JP2002228044A - ３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法 - Google Patents
３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法Info
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- JP2002228044A JP2002228044A JP2001023320A JP2001023320A JP2002228044A JP 2002228044 A JP2002228044 A JP 2002228044A JP 2001023320 A JP2001023320 A JP 2001023320A JP 2001023320 A JP2001023320 A JP 2001023320A JP 2002228044 A JP2002228044 A JP 2002228044A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 既設配管に合せ配管を接続する時に端面加工
量を、計測技術と計算機の演算により求め、それにした
がって加工して現場にて容易に、精度良く位置合わせす
る３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法を
提供する。 【解決手段】 一対の離間した既設配管、および、その
間に挿入する合せ配管の円の各管端面を３次元計測器で
計測する。その各管端面は、中心位置、中心軸ベクト
ル、および距離が算出されるとともに、一対の既設配管
とその間に挿入される合せ配管の各中心軸ベクトルの軸
交差角をパラメータとして仮想合わせし、一対の既設配
管と合せ配管との端面形状が一致する軸交差角と合せ配
管の長さを求める。その軸交差角に応じて既設配管と合
せ配管の端面、および、合せ配管の長さを加工して、既
設配管と合せ配管とを接合する。
量を、計測技術と計算機の演算により求め、それにした
がって加工して現場にて容易に、精度良く位置合わせす
る３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法を
提供する。 【解決手段】 一対の離間した既設配管、および、その
間に挿入する合せ配管の円の各管端面を３次元計測器で
計測する。その各管端面は、中心位置、中心軸ベクト
ル、および距離が算出されるとともに、一対の既設配管
とその間に挿入される合せ配管の各中心軸ベクトルの軸
交差角をパラメータとして仮想合わせし、一対の既設配
管と合せ配管との端面形状が一致する軸交差角と合せ配
管の長さを求める。その軸交差角に応じて既設配管と合
せ配管の端面、および、合せ配管の長さを加工して、既
設配管と合せ配管とを接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３次元計測による既
設配管と合せ配管との接合方法に係り、特に、３次元計
測を行うと共に、計算機シミュレーション技術を用い
て、発電所等建設における既設配管と、直管の合せ配管
の現場合わせ作業を行う３次元計測による既設配管と合
せ配管との接合方法に関する。
設配管と合せ配管との接合方法に係り、特に、３次元計
測を行うと共に、計算機シミュレーション技術を用い
て、発電所等建設における既設配管と、直管の合せ配管
の現場合わせ作業を行う３次元計測による既設配管と合
せ配管との接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、発電所等の建設では、建築物内の
左右あるいは上下別々の方向から接続されてきた配管同
士をある箇所で連結する作業が多数存在する。この配管
の連結は、ほとんどが３次元の位置合わせが行われてい
る。以下では、左右・上下の方向から接続されてきた配
管を既設配管と呼び、連結のための直管または曲げ管な
どを合せ配管と呼ぶ。現状ではＣＡＤ等を用いた施工計
画により、これらの配管は適切な形状・寸法に加工され
て現場に持ち込まれて配管の敷設が行われている。
左右あるいは上下別々の方向から接続されてきた配管同
士をある箇所で連結する作業が多数存在する。この配管
の連結は、ほとんどが３次元の位置合わせが行われてい
る。以下では、左右・上下の方向から接続されてきた配
管を既設配管と呼び、連結のための直管または曲げ管な
どを合せ配管と呼ぶ。現状ではＣＡＤ等を用いた施工計
画により、これらの配管は適切な形状・寸法に加工され
て現場に持ち込まれて配管の敷設が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チェー
ンブロック等を用いての人手による配管の位置決め・接
続作業には精度的限界があり、向かい合った既設配管間
に図面通りの合わせた配管が収まることは殆どない。こ
のため、現場で合わせるためには端面加工が必ず必要に
なり、チェーンブロックにより合わせ作業が必要となっ
ている。この合わせ作業は、従来の目算による補正量の
見積もりでは所望の精度を一回で得ることは難しく、後
述する一連の作業を繰返し行わなければならない。よっ
て現場で適宜グラインダによる端面の修正加工を行って
いるため、不要な工数が発生しているとともに、配管の
過加工による失敗は、工期の遅れをもたらすために絶対
に避けなければならない。特に、原子力発電所建設現場
では、直径３００ｍｍ以上・長さ数ｍにも及ぶ鋼管を±
０．５ｍｍという非常に高い精度で位置決めしなければ
ならない。
ンブロック等を用いての人手による配管の位置決め・接
続作業には精度的限界があり、向かい合った既設配管間
に図面通りの合わせた配管が収まることは殆どない。こ
のため、現場で合わせるためには端面加工が必ず必要に
なり、チェーンブロックにより合わせ作業が必要となっ
ている。この合わせ作業は、従来の目算による補正量の
見積もりでは所望の精度を一回で得ることは難しく、後
述する一連の作業を繰返し行わなければならない。よっ
て現場で適宜グラインダによる端面の修正加工を行って
いるため、不要な工数が発生しているとともに、配管の
過加工による失敗は、工期の遅れをもたらすために絶対
に避けなければならない。特に、原子力発電所建設現場
では、直径３００ｍｍ以上・長さ数ｍにも及ぶ鋼管を±
０．５ｍｍという非常に高い精度で位置決めしなければ
ならない。
【０００４】従来この配管作業は、 （１）合せ配管のチェーンブロックによる吊り上げ、合
せ作業 （２）巻尺等を用いた補正量見積もり （３）グラインダによる補正加工 の３つの工程を接続が要求精度内に収まるまで繰返して
行い、その後に溶接が施されている。配管合せ作業は複
数のチェーンブロックによる協調作業のため、労力・時
間・技能が要求され、また補正量の見積もりにも経験に
基づく熟練技能が必要とされる。このため、原子力発電
所建設現場等では、大径の配管を容易に、精度良く、配
管合せができる方法が求められている。このとき、出来
る限り配管加工量が少ないことが望ましい。
せ作業 （２）巻尺等を用いた補正量見積もり （３）グラインダによる補正加工 の３つの工程を接続が要求精度内に収まるまで繰返して
行い、その後に溶接が施されている。配管合せ作業は複
数のチェーンブロックによる協調作業のため、労力・時
間・技能が要求され、また補正量の見積もりにも経験に
基づく熟練技能が必要とされる。このため、原子力発電
所建設現場等では、大径の配管を容易に、精度良く、配
管合せができる方法が求められている。このとき、出来
る限り配管加工量が少ないことが望ましい。
【０００５】本発明は、上記従来の問題点に着目してな
されたもので、既設配管に合せ配管を接続する時に端面
加工量を、計測技術と計算機の演算により求め、それに
したがって加工して現場にて容易に、精度良く位置合わ
せする３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方
法を提供することを目的とする。
されたもので、既設配管に合せ配管を接続する時に端面
加工量を、計測技術と計算機の演算により求め、それに
したがって加工して現場にて容易に、精度良く位置合わ
せする３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方
法を提供することを目的とする。
【０００６】また、特に本発明は、大径の配管を現場合
わせする時に、計測によって得た各端面の３次元空間の
おける既設配管と、位置合せする合せ配管との相対的位
置関係から最適な加工量を演算によって求め、それにし
たがって加工して容易に精度良く位置合わせができる３
次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法を提供
することを目的としている。
わせする時に、計測によって得た各端面の３次元空間の
おける既設配管と、位置合せする合せ配管との相対的位
置関係から最適な加工量を演算によって求め、それにし
たがって加工して容易に精度良く位置合わせができる３
次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法を提供
することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る３次元計測による既設配管と合せ配管
との接合方法は、一対の離間した既設配管の円の管端を
３次元計測器で計測して、その中心位置、中心軸ベクト
ル、および距離を算出するとともに、一対の既設配管と
その間に挿入される合せ配管の各中心軸ベクトルの軸交
差角をパラメータとして仮想合わせし、一対の既設配管
と合せ配管との端面形状が一致する軸交差角と合せ配管
の長さを求め、その軸交差角に応じて既設配管と合せ配
管の端面、および、合せ配管の長さを加工して、既設配
管と合せ配管とを接合することを特徴とする。
に、本発明に係る３次元計測による既設配管と合せ配管
との接合方法は、一対の離間した既設配管の円の管端を
３次元計測器で計測して、その中心位置、中心軸ベクト
ル、および距離を算出するとともに、一対の既設配管と
その間に挿入される合せ配管の各中心軸ベクトルの軸交
差角をパラメータとして仮想合わせし、一対の既設配管
と合せ配管との端面形状が一致する軸交差角と合せ配管
の長さを求め、その軸交差角に応じて既設配管と合せ配
管の端面、および、合せ配管の長さを加工して、既設配
管と合せ配管とを接合することを特徴とする。
【０００８】この場合において、軸交差角は、一方を１
８０度の初期値とするとともに、１８０度から一定角度
の範囲でシミュレーションし、他方を幾何学的に求める
ようにしている。また、軸交差角は、既設配管の加工量
が最小となるように最大に選定するようにすると良い。
８０度の初期値とするとともに、１８０度から一定角度
の範囲でシミュレーションし、他方を幾何学的に求める
ようにしている。また、軸交差角は、既設配管の加工量
が最小となるように最大に選定するようにすると良い。
【０００９】上記構成によれば、３次元計測による既設
配管と合せ配管との接合方法は、建築物内の左右あるい
は上下別々の方向から接続されてきた一対の離間した既
設配管と合せ配管の円形形状の端面を３次元測定器によ
り計測点で３点以上測定する。この測定された配管の端
面は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有する基準座標系に対して、
円の中心位置、中心軸ベクトル、および距離が算出され
る。この既設配管の間には、各配管の中心軸ベクトルが
交差するように合せ配管が仮想的に挿入される。このと
き、既設配管と合せ配管とは、軸交差角がシミュレーシ
ョンにより角度が設定されたとき、配管の上下で重なり
合うように、軸交点座標が端点よりも内側に移動してい
る。この軸交差角は、初期値が１８０度に仮定されて計
算され、所定の条件を満足しない場合には、設定された
一定角度までの範囲でシミュレーションが行われる。こ
のシミュレーションによって得られた軸交差角を基にし
て加工量が設定されるとともに、既設配管および合せ配
管の各端面の加工が行われる。この当接する既設配管お
よび合せ配管は同一断面形状になっており、また、従来
の接合加工に比べて合せ面の隙間が一定になり、溶接加
工が精度良くできる。また、軸交差角は、シミュレーシ
ョンによって得られた軸交差角の最大値が選定されてお
り、既設配管の加工量が最小となり、加工量が少なくな
るともに、溶接長さも少なくなっている。
配管と合せ配管との接合方法は、建築物内の左右あるい
は上下別々の方向から接続されてきた一対の離間した既
設配管と合せ配管の円形形状の端面を３次元測定器によ
り計測点で３点以上測定する。この測定された配管の端
面は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有する基準座標系に対して、
円の中心位置、中心軸ベクトル、および距離が算出され
る。この既設配管の間には、各配管の中心軸ベクトルが
交差するように合せ配管が仮想的に挿入される。このと
き、既設配管と合せ配管とは、軸交差角がシミュレーシ
ョンにより角度が設定されたとき、配管の上下で重なり
合うように、軸交点座標が端点よりも内側に移動してい
る。この軸交差角は、初期値が１８０度に仮定されて計
算され、所定の条件を満足しない場合には、設定された
一定角度までの範囲でシミュレーションが行われる。こ
のシミュレーションによって得られた軸交差角を基にし
て加工量が設定されるとともに、既設配管および合せ配
管の各端面の加工が行われる。この当接する既設配管お
よび合せ配管は同一断面形状になっており、また、従来
の接合加工に比べて合せ面の隙間が一定になり、溶接加
工が精度良くできる。また、軸交差角は、シミュレーシ
ョンによって得られた軸交差角の最大値が選定されてお
り、既設配管の加工量が最小となり、加工量が少なくな
るともに、溶接長さも少なくなっている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る３次元計測
による既設配管と合せ配管との接合方法の具体的実施形
態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、３
次元計測器１００による配管端面の計測の模式図を示
す。３次元計測器１００は、３次元計測器１００からの
測定値を取入れるとともに、それを画面に表示し後述す
る軸交差角αを求めるパソコン等の計算機１０１が接続
されている。
による既設配管と合せ配管との接合方法の具体的実施形
態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、３
次元計測器１００による配管端面の計測の模式図を示
す。３次元計測器１００は、３次元計測器１００からの
測定値を取入れるとともに、それを画面に表示し後述す
る軸交差角αを求めるパソコン等の計算機１０１が接続
されている。
【００１１】図１において、３次元計測器１００は、光
学的方法による３次元計測器１００を用いた例を示して
いるが、これは端面上の所望の位置を計測でき、配管合
わせ精度よりも上位の精度を持つものであればこれに限
らない。図１において、ほぼ平行に対面した左側既設配
管１と右側既設配管２との二つの配管１、２の間に、直
管である合せ配管３を挿入して接続する作業を示す。こ
の直管は曲げ管でもよい。
学的方法による３次元計測器１００を用いた例を示して
いるが、これは端面上の所望の位置を計測でき、配管合
わせ精度よりも上位の精度を持つものであればこれに限
らない。図１において、ほぼ平行に対面した左側既設配
管１と右側既設配管２との二つの配管１、２の間に、直
管である合せ配管３を挿入して接続する作業を示す。こ
の直管は曲げ管でもよい。
【００１２】次に、３次元計測器１００を用いて、二つ
の既設配管１、２と合せ配管３の加工角度、および、合
せ配管３の長さを求める例について説明する。先ず、既
設配管１、２、および合せ配管３の各端面の１ａ、２
ａ、３ａ（配管３の左側端面）、３ｂ（右側端面）につ
き、一端面に３点の計測を行い、配管の端面の数式モデ
ル化を行う。図２に示すように、各端面の１ａ、２ａ、
３ａ、３ｂの外周上で、かつ、３次元上の任意位置に設
定した３点の、５（ａ点）、６（ｂ点）、および７（ｃ
点）を計測し、その全点を通る円８と、その中心９（Ｏ
ａ）を通り面に垂直な中心軸ベクトル１０（軸ベクトル
Ｖ）を求める。前記任意の３点を通る円８の中心座標、
及び、直径は幾何学的計算から容易に求まる。また、３
点を用いたベクトル外積１１（＝ａｂ×ａｃ）を求める
ことにより、中心軸ベクトル１０と基準座標系１２のな
す方向余弦を求めることで、数式１に示す円８の方程式
を得る。
の既設配管１、２と合せ配管３の加工角度、および、合
せ配管３の長さを求める例について説明する。先ず、既
設配管１、２、および合せ配管３の各端面の１ａ、２
ａ、３ａ（配管３の左側端面）、３ｂ（右側端面）につ
き、一端面に３点の計測を行い、配管の端面の数式モデ
ル化を行う。図２に示すように、各端面の１ａ、２ａ、
３ａ、３ｂの外周上で、かつ、３次元上の任意位置に設
定した３点の、５（ａ点）、６（ｂ点）、および７（ｃ
点）を計測し、その全点を通る円８と、その中心９（Ｏ
ａ）を通り面に垂直な中心軸ベクトル１０（軸ベクトル
Ｖ）を求める。前記任意の３点を通る円８の中心座標、
及び、直径は幾何学的計算から容易に求まる。また、３
点を用いたベクトル外積１１（＝ａｂ×ａｃ）を求める
ことにより、中心軸ベクトル１０と基準座標系１２のな
す方向余弦を求めることで、数式１に示す円８の方程式
を得る。
【数式１】 上記手法は、４つの端面１ａ、２ａ、３ａ、３ｂに実施
し、各配管を円としその軸ベクトルＶとして数式化す
る。
し、各配管を円としその軸ベクトルＶとして数式化す
る。
【００１３】次に、配管接続のための端面加工量を求め
る方法について述べる。図３（ａ）には、直径Ｄの二つ
の配管１４（例えば、既設配管１と合せ配管３）を軸交
差角αで仮想合わせして接続した状態を示す。両端面１
ａ、３ａは、既設配管１と合せ配管３の上点Ｐｕと下点
Ｐｄで重なり合うように、図３に示すごとく、それぞれ
中心軸１６に対してα／２の傾いた面となるように加工
しなければならない。図中斜線で示した部分１８が各端
面１ａ、３ａの加工量である。このとき、中心軸の交点
１９は端面中心Ｏａの端点１ｄ、３ｄよりも数式２に示
す軸交点移動量ｄだけ、内側に移動することが幾何学的
関係から容易にわかる。
る方法について述べる。図３（ａ）には、直径Ｄの二つ
の配管１４（例えば、既設配管１と合せ配管３）を軸交
差角αで仮想合わせして接続した状態を示す。両端面１
ａ、３ａは、既設配管１と合せ配管３の上点Ｐｕと下点
Ｐｄで重なり合うように、図３に示すごとく、それぞれ
中心軸１６に対してα／２の傾いた面となるように加工
しなければならない。図中斜線で示した部分１８が各端
面１ａ、３ａの加工量である。このとき、中心軸の交点
１９は端面中心Ｏａの端点１ｄ、３ｄよりも数式２に示
す軸交点移動量ｄだけ、内側に移動することが幾何学的
関係から容易にわかる。
【数式２】
【００１４】以下、図４に示すように、軸ベクトルＶ１
は、左側既設配管１の端面１ａで、端面中心Ｏａの端点
１ｄを支点とし、左側既設配管１の中心軸１ｃ沿った方
向をいい、また、軸ベクトルＶ２は、左側既設配管２の
端面２ａで、端面中心Ｏａの端点２ｄを支点とし、左側
既設配管２の中心軸２ｃ沿った方向をいう。合せ配管３
については、左側端面３ａ側の軸ベクトルを左側軸ベク
トルＶｍ３、および、右側端面３ｂ側の軸ベクトルを右
側軸ベクトルＶｒ３と呼ぶが、ここでは、左側軸ベクト
ルＶｍ３と右側軸ベクトルＶｒ３とは、平行でその向き
が逆であるため、以下では右側軸ベクトルＶあるいは左
側軸ベクトル−Ｖとして表す。
は、左側既設配管１の端面１ａで、端面中心Ｏａの端点
１ｄを支点とし、左側既設配管１の中心軸１ｃ沿った方
向をいい、また、軸ベクトルＶ２は、左側既設配管２の
端面２ａで、端面中心Ｏａの端点２ｄを支点とし、左側
既設配管２の中心軸２ｃ沿った方向をいう。合せ配管３
については、左側端面３ａ側の軸ベクトルを左側軸ベク
トルＶｍ３、および、右側端面３ｂ側の軸ベクトルを右
側軸ベクトルＶｒ３と呼ぶが、ここでは、左側軸ベクト
ルＶｍ３と右側軸ベクトルＶｒ３とは、平行でその向き
が逆であるため、以下では右側軸ベクトルＶあるいは左
側軸ベクトル−Ｖとして表す。
【００１５】以下に上記手法を用いた加工量計算方法を
示す。先ず、右側既設配管２と合せ配管３の交差角αの
仮定を行う。図５に示すように、右側既設配管２の中心
軸２ｃと、合せ配管３の中心軸３ｃとが軸交点座標ＣＰ
１で角度αで交差するものと仮定する。このとき、配管
同士が適切な接続をなすために、右側既設配管２の中心
軸２ｃと、合せ配管３の中心軸３ｃとの交点は、前記の
数式２に示すように、それぞれの端点２ｄ、３ｄよりも
軸交点移動量ｄだけ内側になる。右側既設配管２の中心
軸２ｃの軸交点座標ＣＰ１は、軸交点移動量ｄを用いて
数式３のように表せる。
示す。先ず、右側既設配管２と合せ配管３の交差角αの
仮定を行う。図５に示すように、右側既設配管２の中心
軸２ｃと、合せ配管３の中心軸３ｃとが軸交点座標ＣＰ
１で角度αで交差するものと仮定する。このとき、配管
同士が適切な接続をなすために、右側既設配管２の中心
軸２ｃと、合せ配管３の中心軸３ｃとの交点は、前記の
数式２に示すように、それぞれの端点２ｄ、３ｄよりも
軸交点移動量ｄだけ内側になる。右側既設配管２の中心
軸２ｃの軸交点座標ＣＰ１は、軸交点移動量ｄを用いて
数式３のように表せる。
【数式３】
【００１６】次に、左側既設配管１の中心軸１ｃと、合
せ配管３の中心軸３ｃとの交点（軸交点座標ＣＰ２）の
計算を行う。右側既設配管２の中心軸２ｃと合せ配管３
の中心軸３ｃとの交差角度αを保ちながら左側既設配管
１の中心軸１ｃと合せ配管３の中心軸３ｃとが交差する
点（軸交点座標ＣＰ２）は、図５より明らかなように一
意により定まる。このときの軸１ｃと３ｃとのなす角β
を以下の手順で求める。左側既設配管１の中心軸１ｃ上
の軸交点座標ＣＰ２は未知数の第１軸交点移動量ｄｘを
用いて数式４に表わされる。
せ配管３の中心軸３ｃとの交点（軸交点座標ＣＰ２）の
計算を行う。右側既設配管２の中心軸２ｃと合せ配管３
の中心軸３ｃとの交差角度αを保ちながら左側既設配管
１の中心軸１ｃと合せ配管３の中心軸３ｃとが交差する
点（軸交点座標ＣＰ２）は、図５より明らかなように一
意により定まる。このときの軸１ｃと３ｃとのなす角β
を以下の手順で求める。左側既設配管１の中心軸１ｃ上
の軸交点座標ＣＰ２は未知数の第１軸交点移動量ｄｘを
用いて数式４に表わされる。
【数式４】 この時、ＣＰ２からＣＰ１に向けた単位ベクトルＶは数
式５のように表せる。
式５のように表せる。
【数式５】 また、Ｖ２とＶとの関係は内積を用いて数式６のように
表せる。
表せる。
【数式６】 数式５を数式６に代入することで未知数の第１軸交点移
動量ｄｘを得て、交点座標ＣＰ２を求めることができ
る。
動量ｄｘを得て、交点座標ＣＰ２を求めることができ
る。
【００１７】以上から軸交差角βの計算を行う。左側既
設配管１の中心軸１ｃと、合せ配管３の中心軸３ｃとの
交差角βを左側既設配管１の軸ベクトルＶ１と、合せ配
管３の左側軸ベクトル−Ｖを用いて数式７で計算する。
設配管１の中心軸１ｃと、合せ配管３の中心軸３ｃとの
交差角βを左側既設配管１の軸ベクトルＶ１と、合せ配
管３の左側軸ベクトル−Ｖを用いて数式７で計算する。
【数式７】
【００１８】次に、左側既設配管１および右側既設配管
２と、合せ配管３との接続が適切か否かの検討について
記述する。右側既設配管２の中心軸２ｃと、合せ配管３
の中心軸３ｃの交差角αを保った場合の中心軸２ｃと中
心軸３ｃとの交点は、右側既設配管２の端点２ｄより第
１軸交点移動量ｄｘだけ内側にあることが数式４〜数式
６により得られる。一方、直径Ｄの配管同士が軸交差角
βで接続するには、軸交点はそれぞれ端点より少なくと
も第２軸交点移動量ｄｎだけ内側になければならない。
この第２軸交点移動量ｄｎは数式８により求められる。
２と、合せ配管３との接続が適切か否かの検討について
記述する。右側既設配管２の中心軸２ｃと、合せ配管３
の中心軸３ｃの交差角αを保った場合の中心軸２ｃと中
心軸３ｃとの交点は、右側既設配管２の端点２ｄより第
１軸交点移動量ｄｘだけ内側にあることが数式４〜数式
６により得られる。一方、直径Ｄの配管同士が軸交差角
βで接続するには、軸交点はそれぞれ端点より少なくと
も第２軸交点移動量ｄｎだけ内側になければならない。
この第２軸交点移動量ｄｎは数式８により求められる。
【数式８】 第１軸交点移動量ｄｘが次の数式９の条件を満たす場合
には、左側既設配管１および右側既設配管２は、合せ配
管３と軸交差角α、βによる接続が可能である。
には、左側既設配管１および右側既設配管２は、合せ配
管３と軸交差角α、βによる接続が可能である。
【数式９】 更に、左側既設配管１および右側既設配管２の加工量を
最小とするためには数式１０にすることが望ましい。
最小とするためには数式１０にすることが望ましい。
【数式１０】
【００１９】一方、図６に示すように、合せ配管３は、
角度α／２、β／２の端面加工の外に、長さの調節のた
めに端面に対し平行な加工を行なう必要がある。その平
行加工量Ｌｍは、軸交点間距離をＬｓ、合せ配管３の長
さをＬｐとすると、
角度α／２、β／２の端面加工の外に、長さの調節のた
めに端面に対し平行な加工を行なう必要がある。その平
行加工量Ｌｍは、軸交点間距離をＬｓ、合せ配管３の長
さをＬｐとすると、
【数式１１】 である。
【００２０】数式１０を満たす場合、軸交差角α、βで
の左側既設配管１および右側既設配管２の加工量を最小
とする接続が可能である。上記条件を満たさない場合に
は、軸交差角αの値を一定の割合で変化させて再度計算
を試みる。
の左側既設配管１および右側既設配管２の加工量を最小
とする接続が可能である。上記条件を満たさない場合に
は、軸交差角αの値を一定の割合で変化させて再度計算
を試みる。
【００２１】次に、上記の計算について、図６のフロー
チャートにしたがって説明する。先ず、３次元計測器１
００を用いて、左側既設配管１、右側既設配管２、およ
び、合せ配管３の円形形状である各端面１ａ、２ａ、３
ａ、３ｂの計測を行う（ステップ１）。次に、計測した
左側既設配管１、右側既設配管２、および、合せ配管３
を基にして、その左側既設配管１、右側既設配管２およ
び合せ配管３の各端面１ａ、２ａ、３ａ、３ｂの中心位
置、中心軸ベクトル、およびその間の距離を３次元の基
準座標系により数式化する（ステップ２）。このとき、
３次元計測器１００からのパソコン等の計算機１０１に
測定値が読込むとともに、そのデータを画面に表示す
る。右側既設配管２と合せ配管３との軸交差角αを初期
値１８０度に設定する（ステップ３）。右側既設配管２
と合せ配管３とを接続したときの軸交点移動量ｄを数式
２より計算する（ステップ４）。左側既設配管１と合せ
配管３とを接続したときの第１軸交点移動量ｄｘおよび
軸交差角βを数式７より計算機１０１により計算する
（ステップ５）。左側既設配管１と合せ配管３とを接続
したときの第２軸交点移動量ｄｎを数式８より計算する
（ステップ６）。ステップ７では、数式９により、第１
軸交点移動量ｄｘが第２軸交点移動量ｄｎよりも大きい
か、あるいは、等しいか、否かを判定している。満足し
ていない（ＮＯ）ときには、ステップ８に行く。ステッ
プ８では、軸交差角αが設定範囲内か、否かを判定して
いる。ステップ８で軸交差角αが設定範囲内に入ってい
るときには、ｊ＝ｊ＋１を行い、ステップ９に行く。ス
テップ９では、軸交差角αを一定の割合で変化させ、軸
交差角α＝１８０−ｊを行っている。ステップ９で軸交
差角αを一定の割合で変化させた軸交差角αを用いて、
再度軸交差角βを数式７より計算する。ステップ８で軸
交差角αが設定範囲内に入っていないときには、ステッ
プ１０に行き、最適解探索失敗とする。ステップ７で、
両者が満足している（ＹＥＳ）ときには、ステップ１１
に行く。ステップ１１では、各端面１ａ、２ａ、３ａ、
３ｂの加工量の計算を行う。端面２ａと３ａの加工量の
計算は、軸交差角αより求める。また、端面１ａと３ａ
の加工量の計算は、軸交差角βと平行加工量Ｌｍより求
める。この求めた結果により、ステップ１２で計算は終
了する。この計算結果に基づいて、現場で左側既設配管
１、右側既設配管２、および、合せ配管３の加工を行な
う（ステップ１３）。この合せ配管３は、左側既設配管
１および右側既設配管２に合された後に溶接が行われ
（ステップ１４）、配管組立作業が完了する。なお、上
記実施例では、直管について説明したが、曲げ管でも計
算した後に加工することができる。
チャートにしたがって説明する。先ず、３次元計測器１
００を用いて、左側既設配管１、右側既設配管２、およ
び、合せ配管３の円形形状である各端面１ａ、２ａ、３
ａ、３ｂの計測を行う（ステップ１）。次に、計測した
左側既設配管１、右側既設配管２、および、合せ配管３
を基にして、その左側既設配管１、右側既設配管２およ
び合せ配管３の各端面１ａ、２ａ、３ａ、３ｂの中心位
置、中心軸ベクトル、およびその間の距離を３次元の基
準座標系により数式化する（ステップ２）。このとき、
３次元計測器１００からのパソコン等の計算機１０１に
測定値が読込むとともに、そのデータを画面に表示す
る。右側既設配管２と合せ配管３との軸交差角αを初期
値１８０度に設定する（ステップ３）。右側既設配管２
と合せ配管３とを接続したときの軸交点移動量ｄを数式
２より計算する（ステップ４）。左側既設配管１と合せ
配管３とを接続したときの第１軸交点移動量ｄｘおよび
軸交差角βを数式７より計算機１０１により計算する
（ステップ５）。左側既設配管１と合せ配管３とを接続
したときの第２軸交点移動量ｄｎを数式８より計算する
（ステップ６）。ステップ７では、数式９により、第１
軸交点移動量ｄｘが第２軸交点移動量ｄｎよりも大きい
か、あるいは、等しいか、否かを判定している。満足し
ていない（ＮＯ）ときには、ステップ８に行く。ステッ
プ８では、軸交差角αが設定範囲内か、否かを判定して
いる。ステップ８で軸交差角αが設定範囲内に入ってい
るときには、ｊ＝ｊ＋１を行い、ステップ９に行く。ス
テップ９では、軸交差角αを一定の割合で変化させ、軸
交差角α＝１８０−ｊを行っている。ステップ９で軸交
差角αを一定の割合で変化させた軸交差角αを用いて、
再度軸交差角βを数式７より計算する。ステップ８で軸
交差角αが設定範囲内に入っていないときには、ステッ
プ１０に行き、最適解探索失敗とする。ステップ７で、
両者が満足している（ＹＥＳ）ときには、ステップ１１
に行く。ステップ１１では、各端面１ａ、２ａ、３ａ、
３ｂの加工量の計算を行う。端面２ａと３ａの加工量の
計算は、軸交差角αより求める。また、端面１ａと３ａ
の加工量の計算は、軸交差角βと平行加工量Ｌｍより求
める。この求めた結果により、ステップ１２で計算は終
了する。この計算結果に基づいて、現場で左側既設配管
１、右側既設配管２、および、合せ配管３の加工を行な
う（ステップ１３）。この合せ配管３は、左側既設配管
１および右側既設配管２に合された後に溶接が行われ
（ステップ１４）、配管組立作業が完了する。なお、上
記実施例では、直管について説明したが、曲げ管でも計
算した後に加工することができる。
【００２２】以上説明したように、本実施形態に係る３
次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法は、一
対の離間した既設配管の円の管端を３次元計測器で計測
して、その中心位置、中心軸ベクトル、および距離を算
出するとともに、一対の既設配管とその間に挿入される
合せ配管の各中心軸ベクトルの軸交差角をパラメータと
して仮想合わせし、一対の既設配管と合せ配管との端面
形状が一致する軸交差角と合せ配管の長さを求め、その
軸交差角に応じて既設配管と合せ配管の端面、および、
合せ配管の長さを加工して、既設配管と合せ配管とを接
合するため、既設配管に合せ配管を接続する時に端面加
工量を、計測技術と計算機の演算により求め、それにし
たがって加工して現場にて容易に、精度良く位置合わせ
することができる。
次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法は、一
対の離間した既設配管の円の管端を３次元計測器で計測
して、その中心位置、中心軸ベクトル、および距離を算
出するとともに、一対の既設配管とその間に挿入される
合せ配管の各中心軸ベクトルの軸交差角をパラメータと
して仮想合わせし、一対の既設配管と合せ配管との端面
形状が一致する軸交差角と合せ配管の長さを求め、その
軸交差角に応じて既設配管と合せ配管の端面、および、
合せ配管の長さを加工して、既設配管と合せ配管とを接
合するため、既設配管に合せ配管を接続する時に端面加
工量を、計測技術と計算機の演算により求め、それにし
たがって加工して現場にて容易に、精度良く位置合わせ
することができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法は、
左右あるいは上下別々の方向から接続されてきた一対の
離間した既設配管の円形形状の端面が３次元測定器によ
りされ、基準座標系に対して、円の中心位置、中心軸ベ
クトル、および距離が算出される。この既設配管の間に
は、各配管の中心軸ベクトルが交差するように合せ配管
が仮想的に挿入される。このとき、画面に表示されるよ
うにしているため、作業員が画面を見ながら判断でき、
容易で、確実に作業ができる。これにより、本発明で
は、 （１）３次元計測器による端面計測 （２）計測値を用いた配管接続のシミュレーション及び
加工データ （３）加工データを用いたケガキ、グラインダによる加
工 これらの手順を１度実施すれば、各配管端面は適切な形
状に加工できる。３次元計測を行うことで、労力・時間
・技能を要するチェーンブロックによる吊り上げ、合せ
作業が不要になり、作業時間を短縮できる。また、従来
熟練者の経験に頼っていた加工量計算が、一度の計測・
計算で正確に、また特殊技能なしに行うことが可能とな
り、スキルフリー化につながる。
３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法は、
左右あるいは上下別々の方向から接続されてきた一対の
離間した既設配管の円形形状の端面が３次元測定器によ
りされ、基準座標系に対して、円の中心位置、中心軸ベ
クトル、および距離が算出される。この既設配管の間に
は、各配管の中心軸ベクトルが交差するように合せ配管
が仮想的に挿入される。このとき、画面に表示されるよ
うにしているため、作業員が画面を見ながら判断でき、
容易で、確実に作業ができる。これにより、本発明で
は、 （１）３次元計測器による端面計測 （２）計測値を用いた配管接続のシミュレーション及び
加工データ （３）加工データを用いたケガキ、グラインダによる加
工 これらの手順を１度実施すれば、各配管端面は適切な形
状に加工できる。３次元計測を行うことで、労力・時間
・技能を要するチェーンブロックによる吊り上げ、合せ
作業が不要になり、作業時間を短縮できる。また、従来
熟練者の経験に頼っていた加工量計算が、一度の計測・
計算で正確に、また特殊技能なしに行うことが可能とな
り、スキルフリー化につながる。
【図１】３次元計測器による配管端面の計測を示す模試
図である。
図である。
【図２】３次元空間上にある配管の円形形状の端面を測
定し、数式モデル化するための説明図である。
定し、数式モデル化するための説明図である。
【図３】交差角αで接合する配管の接合と加工を説明す
る図である。
る図である。
【図４】数式化された既設配管と合せ配管を示す図であ
る。
る。
【図５】最適解の探索方法を説明する図である。
【図６】既設配管の間に仮想合わせする合せ配管を説明
する図である。
する図である。
【図７】３次元の配管を接合する計算のフローチャート
図である。
図である。
【符号の説明】 １………左側既設配管、１ａ………左側既設配管の端
面、１ｃ………左側既設配管の中心軸、１ｄ………左側
既設配管の端点、２………右側既設配管、２ａ………右
側既設配管の端面、３………合せ配管、３ａ………合せ
配管の左側端面、３ｂ………合せ配管の右側端面、８…
……円、９………中心、１０………中心軸ベクトル１０
（軸ベクトルＶ）、１２………基準座標系、１００……
…３次元計測器、１０１………計算機、α、β………軸
交差角
面、１ｃ………左側既設配管の中心軸、１ｄ………左側
既設配管の端点、２………右側既設配管、２ａ………右
側既設配管の端面、３………合せ配管、３ａ………合せ
配管の左側端面、３ｂ………合せ配管の右側端面、８…
……円、９………中心、１０………中心軸ベクトル１０
（軸ベクトルＶ）、１２………基準座標系、１００……
…３次元計測器、１０１………計算機、α、β………軸
交差角
Claims (3)
- 【請求項１】 一対の離間した既設配管の円の管端を３
次元計測器で計測して、その中心位置、中心軸ベクト
ル、および距離を算出するとともに、一対の既設配管と
その間に挿入される合せ配管の各中心軸ベクトルの軸交
差角をパラメータとして仮想合わせし、一対の既設配管
と合せ配管との端面形状が一致する軸交差角と合せ配管
の長さを求め、その軸交差角に応じて既設配管と合せ配
管の端面、および、合せ配管の長さを加工して、既設配
管と合せ配管とを接合することを特徴とする３次元計測
による既設配管と合せ配管との接合方法。 - 【請求項２】 軸交差角は、一方を１８０度の初期値と
するとともに、１８０度から一定角度の範囲でシミュレ
ーションし、他方を幾何学的に求めることを特徴とする
請求項１記載の３次元計測による既設配管と合せ配管と
の接合方法。 - 【請求項３】 軸交差角は、既設配管の加工量が最小と
なるように最大に選定することを特徴とする請求項１あ
るいは請求項２記載の３次元計測による既設配管と合せ
配管との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001023320A JP4378593B2 (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | ３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001023320A JP4378593B2 (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | ３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002228044A true JP2002228044A (ja) | 2002-08-14 |
| JP4378593B2 JP4378593B2 (ja) | 2009-12-09 |
Family
ID=18888619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001023320A Expired - Fee Related JP4378593B2 (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | ３次元計測による既設配管と合せ配管との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4378593B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005351429A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Kubota Corp | パイプ・イン・パイプ工法の設計方法 |
| JP2010140353A (ja) * | 2008-12-12 | 2010-06-24 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 配管設置支援装置 |
| JP2010140354A (ja) * | 2008-12-12 | 2010-06-24 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 配管設置支援装置 |
| JP2010286031A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 配管加工量提示装置及び配管加工量提示システム |
| US8451267B2 (en) | 2008-12-12 | 2013-05-28 | Hitachi Plant Technologies, Ltd. | Pipe installation support apparatus |
| WO2018002964A1 (ja) * | 2016-06-27 | 2018-01-04 | 川崎重工業株式会社 | パイプライン溶接システム、パイプ管理装置及びパイプ形状計測装置 |
| JP2020187098A (ja) * | 2019-05-17 | 2020-11-19 | 三菱重工業株式会社 | 配管の接続位置の算出装置および方法並びに配管の接続方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5464522B2 (ja) * | 2010-09-14 | 2014-04-09 | 株式会社日立製作所 | 配管端面の加工量計算方法 |
| GB201719594D0 (en) | 2017-11-24 | 2018-01-10 | Saipem Spa | Methods and apparatus relating to pipe welding |
-
2001
- 2001-01-31 JP JP2001023320A patent/JP4378593B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005351429A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Kubota Corp | パイプ・イン・パイプ工法の設計方法 |
| JP4535783B2 (ja) * | 2004-06-14 | 2010-09-01 | 株式会社クボタ | パイプ・イン・パイプ工法の設計方法 |
| JP2010140353A (ja) * | 2008-12-12 | 2010-06-24 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 配管設置支援装置 |
| JP2010140354A (ja) * | 2008-12-12 | 2010-06-24 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 配管設置支援装置 |
| US8451267B2 (en) | 2008-12-12 | 2013-05-28 | Hitachi Plant Technologies, Ltd. | Pipe installation support apparatus |
| JP2010286031A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 配管加工量提示装置及び配管加工量提示システム |
| WO2018002964A1 (ja) * | 2016-06-27 | 2018-01-04 | 川崎重工業株式会社 | パイプライン溶接システム、パイプ管理装置及びパイプ形状計測装置 |
| JP2020187098A (ja) * | 2019-05-17 | 2020-11-19 | 三菱重工業株式会社 | 配管の接続位置の算出装置および方法並びに配管の接続方法 |
| JP7274932B2 (ja) | 2019-05-17 | 2023-05-17 | 三菱重工業株式会社 | 配管の接続位置の算出装置および方法並びに配管の接続方法 |
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|---|---|
| JP4378593B2 (ja) | 2009-12-09 |
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