JPS60171408A - 管ネジ部肉厚測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、管端部に形成したネジ部分の肉厚を測定する
ための管ネジ部肉厚測定装置に関するものである。

従来技術 油井管として用いられる鋼管にあっては、第１図の部分
断面図に示す如く、その端部１０の外周面に他の鋼管と
の接続のための継手１２と螺合連結させるべくネジ部１
４が形成される。数百本を連結して使用される油井管に
とってはこのネジ部の強度は極めて重要であり、そのた
めにテーパ、リード、ハイド等のネジ要素を測定してこ
れが規格を満たすこと、ネジ表面に疵がないこと等が要
求される。

また、アプセットのない管にあってはネジ部肉厚が重要
視される。すなわち、第１図かられかるように、アップ
セットのない管に切られたネジ部は肉厚が薄くなる。そ
して、長さＬａのネジ部１４の内の継手１２と螺合して
いる長さＬｂの部分は継手１２により補強されているの
に対して、継手１２と螺合していない長さＬｃの部分は
、他の部分に比べて弱く、且つその部分に連結部の応力
が集中する。そのために、ネジ部１４の肉厚不足は、長
さＬｃの部分で座屈事故が起きる原因となる。

そこで、ＡＰＩ　（八ｍｅｒｉｃａｎ　Ｐｅｔｒｏｌｅ
ｕｍ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ）規格では、管端からネジ消
減点Ａまでの長さＬａと、管端から継手と螺合する限界
点Ｂまでの長さＬｂとがそれぞれ決められている。そし
て、ネジ切削加工時には、それらの点Ａ及びＢでのネジ
部肉厚Ｔａ及びＴｂがそれぞれ最低基準値量−にあるこ
とが、ネジ部の強度」−必要である。

しかし、従来の管端ネジ部の肉厚検査は、第２図に示す
ように音叉状のゲージ１６を管ＩＯの端部から管肉部を
挟むようにして挿入し、管端部に向けて薄肉となるよう
にテーパをイ」シて形成したネジ部１４への挿入量ｌが
所定量より短い場合は所要の肉厚があるとして合否判定
を行っていた。つまり、肉厚の測定そのものは行われて
おらず、しかも手作業による検査であり、何等かの改善
が望まれていた。

そのような事情に鑑みて、本件出願人は、特開昭５８−
１７１６１３号公報として出願公開された特願昭５７−
５４４０２号において「管ネジ部の肉厚測定方法及び装
置」を提案した。

その特開昭５８−１７１６１３号公報による管ネジ部の
肉厚測定方法は、管の外側にある基１μ位置から管ネジ
外周面までの距離を測定し、それとは別に、管内側の基
準位置から管内周面までの距離を測定し、両基準位置間
距離から」−記２つの測定距離の和を引くことにより、
管ネジ部の肉厚を測定している。

以−１−から明らかなように、上記公報の方法にあって
は、ネジの切削加工とは独立してネジ部肉厚測定しなけ
ればならない。また、管の内側と外側との２つの測定を
しなければならないため、測定操作自体が煩雑である。

更に、距離乃至長さの測定手段が２つ必要であり、装置
構成が複雑である。

そして、」１記公報の装置は、管ネジ外周面を光レーザ
ビームを使用して測定しており、ネジ肉厚を測定する場
合、ネジの谷底や山頂部をプロフィールデータより演算
する必要がある。

発明の目的 そこで、本発明の目的は、ネジ切削加工とほぼ並行して
測定でき、また、プロフィールデータよりの演算の必要
なく管端部から所定の距離の点でのネジ部肉厚を自動的
且つ定量的に測定できる構成の簡単な管ネジ部肉厚測定
装置を提供せんとするものである。

発明の構成 すなわち、本発明によるならば、管ネジ切削加工用のネ
ジ切削工具のネジ切削面代向い合うように前記ネジ切削
工具に対して所定の距離に固定されて、管のネジ切削加
工面と反対側の管表面の位置を測定する投光型光学式変
位計と、前記ネジ切削工具の管軸方向の変位量を測定す
る横行量測定装置とを具備し、管ネジ切削加工時に、前
記投光型光学式変位側が管端を検出したあと前記横行量
測定装置により善意ネジ切削工具の所定管軸方向変位が
検出されたときに、前記変位計による測定値に基ついて
管ネジ部の肉厚を測定することを特徴とする管ネジ部肉
厚測定装置が提供される。

以上の如く、ネジ切削工具のネジ切削面と向い合うよう
に枝光型光学式変位削を設けることにより、ネジ切削工
具の管軸方向の移動に伴って管端を検出することができ
、またネジ切削加工上並行してネジ部の肉厚を測定でき
る。それ故、管ネジ切削加工時、投光型光学式変位側が
管端を検出したあと、横行量測定装置により前記ネジ切
削工具が管軸方向に所定量移動したことが判明したとき
、投光型光学式変位計の出力に基づいて肉厚を測定する
ならば、管端から所定距離の点でのネジ肉厚を簡単に測
定することができる。また、変位計による測定値だけで
、ネジ部の肉厚を測定できるので、プロフィールデータ
よりの演算の必要なくネジ部肉厚を自動的且つ定量的に
測定できる。

実施例 以下添付図面を参照して本発明による管ネジ部肉厚測定
装置の実施例を説明する。

第３図は、本発明の管ネジ部肉厚測定装置の概略構成図
である。ネジ切削加工装置は、ネジ切削工具固定平行移
動−管回転型と、ネジ切削工具回転平行移動−管固定型
とに大別されるが、図示の装置は、前者の型式の管端の
雄ネジ切削加工装置に組み込まれている。

回転する管１８の端部をネジ切削加圧するために、テー
パガイド２０に倣って管軸方向に移動する架台２？に工
具数イ」台２４が固定され、その取付台２４にチェーザ
２６のようなネジ切削工具が取付けられている。図示の
チェーザ２６は、第５図に示す如く、仕−に刃Ｘ、中削
り刃Ｙ１荒削り刃Ｚとが並べて設けられており、一度に
荒削りから仕」二までできるようになされている。

チェーザ取付台２４が取付けられている架台２２は、コ
字型につくられ、その先端２Ｂが管端の内部に入ること
ができるようになされている。その架台２２の先端２８
には、投光型光学式変位計３０が取（＝Ｉけられている
。

この投光型光学式変位計３０は、管１８の軸に対して直
角に管１８の内面１８Ａに向けて光ビームを発する投光
器３０Δと、その投光器３ｏΔからの光のビームによっ
て管１８の内面１８Δに形成される光スポットを、投光
器３０Ａの光ビームに対して傾斜した方向から見カメラ
３０Ｂａ：から構成される。

第４図は、」―記投光型光学式変位計による位置測定の
原理を図解する図である。今、投光器３０Ａに対して管
内面１８Δが基準位置Ｐ。にあったとき、カメラ３０Ｂ
が視野の中心点Ｏ上にそのときのビームスポットＳ。を
見るとすると、管内面１８Ａが投光器３０Ａに近づいて
位置Ｐ１　に移動すると、カメラ３０Ｂは、視野の中心
点Ｏより例えば右にそのときのビームスポットｓ、を見
る。反対に、管内面１８Ａが投光器３０Ａより離れて位
置Ｐ２に移動すると、カメラ３０Ｂは、視野の中心点０
より左にそのときのビームスポットＳ２を見る。それ故
、カメラ３０Ｂの視野において、中心点Ｏ上に座標中心
が位置するように座標を設定し、ビームスポットの座標
中心よりの距離をめることにより、光ビームの光軸方向
即ち管の直径方向における管内面１８Δと基準位置Ｐ。

との間の距離Ｄ１をめることができる。

従って、変位計３０と基準位置Ｐ。との間の距離り、に
対して上記の距離Ｄ□を減算または加算することにより
、変位計から測定対象の管内面１８Δまでの距離をめる
ことができる。

また、この投光型光学式変位計にあっては、投光器３０
Ａの正面に管内面がない限り、カメラ３０Ｂは光スポッ
トを検出することはできず、管内面の位置を測定するこ
とができない。それ故、第３図において投光型光学式変
位計３０が管の外から内へ管軸方向に移動する瞬間、変
位計が測定不能状態から測定可能状態になる。その瞬間
は、投光器３゜Ａの真正面に管端が位置した瞬間である
。従って、測定可能状態になったかどうかにより、管端
検出をすることができる。

図示の管ネジ部肉厚測定置においては更に、架台２２に
横行量測定装置３２が取付けられている。この横行量測
定装置３２は、架台２２即ちチェーザ２６および変位計
３０の管軸方向への移動車を検出する。

チェーザ２６と変位計３０は架台２２に取イ］けられて
いるので、第５図に示す如く、変位計３０七チエーザ２
６との間の距離は、予め定められる一定距離１１よなっ
ており、チェーザ２６の仕−に刃Ｘの刃先即ち雄ネジの
谷底■と変位計との距離ｆ１２　も予め知るとこができ
る一定距離である。それ故、変位計３０の投光器３０Ａ
の光ビームの光軸をチェーザ２６の仕上刃Ｘの刃共に合
わせておくならば、変位言１３０から管内面１８Δまで
の距離β３の測定値を変位計３０から得ることができ、
仕上刃Ｘによって切削されたネジの谷底部での肉厚Ｔ、
（−１１２−β３）をめることができる。

一方、チェーザ２６の荒削り刃Ｚの刃元Ｔと変位語の距
離！！４　も予めしることができる一定距離である。そ
れ故、変位計３０の投光器３０Δの光ビームの光軸をチ
ェーザ２６の荒削り刃Ｚの刃元′Ｆに合わせておくなら
ば、変位刷３０から管内面１８Δまでの距離１５の測定
値を変位計３０から得ることにより、荒削り刃Ｚの刃元
Ｔに対応する部分即ぢネジ部の終端部△の肉厚Ｔａ（−
、ｆｌ！１−Ｌ）をめることができる。

第６図は、管ネジ部肉厚測定装置の演算部の回路を示す
ブロック図である。カメラ３０Ｂの出力は、制御器３４
に接続され、横行量測定装置３２の出力は、横行量カウ
ンタ３６に接続されている。制御器３４は、カメラ３０
Ｂが測定不能状態から測定可能状態に変わったとき、横
行量カウンタ３６を零にリセットすると共に、測定値を
記憶回路３８に出力する。

横行量カウンタ３６は、肉厚を測定すべき管端からの距
離りが設定される一方、零リセットされたあとに横行量
測定装置３２の出力を受けてカウントアツプしてゆき、
そのカウント値がＩ−７に一致しでとき、一致信号を記
憶回路３８と演算回路４０とに出力する。

記憶回路３８は管１８の回転周期１゛、を受けて、１回
転周期Ｔ、の開側定値を蓄積する。換言するならば、記
憶回路３８は、測定値を１回転周期Ｔｐ分保持し、新し
い測定値が人力されると１回転周期古い測定値を順次消
失してゆく。

横行量カウンタ３６が一致信号を出力すると、記憶回路
３８は、蓄積しである一周期分の測定値を演算回路４０
へ出力する。演算回路４０に人力された測定値の内の最
新の測定値以外の測定値は、距離りでの肉厚を示してお
らず、調度一回転周期前の測定値は、距離りよりネジ１
ピッチ分前での肉厚である。そこで、演算回路４０は、
人力された各測定値βを、テーパガイド２０にテーパ角
に基づいて距離りにおける値ｌＣに変換する補正処理を
実行する。そのようにして得られた各補正値測定値ｌｃ
ごとに Ｔ−（、ｉ！、又は、ｉｌ’、）−Ｌ の演算を行い、必要に応じて、平均値、最大値、最小値
をめる。そして、その結果を記録器４２及び表示器４４
に出力し、また、肉厚が基準値未満のときは警報器４６
を作動させる。

次に、以上の如き管ネジ部肉厚測定装置を使用しての第
１図のＢ点の管ネジ部の肉厚測定を説明１ する。この場合、変位計３０の投光器３０Ａの光ビーム
の光軸がチェーザ２６の仕上刃Ｘの刃先に一致するよう
に変位計３０を設定する。一方、横行量カウンタ３６に
は距離Ｌｂを設定し、記憶回路３８には管１８の回転周
期Ｔ、が設定される。

第３図においてテーパガイド２０に倣って架台２２を移
動させて管１８の端部をネジ切削加工すると、最初、チ
ェーザ２６の荒削り刃２が管を切削し、次いで、中削り
刃Ｙが荒削りされたネジ溝を切削してゆく。中削り刃Ｙ
が管端にかかる時点までは、投光器３０Ａよりの光ビー
ムは、管１８に当ることなく通過する。従って、変位側
３０は測定不能状態にある。

そのあと、仕」１刃Ｘが管１８にかかると、投光器３０
Ａよりの光ビームは、管１８の内面１８Ａに当たり、カ
メラ３０Ｂが管内面１８Ａに形成される光スポットを検
出し、測定可能状態となる。その結果、制御回路３４は
、横行量カウンタ３６をリセットし、測定値を記憶回路
３８に出力する。

そのあと、ネジ切削加工の進行と共に、横行量２ カウンタ３６はカウントアツプしてゆく。そして、その
カウント値が上記したり、に一致したとき、一致信号を
記憶回路３８と演算回路４０とに出力する。

横行量カウント３６からの一致信号を受けた記憶回路３
８は、蓄積しである１回転周期分の測定値を演算回路４
０へ出力する。その演算回路４０は、入力された各測定
値ｌを、テーパガイド２０にテーパ角に基づいて、距離
Ｌｂにおける値！。に変換する補正処理を実行する。そ
のようにして得られた各補正測定値β。ごとに Ｔ−β２−１ｃ の演算が行われ、必要に応じて、平均値、最大値、最小
値がめられる。そして、その結果は、記録器４２に記録
され、表示器４４に表示される。また、肉厚Ｔが基準値
１５未満のときは警報器４６が作動される。

第７図は、変位計を含むヘッド部とその操作機構の概略
構成図である。断面コ字型のへラドベース５０に、投光
器３０Ａとカメラ３０Ｂとが固定されている。投光器３
０Δは、それが出力する光ビームの光軸が管１８の直径
方向に位置するように、ヘッドベース５０に固定されて
いる。一方、カメラ３０Ｂは、投光器３０Δの光ビーム
の光軸と管１８の中心軸とを含む面において、光ビーム
に対して傾斜して置かれたりニアセンザ５２を含む形式
のものでもよいし、ほかの形式のものでもよい。

以」二述べたヘッドベース５０に取イ１られている各部
材が管ネジ部肉厚測定装置のヘッド部を構成している。

ヘッドベース５０の整板５０Δにはボス部材５８が固定
され、そのボス部材５８から大径軸６０が軸受６２を貫
通して延在しその軸受６２により支持されている。

その軸受６２とボス部材５８とにはそれぞれ板６４Ａと
６４Ｂが固定され、それら板６４Δと６４Ｂとの間にベ
ローズ６６が取付けられている。

軸受６２は、延長部６２Ａを有しており、その延長部６
２Ａは、チェーザ取付用の架台２２に固定されている。

軸受６２の他端から突き出している大径軸６０の先端に
は、結合金具６８を介して小径軸７０が結合されている
。更に、軸受６２の他端には、支持板７２Ａが固定され
、その支持板？２Ａには複数のスペーサ体７４の一端が
固定され、そのスペーサ体７４の他端には、もう１つの
支持板７２Ｂが固定されている。

更に、支持板７２Ｂには、エアピストンシリンダ７６が
小径軸７０と平行に固定されている。そのエアピストン
シリンダ７６のピストン棒７６Δは、結合金具７８を介
して小径軸７０の他端に結合されている。

このエアピストンシリンダ７６を動作させてピストン棒
７６Ｂを第７図において左へ押し出すと、小径棒７０及
び大径棒６０は第７図において左に移動し、管Ｉ８に対
して測定装置ヘッド部を管軸方向において退避させるこ
とができる。反対に、エアピストンシリンダ７６により
ピストン棒７６Ｂを第７図において右へ引き込ませると
、小径棒７０及び大径棒６゜は第７図において右へ移動
し、管２０に対して測定装置ヘッド部を管軸方向に進出
させることができる。従って、エアピストンシリンダ７
６を適当に動作させることにより、測定装置ヘッド部特
に投光器３０Ａをチェーザ２６に対して管軸方向に位置
調整５ して、光ビームの光軸を仕上刃Ｘの刃先にあわせたり、
荒削り刃Ｚの刃元Ｔにあわせたりすることができる。

以上説明した全ての実施例は、雄ネジ切削の場合につい
てであるが、ネジ切削工具と変位馴との位置関係を逆に
すれば、雌ネジ切削の場合についても適用できる。

発明の効果 以上述べたことから明らかなように、本発明による管ネ
ジ部肉厚測定装置を使用するならば、ネジ切削加工と並
行して、管端から所定距離の点でのネジ部の肉厚を簡単
に測定できる。また、変位計による測定値だけで、ネジ
部肉厚を測定できるので、プロフィールデータよりの演
算の必要なくネジ部肉厚を自動的且つ定量的に測定でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、管端ネジ部の概略図解図、第２図は、従来の
ネジ部肉厚測定方法を図解する図、第３図６ は、本発明による管ネジ部肉厚測定装置の概略構成図、
第４図は、本発明による管ネジ部肉厚測定装置に使用さ
れる投光型光学式変位計による位置測定の原理を図解し
た図、第５図は、本発明による管ネジ部肉厚測定装置に
よる肉厚測定の原理を図解した図、第６図は、本発明に
よる管ネジ部肉厚測定装置の演算部の構成を示すブロッ
ク図、第７図は、本発明による管ネジ部肉厚測定装置の
投光型光学式変位計を含むヘッド部及びその操作機構の
概略図である。 （主な参照番号） ｌＯ・・管端部、１２・・継手、１４・・ネジ部、１６
・・音叉状ケージ、１８・・管、 ２０・・テーパガイド、２２・・架台、２６・・チェー
ザ、３０・・投光器型光学式変位計３２・・横行量測定
装置 特許出願人　住友金属工業株式会社 代　理　人　弁理士　新居正彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管ネジ切削加工用のネジ切削工具のネジ切削面と向い合
   うように前記ネジ切削工具に対して所定の距離に固定さ
   れて、管のネジ切削加工面と反対側の管表面の位置を測
   定する投光型光学式変位計と、前記ネジ切削工具の管軸
   方向の変位量を測定する横行量測定装置とを具備し、管
   ネジ切削加工時に、前記投光型光学式変位計が管端を検
   出したあと前記横行量測定装置により前記ネジ切削工具
   の所定管軸方向変位が検出されたときに、前記変位計に
   よる測定値に基づいて管ネジ部の肉厚を測定することを
   特徴とする管ネジ部肉厚測定装置。