは、物体の楕円形化に対して算出された厚み変動の位相、
−− Ｔｈ_avgは、すべての測定点について算出された厚さの平均値、
−− ｔは、補間された曲線のサンプリング周期、
− 特性曲線は外径に対応し、
Φ_ext＝［ΦＥｘｔ_2F・ｓｉｎ（４πｔ＋φＥｘｔ_2F）］＋Φ_avg
で与えられ、
ここで、
−− ΦＥｘｔ_2Fは、物体の外径に対して算出された変動の振幅、
−− φＥｘｔ_2Fは、物体の外径に対して算出された変動の位相、
−− Φ_avgは、すべての測定点について算出された径の平均値、
−− ｔは、補間された曲線のサンプリング周期、
− 特性曲線は、内径の楕円形化の振幅および位相にそれぞれ対応し、
Ｍｏｄｕｌｕｓ（Ｏｖ_int）＝√（［Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）］²＋［Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）］²）＝ΦＩｎｔ_2F
Ｐｈａｓｅ（Ｏｖ_int）＝Ａｔｇ［Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）／Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）］＝φＩｎｔ_2F
で与えられ、
ここで、
Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）＝（ΣＴｈｌｎｔ_i・ｓｉｎ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）＝（ΣＴｈｌｎｔ_i・ｃｏｓ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
ここで、
−− Ｔｈｌｎｔ_i＝ｔｈ_i−（Φ_i−Φ_avg）
−− Φ_avgは、すべての測定点について算出された径の平均値、
−− Φ_iは外径のサンプリング値、
−− ２Ｆ_iは楕円形化周波数、
−− ｎは測定点の数と等しく、
− パルス波の放射は、長手方向軸の周りにほぼ等しい角度で分散配置された１群のエミッタから同時に行われ、
− パルス波の放射は、長手方向軸の周りにほぼ等しい角度で同様に分散配置された１群のエミッタで連続的に行われる。

さらに、他の態様によれば、本発明は、長手方向軸の周りで円筒状の表面を有する棒または管のような物体を寸法的に特性評価する方法を実行するコンピュータプログラムに関し、該プログラムは、
少なくとも１つのエミッタにより少なくとも２つのパルス波の放射をトリガする指示と、
少なくとも１つのレシーバによって収集され、円筒状表面により反射されたパルス波に対応するデータから、少なくとも２つの測定点の位置を算出する指示と、
長手方向軸の周りを３６０°にわたり測定点の各々を通過する円筒状表面の曲線特性を、これらの測定点の各々に対応する位置からの補間により算出する指示と、
を有する。

該プログラムの実施態様において、必要であれば、次の１つおよび／またはその他のパターンも活用することができ、
− 特性曲線は少なくとも４つの測定点の位置に基づいて算出され、
− 特性曲線は、次式で与えられる厚さ曲線に対応し、
Ｔｈ＝［Ｔｈ_F・ｓｉｎ（２πｔ＋φ_F）］＋［Ｔｈ_2F・ｓｉｎ（４πｔ＋φ_2F）］＋Ｔｈ_avg
ここで、
−− Ｔｈ_Fは、長手方向軸に対する物体の偏芯に対して算出された厚み変動の振幅、
−− φ_Fは、長手方向軸に対する物体の偏芯に対して算出された厚み変動の位相、
−− Ｔｈ_2Fは、物体の楕円形化に対して算出された厚み変動の振幅、
−− φ_2Fは、物体の楕円形化に対して算出された厚み変動の位相、
−− Ｔｈ_avgは、すべての測定点について算出された厚さの平均値、
−− ｔは、補間された曲線のサンプリング周期、
− 特性曲線は外径に対応し、
Φ_ext＝［ΦＥｘｔ_2F・ｓｉｎ（４πｔ＋φＥｘｔ_2F）］＋Φ_avg
で与えられ、
ここで、
−− ΦＥｘｔ_2Fは、物体の外径に対して算出された変動の振幅、
−− φＥｘｔ_2Fは、物体の外径に対して算出された変動の位相、
−− Φ_avgは、すべての測定点について算出された径の平均値、
−− ｔは、補間された曲線のサンプリング周期、
− 特性曲線は、内径の楕円形化の振幅および位相にそれぞれ対応し、
Ｍｏｄｕｌｕｓ（Ｏｖ_int）＝√（［Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）］²＋［Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）］²）＝ΦＩｎｔ_2F
Ｐｈａｓｅ（Ｏｖ_int）＝Ａｔｇ［Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）／Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）］＝φＩｎｔ_2F
で与えられ、
ここで、
Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）＝（ΣＴｈｌｎｔ_i・ｓｉｎ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）＝（ΣＴｈｌｎｔ_i・ｃｏｓ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
ここで、
−− Ｔｈｌｎｔ_i＝ｔｈ_i−（Φ_i−Φ_avg）
−− Φ_avgは、すべての測定点について算出された径の平均値、
−− Φ_iは外径のサンプリング値、
−− ２Ｆ_iは楕円形化周波数、
ｎは測定点の数と等しい。

本発明の他の態様、目的、および利点は本発明の実施形態の１つの説明を読むことから明白になるだろう。

本発明は、図面からも一層よく理解されるだろう。

種々の図において、同一の参照番号は同一または類似の要素を示している。

本発明による装置１の典型的な実施形態を図１に示す。この実施形態によれば、装置１は超音波を利用しており、該超音波の伝播時間に基づいた距離の測定に利用することができる。この装置１は、測定セル２と、計算手段４と、励起手段５と、表示手段７とを有する。測定セル２は、超音波を伝播するのに適した媒体３で満たされている。

図２に示すように、測定セルは、当業者が一般に「水箱」と呼ぶタンク６を有する。管８が該タンク６に浸漬される。ここで、管８は寸法的特性評価が必要とされる物体を構成している。管８は、長手方向軸１４の周りにほぼ回転円筒状の内面１０と外面１２とを持つ。

６つのプローブＳ_i（ｉ＝１から６）が、長手方向軸１４の周りにほぼ対称的に配置されている。より具体的には、６つのプローブＳ_iは、厚さＴｈ_i（ｉ＝１から６）、および距離ｄ_i（ｉ＝１から６）の一定角度のサンプリングを提供するために、管８の周りに６０°のステップで一様に配置されている。

厚さＴｈ_iは、６つの個別の測定点Ｐ_i（ｉ＝１から６）での管８の肉厚１６の厚さを表している。距離ｄ_iの各々は、プローブＳ_iとそれに対応する測定点Ｐ_iの間の距離を表している。

各プローブＳ_iは、パルス超音波を放射するのに適したエミッタと、媒体３を通って伝播される超音波を検出するのに適したレシーバの両方の機能を果たす。それらは例えば圧電素子である。

プローブＳ_iの各々の位置決め精度は重大ではない。実際、一方で、長手方向軸１４に対する距離の差は、計算手段４を使用して容易に修正することができ、他方で、各プローブＳ_iの角度位置は、公称厚の０．１％の精度が得られるだけで十分であるはずであり、それにより、実際に約１°の位置決め誤差が問題なく可能になる。

測定セル２は、計算手段４に媒体３中の超音波の実際の伝搬速度を考慮させ、プローブＳ_iによってなされたｄ_i測定の補正を可能にするために、固定反射体１８からプローブＳ_refまでの距離ｄ_refを測定するプローブＳ_refも有する。

コンベヤのような移動手段（図示されない）は、長手方向軸１４と平行に管８を移動させる。

図３に示すように、プローブＳ_iは、一方では計算手段４に、他方では励起手段５に接続されている。

励起手段５は、エミッタＥ_i（ｉ＝１から６）と、Ｅ_refとから構成されている。これらのエミッタＥ_iおよびＥ_refは、プローブＳ_i用の励起信号を発生させる。好都合に、該励起信号は、測定パルス波の最大振幅に達する所要時間を制限しないように、プローブＳ_iの帯域幅より著しく広い帯域幅を持っているので、最高の精度を得ることができる。この種のエミッタＥ_iおよびＥ_refのスイッチング時間は、通常、５ナノ秒より高速であり、これにより、励起周波数が２５ＭＨｚまで広がり得るプローブＳ_iを使用することができる。これらの励起周波数は、プローブＳ_iを形成する要素の振動数に対応している。

さらに、各プローブＳ_iは、超音波の受信に応答して測定信号を発生させる。この測定信号は計算手段４により処理される。

計算手段４は、第１の計算手段２２と第２の計算手段２４とを有する。

第１の計算手段２２は、主として
− アナログ増幅器Ａ_i（ｉ＝１から６）およびＡ_refと、
− Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣ_i（ｉ＝１から６）およびＡＤＣ_refと、
− ペリオド計ＴＯＦｄ_i（ｉ＝１から６）、ペリオド計ＴＯＦｔｈ_i（ｉ＝１から６）、およびペリオド計ＴＯＦ_refと、
− フィルタリング回路ＴＲＴｄ_i（ｉ＝１から６）、フィルタリング回路ＴＲＴｔｈ_i（ｉ＝１から６）、およびフィルタリング回路ＴＲＴ_refと、
を有する。

アナログ増幅器Ａ_iおよびＡ_refは、プローブＳ_iから発生した信号を調整して、該信号をＡ／Ｄ変換器ＡＤＣ_iおよびＡＤＣ_refの入力ダイナミックレンジに変換するように構成されている。既に上で説明した理由により、アナログ増幅器Ａ_iおよびＡ_refは、プローブＳ_iの帯域幅より大きな帯域幅を持つ。

Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣ_iおよびＡＤＣ_refは、所望の精度に適合する時間分解能で、アナログ増幅器Ａ_iおよびＡ_refから発生した信号をサンプリングする。実際、時間測定の精度が厚さおよび径の曲線である特性曲線を決定する。実際には、１００ＭＨｚから２００ＭＨｚの間のサンプリングで十分である。実際上、必要ならば、後で行われるデジタル処理がこの分解能をさらに改善できる。

ペリオド計ＴＯＦｄ_i、ＴＯＦｔｈ_i、およびＴＯＦ_refは、距離ｄ_i、ｔｈ_i、およびｄ_refの超音波の伝播時間をそれぞれ測定する。距離ｄ_iに相当する時間は、放射パルスと管８の外面１２の反射エコーの間で測定される。したがって、この時間は、各プローブＳ_iとプローブＳ_iに一致して外面１２に配置された測定点Ｐ_iの間の往路部と、該測定点Ｐ_iとプローブＳ_iの間の復路部と、を有する経路上の超音波の伝播時間に相当する。

厚さｔｈ_iに相当する時間は、外面１２の反射エコーと内面１０の反射エコーの間で測定される。これは、いわゆる入力エコーのすなわち外面１２の同期に相当する。これにより、プローブＳ_iに対する管８の相対的位置を無視することができる。

距離ｄ_refに相当する時間は、放射パルスと固定反射体１８の外面の反射エコーの間で測定される。

回路ＴＲＴｄ_i、ＴＲＴｔｈ_i、およびＴＲＴ_refは、発射された超音波の速さで、上流の回路で行われた大まかな時間測定を受け取る。この速さは例えば５ｋＨｚである。ＴＲＴｄ_i、ＴＲＴｔｈ_i、およびＴＲＴ_ref回路は、異常測定値の破棄、連続する２つの測定値の間の過渡に急激な変動のフィルタリング、および測定値を積分するローリング平均のような超音波分野では標準的に使用されるフィルタリングアルゴリズムに従って、それらが受け取った信号をリアルタイムで処理する。これらの処理の目的は、下流の第２の計算手段２４に誤りのないデータを送るように、管８を製作する方法の実情にそぐわない誤った測定値を除去することである。

第２の計算手段２４は、径計算回路ＣＡＬΦと、補間回路ＩＮＴｔｈおよびＩＮＴΦとを有する。

回路ＣＡＬΦは、距離測定値ｄ_iから管８の対応する径を計算する。これを行うには、測定値ｄ_iは、媒体３中の超音波の伝搬速度の変動量を補正するために、まずｄ_ref測定により決定された係数で補正される。

次に、各径Φ_i（ｉ＝１から６）が、正反対の位置にある２つのプローブ、すなわち対Ｓ₁−Ｓ₄、Ｓ₂−Ｓ₅、およびＳ₃−Ｓ₆の各群に対して計算される。

補間回路ＩＮＴｔｈおよびＩＮＴΦは、１回転当たり９６ポイントの分解能、または補間係数１６を得るように、厚さおよび径の特性曲線を補間する。補間回路ＩＮＴｔｈとＩＮＴΦはスペクトル領域で動作することができ、それにより、６つのサンプリング測定点Ｐ_iから管８の偏芯および楕円形化値を直接得ることができ、補間された曲線を計算する必要がない。

上記説明の装置１において、プローブＳ_iの数ｎ＝６は次の理由により選ばれた。

偏芯による距離ｄ_iの変動の全体が観察される期間は、管の１回転に相当する。対照的に、管が１回転すると、楕円形化に対して観察される距離の変動は２度観察される。

したがって、厚さの変動を表す曲線を得るために、管の周りで多くの（例えば約１００の）測定を行う（先行技術のある装置の場合のように）代わりに、シャノンの定理を考慮してこの曲線をサンプリングし、欠けている点を補間により計算するだけで十分に完全な曲線を構築することができる。シャノンの定理によれば、サンプリング周波数は、少なくとも信号の最高周波数成分の２倍に等しくなる必要があることを思い出されたい。この定理が考慮されないと、誤った頻度の発生をもたらす可能性のあるサンプリング不足の状態が適用される。

したがって、楕円形化に関しては、変動は管の１回転に対して２度観察され、それは、シャノンの定理によれば、適切なサンプリングを行うためには１回転当たり少なくとも４つの測定が必要であることを意味している。６つの測定値の選択により、補間をさらに確実にする冗長度を得ることができる。したがって、求める特性曲線の再構築精度を落とすことなくある異常測定値を除去することができる。

同様に、この６つのプローブの選択により、同時に行われるすべての測定のためのプローブの各々の間で十分な距離を保つことが可能になる。したがって、正確な曲線を再構築するために１回転当たり１００回程度の測定を行わなければならない先行技術の装置と比べて、管８が１００の要因によってチェックされる速度を向上させることが可能である。しかし、チェック速度のそのような向上は必ずしも必要とは限らないので、測定もハードウェアコストを低減するように連続して行うことができる。実際上、上に説明した計算手段４を構成する６つの要素による冗長度の代わりに、プローブＳ_iの各々に集められた信号を連続的に処理する例になり得る、単純化されたエレクトロニクスを提供することは十分効果がある。事実そのとおりであるが、６つのプローブによってさらに１５倍高速になるので、これによりチェック速度のかなりの向上を保持することができる（２つの対抗するプローブは、径を計算するために必ず同時に測定を行わなければならない）。

６つの測定から、公称の厚さについて０．１％の精度を得るのに十分である１回転当り１００ポイント程度を持つ曲線を再構築するためには、補間係数は１６となる。そのような典型的な曲線を図４に示している。

放射が５ｋＨｚの速さで行われる場合、補間演算を行う時間はマイクロ秒となる。ＤＳＰ（デジタル信号処理）回路は、マイクロ秒で問題なくこの種の演算を行うので、該ＤＳＰ回路を第２の計算手段２４に使用することができる。

補間は、フィルタリングによる時間領域、またはフーリエ変換およびフーリエ逆変換によるスペクトル領域で無差別に行うことができる。これらの方法のいずれかは、必要な補間係数に従って選ばれる。

実際には、通常、補間係数が６４未満の場合には時間領域で補間演算を行うことがより有利であり、補間係数が６４を越える場合にはスペクトル領域で補間演算を行うことがより良いと考えられている。

実際、補間係数が高いと、時間領域での補間演算のフィルタリングに必要なローパスフィルタを生成する係数の数が大きくなる（例えば、たった１６の補間係数に対して係数の数は１２８となる）。この場合、フーリエ変換および次のフーリエ逆変換の計算は、時間領域の畳み込み処理に比べて資源についての要求が少ない。

さらに、スペクトル領域においては、除去されるべき事象に該当するスペクトル線を抑えることにより、楕円形化による応答から偏芯による応答を非常に容易に分離することができる（図５を参照）、というのは、これらの両方の事象が１Ｈｚおよび２Ｈｚの周波数にそれぞれ応答することが知られているからである。

したがって、補間された曲線を必要とせずに、それ故フーリエ逆変換なしで、シャノンの定理を十分に考慮してサンプリングしたポイント基づいて、管の平均厚み（連続的な光線）、偏芯（１Ｈｚでの光線）、および楕円形化（２Ｈｚでの光線）を得ることができる。

管８の厚さ、およびその内径および外径を計算する方法の具体例は以下のように与えられる。
Ｉ−厚さ
１．偏芯の位相および振幅を見つけること
− 第１のステップは、得られたサンプルｔｈ_iと周期２πの正弦関数のサンプルｓｉｎＦ_iとを逐一乗算してこれらの乗算の和を計算し、偏芯（ｎ＝サンプルｔｈ_iの数）の正弦を得ることにある。

Ｓｉｎ（Ｅｘ）＝（Σｔｈ_i・ｓｉｎＦ_i）／（ｎ／２）
− 第２のステップは、得られたサンプルと周期２πの同一正弦関数だがπ／２だけ位相シフトされたサンプルｃｏｓＦ_iとを逐一乗算してこれらの乗算の和を計算し、偏芯の余弦を得ることにある。

Ｃｏｓ（Ｅｘ）＝（Σｔｈ_i・ｃｏｓＦ_i）／（ｎ／２）
次に、必要なのは、上記のＳｉｎ（Ｅｘ）およびＣｏｓ（Ｅｘ）に基づいて、モジュラスおよび位相を計算することである、すなわち、
Ｍｏｄｕｌｕｓ（Ｅｘ）＝√（［Ｓｉｎ（Ｅｘ）］²＋［Ｃｏｓ（Ｅｘ）］²）＝Ｔｈ_F
Ｐｈａｓｅ（Ｅｘ）＝Ａｔｇ［Ｓｉｎ（Ｅｘ）／Ｃｏｓ（Ｅｘ）］＝φ_F
２．楕円形化の位相および振幅を見つけること
− 原理は同じであるが、今回は、得られたサンプルｔｈ_iには、周期２πの前の正弦関数と同一位相の周期４πの正弦関数から得られたサンプルｓｉｎ２Ｆ_iおよびｃｏｓ２Ｆ_iが乗算される。

− こうして、ｎ＝サンプルｔｈ_iの数として、次式が得られる。

Ｓｉｎ（Ｏｖ）＝（Σｔｈ_i・ｓｉｎ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
Ｃｏｓ（Ｏｖ）＝（Σｔｈ_i・ｃｏｓ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
Ｍｏｄｕｌｕｓ（Ｏｖ）＝√（［Ｓｉｎ（Ｏｖ）］²＋（Ｃｏｓ（Ｏｖ）］²）＝Ｔｈ_2F
Ｐｈａｓｅ（Ｏｖ）＝Ａｔｇ［Ｓｉｎ（Ｏｖ）／Ｃｏｓ（Ｏｖ）］＝φ_2F
３．厚さの平均値を計算すること
Ｔｈ_avg＝（Σｔｈ_i）／ｎ
４．補間された厚さ曲線を計算すること
Ｔｈ＝［Ｔｈ_F・ｓｉｎ（２πｔ＋φ_F）］＋［Ｔｈ_2F・ｓｉｎ（４πｔ＋φ_2F）］＋Ｔｈ_avg
ここで：ｔ＝補間された曲線のサンプリング周期。
II−外径
原理は同じであるが、今回は、偏芯を見つけようとしていないのでサンプルΦ_iに周期４πが乗算され、その結果、ｎ＝サンプル数Φ_Iとして、次式が導かれる。

Ｓｉｎ（Ｏｖ_ext）＝（ΣΦ_I・ｓｉｎ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
Ｃｏｓ（Ｏｖ_ext）＝（ΣΦ_I・ｃｏｓ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
Ｍｏｄｕｌｕｓ（Ｏｖ_ext）＝√（［Ｓｉｎ（Ｏｖ_ext）］²＋（Ｃｏｓ（Ｏｖ_ext）］²）＝ΦＥｘｔ_2F
Ｐｈａｓｅ（Ｏｖ_ext）＝Ａｔｇ［Ｓｉｎ（Ｏｖ_ext）／Ｃｏｓ（Ｏｖ_ext）］＝φＥｘｔ_2F
Φ_avg＝（ΣΦ_i）／ｎ
Φ_ext＝［ΦＥｘｔ_2F・ｓｉｎ（４πｔ＋φＥｘｔ_2F）］＋Φ_avg
ここで：ｔ＝補間された曲線のサンプリング周期。
III−内径の楕円形化
該方法は、厚さ曲線から直接得ることができない内径の楕円形化を抽出することも可能である、というのは、後者が内径および外径の楕円形化のベクトル和を回復するからである。

これを簡単に行うには、サンプルｔｈ_iから対応するサンプルΦ_i−Φ_avgを減算することが必要であり、それは、厚さから外径の楕円形化部分を取り除くことと同等である。

Ｔｈｌｎｔ_i＝ｔｈ_i−（Φ_i−Φ_avg）
次に、その計算は、サンプルＴｈｌｎｔ_i以外は外径での計算と同一なので、その結果、ｎ＝サンプルＴｈｌｎｔ_iの数として次式が導かれる。

Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）＝（ΣＴｈｌｎｔ_i・ｓｉｎ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）＝（ΣＴｈｌｎｔ_i・ｃｏｓ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
Ｍｏｄｕｌｕｓ（Ｏｖ_int）＝√（［Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）］²＋（Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）］²）＝ΦＩｎｔ_2F
Ｐｈａｓｅ（Ｏｖ_int）＝Ａｔｇ［Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）／Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）］＝φＩｎｔ_2F
モジュラスおよび楕円形化の位相が分かっているので、後者は完全に決定される。

上に説明した本発明の装置は次の主要な利点を提供する。

− 理論上の要因と同じ速さになり得るチェック速度の著しい向上。その限界は、コンベヤによって可能にされる管の縦方向の最大移動速度により決定される。

− 装置のコストが著しく低減される、その理由は、プローブの周りを回る場合と比べて、回転システムの場合には回転手段のコストを削減し、数十、または数百にさえ達し得る要因によってチェック経路の数を減らすことができるからである。

− 該装置はすべての形態の大小の管に適用可能である、その理由は、一方で、必要なプローブの数がチェックされる管の径に依存せず、他方で、プローブは、小さな管のチェックには上に説明したような単一の「水箱」に、または大きな管の場合には個々の「水箱」に設置することができるからである。

− 上に示したように、プローブの位置決めは、方法そのものにとっては全く重要ではない。プローブは、いかなる超音波チェックシステムでも同様だが、正確な測定エコーを得るように単に調整されるだけでよい。さらに、プローブは静的で独立しているので、該調節は非常に容易に行うことができる。

− 該装置は、そのスペクトル解析原理によって、偏芯値および楕円形化値を、それぞれの位相により分離および直接識別することを可能にしていて、それにより、各測定された部分に対する管の正確なプロフィールを再構築することができる。

該装置は、主として管および棒の超音波による寸法的なチェックに適用されるが、それに限定されるものではない。

該装置は、超音波以外のいかなる測定手段、例えば光学手段、Ｘ線等による、管および棒の寸法的なチェックにも適用可能である。

該装置は、一般的に、あらゆる寸法的な測定手段によって行われる、急激な変動のない連続した形態のすべての製品の寸法的なチェックに適用される。

本発明による典型的な装置を図式的に示している。 図１の装置の測定セルを図式的に示している。 図１の装置の励起手段および計算手段の機能図である。 管の３６０°にわたる厚みの変動に対応する典型的な補間された曲線を示している。 図４に示した曲線のスペクトル解析に対応するグラフである。

Claims (17)

1. 長手方向軸（１４）の周りでほぼ回転円筒状の表面を有する棒または管のような物体（８）を寸法的に特性評価する装置であって、
   前記装置は、
   前記円筒状表面の個別の測定点（Ｐ_i）にそれぞれ向けられたパルス波を伝播するのに適した媒体（３）中に、少なくとも２つのパルス波を放射する少なくとも１つのエミッタ（Ｓ_i）と、
   前記円筒状表面により、前記測定点（Ｐ_i）の各々で反射された前記パルス波を収集する少なくとも１つのレシーバ（Ｓ_i）と、
   各エミッタ（Ｓ_i）とそれに対応する測定点（Ｐ_i）の間の往路部と、この測定点（Ｐ_i）とレシーバ（Ｓ_i）の間の復路部とを有する経路上の前記パルス波の伝播時間に基づいて、前記測定点（Ｐ_i）の各々の位置を算出する第１の手段（２２）と、
   を有する装置であって、
   前記装置は、前記長手方向軸（１４）の周りを３６０°にわたり前記測定点（Ｐ_i）の各々を通過する前記円筒状表面の曲線特性を、これらの測定点（Ｐ_i）の各々に対応する位置からの補間により算出する第２の手段（２４）も有する、
   ことを特徴とする装置。
2. 各エミッタ（Ｓ_i）および各レシーバ（Ｓ_i）は、前記長手方向軸（１４）とほぼ平行に移動される物体に対して固定である、請求項１に記載の装置。
3. 各エミッタ（Ｓ_i）はレシーバでもある請求項１または２に記載の装置。
4. 前記長手方向軸（１４）の周りでかつ前記物体（８）の周りでほぼ対称的に分散配置され、少なくとも４つの測定点（Ｐ_i）の位置を決定する少なくとも４つのエミッタ（Ｓ_i）と４つのレシーバを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 長手方向軸（１４）の周りでほぼ回転円筒状の表面を有する棒または管のような物体（８）を寸法的に特性評価する方法であって、
   前記方法は、
   前記円筒状表面の個別の測定点（Ｐ_i）にそれぞれ向けられたパルス波を伝播するのに適した媒体（３）中での少なくとも２つのパルス波の放射と、
   前記円筒状表面により、前記測定点（Ｐ_i）の各々で反射されたパルス波の検出と、
   各エミッタ（Ｓ_i）とそれに対応する測定点（Ｐ_i）の間の往路部と、この測定点（Ｐ_i）とレシーバ（Ｓ_i）の間の復路部とを有する経路上の前記パルス波の伝播時間から、前記測定点（Ｐ_i）の各々の位置の算出と、
   を含む方法であって、
   前記方法は、前記長手方向軸（１４）の周りを３６０°にわたって前記測定点（Ｐ_i）の各々を通過する前記円筒状表面の曲線特性を、これらの測定点（Ｐ_i）の各々に対応する位置からの補間により算出することも含む、
   ことを特徴とする方法。
6. 前記物体（８）は前記長手方向軸（１４）とほぼ平行に移動される、請求項５に記載の方法。
7. 特性曲線は少なくとも４つの測定点（Ｐ_i）の位置から算出される、請求項５または６に記載の方法。
8. 特性曲線は、
   Ｔｈ＝［Ｔｈ_F・ｓｉｎ（２πｔ＋φ_F）］＋［Ｔｈ_2F・ｓｉｎ（４πｔ＋φ_2F）］＋Ｔｈ_avg
   で与えられる厚さ曲線に対応し、
   ここで、
   Ｔｈ_Fは、前記長手方向軸に対する前記物体の偏芯に対して算出された厚み変動の振幅、
   φ_Fは、前記長手方向軸に対する前記物体の偏芯に対して算出された厚み変動の位相、
   Ｔｈ_2Fは、前記物体の楕円形化に対して算出された厚み変動の振幅、
   φ_2Fは、前記物体の楕円形化に対して算出された厚み変動の位相、
   Ｔｈ_avgは、すべての測定点について算出された厚さの平均値、
   ｔは、補間された曲線のサンプリング周期である、
   請求項５から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 特性曲線は外径に対応し、
   Φ_ext＝［ΦＥｘｔ_2F・ｓｉｎ（４πｔ＋φＥｘｔ_2F）］＋Φ_avg
   で与えられ、
   ここで、
   ΦＥｘｔ_2Fは、前記物体の外径に対して算出された変動の振幅、
   φＥｘｔ_2Fは、前記物体の外径に対して算出された変動の位相、
   Φ_avgは、すべての測定点について算出された径の平均値、
   ｔは、補間された曲線のサンプリング周期である、
   請求項５から７のいずれか１項に記載の方法。
10. 特性曲線は、内径の楕円形化の振幅および位相にそれぞれ対応し、
    Ｍｏｄｕｌｕｓ（Ｏｖ_int）＝√（［Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）］²＋［Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）］²）＝ΦＩｎｔ_2F
    Ｐｈａｓｅ（Ｏｖ_int）＝Ａｔｇ［Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）／Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）］＝φＩｎｔ_2F
    で与えられ、
    ここで、
    Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）＝（ΣＴｈｌｎｔ_i・ｓｉｎ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
    Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）＝（ΣＴｈｌｎｔ_i・ｃｏｓ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
    ここで、
    Ｔｈｌｎｔ_i＝ｔｈ_i−（Φ_i−Φ_avg）
    Φ_avgは、すべての測定点について算出された径の平均値、
    Φ_iは外径のサンプリング値、
    ２Ｆ_iは楕円形化周波数、
    ｎは測定点の数と等しい、
    請求項５から７のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記パルス波の放射は、前記長手方向軸（１４）の周りにほぼ等しい角度で分散配置された１群のエミッタから同時に行われる、請求項５から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記パルス波の放射は、前記長手方向軸（１４）の周りにほぼ等しい角度で同様に分散配置された１群のエミッタ（Ｓ_i）で連続的に行われる、請求項５から１０のいずれか１項に記載の方法。
13. 長手方向軸（１４）の周りでほぼ回転円筒状の表面を有する棒または管のような物体（８）を寸法的に特性評価する方法を、コンピュータプログラムがコンピューター上で実行されるときに、実行させるコンピュータプログラムであって、
    少なくとも１つのエミッタ（Ｓ_i）により少なくとも２つのパルス波の放射をトリガする指示と、
    少なくとも１つのレシーバによって収集され、円筒状表面により反射された前記パルス波に対応するデータから、前記パルス波の放射に対して同期して、少なくとも２つの測定点（Ｐ_i）の位置を算出する指示と、
    前記長手方向軸（１４）の周りを３６０°にわたり前記測定点（Ｐ_i）の各々を通過する前記円筒状表面の曲線特性を、これらの測定点（Ｐ_i）の各々に対応する位置からの補間により算出する指示とを有する、
    プログラム。
14. 特性曲線は少なくとも４つの測定点（Ｐ_i）の位置から算出される、請求項１３に記載のプログラム。
15. 特性曲線は、
    Ｔｈ＝［Ｔｈ_F・ｓｉｎ（２πｔ＋φ_F）］＋［Ｔｈ_2F・ｓｉｎ（４πｔ＋φ_2F）］＋Ｔｈ_avg
    で与えられる厚さ曲線に対応し、
    ここで、
    Ｔｈ_Fは、前記長手方向軸に対する前記物体の偏芯に対して算出された厚み変動の振幅、
    φ_Fは、前記長手方向軸に対する前記物体の偏芯に対して算出された厚み変動の位相、
    Ｔｈ_2Fは、前記物体の楕円形化に対して算出された厚み変動の振幅、
    φ_2Fは、前記物体の楕円形化に対して算出された厚み変動の位相、
    Ｔｈ_avgは、すべての測定点について算出された厚さの平均値、
    ｔは、補間された曲線のサンプリング周期である、
    請求項１３または１４に記載のプログラム。
16. 特性曲線は外径に対応し、
    Φ_ext＝［ΦＥｘｔ_2F・ｓｉｎ（４πｔ＋φＥｘｔ_2F）］＋Φ_avg
    で与えられ、
    ここで、
    ΦＥｘｔ_2Fは、前記物体の外径に対して算出された変動の振幅、
    φＥｘｔ_2Fは、前記物体の外径に対して算出された変動の位相、
    Φ_avgは、すべての測定点について算出された径の平均値、
    ｔは、補間された曲線のサンプリング周期である、
    請求項１３または１４に記載のプログラム。
17. 特性曲線は、内径の楕円形化の振幅および位相にそれぞれ対応し、
    Ｍｏｄｕｌｕｓ（Ｏｖ_int）＝√（［Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）］²＋［Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）］²）＝ΦＩｎｔ_2F
    Ｐｈａｓｅ（Ｏｖ_int）＝Ａｔｇ［Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）／Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）］＝φＩｎｔ_2F
    で与えられ、
    ここで、
    Ｓｉｎ（Ｏｖ_int）＝（ΣＴｈｌｎｔ_i・ｓｉｎ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
    Ｃｏｓ（Ｏｖ_int）＝（ΣＴｈｌｎｔ_i・ｃｏｓ２Ｆ_i）／（ｎ／２）
    ここで、
    Ｔｈｌｎｔ_i＝ｔｈ_i−（Φ_i−Φ_avg）
    Φ_avgは、すべての測定点について算出された径の平均値、
    Φ_iは外径のサンプリング値、
    ２Ｆ_iは楕円形化周波数、
    ｎは測定点の数と等しい、
    請求項１３または１４に記載のプログラム。

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