JP2003121142A - 管体のプロファイル測定方法及び装置、管体の応力測定方法、管体の断面形状測定装置 - Google Patents
管体のプロファイル測定方法及び装置、管体の応力測定方法、管体の断面形状測定装置Info
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Abstract
響を受けることなく管体の正確なプロファイルを求める
ことができる管体のプロファイル測定方法及び装置を得
る。また、管体の沈下等によって管体に発生す応力測定
方法を得る。さらに、管体の断面形状を正確に測定でき
る管体の断面形状測定装置を得る。 【解決手段】 管体内を測定用ピグを走行させて管体内
のプロファイル用データを取得し、このデータに基づい
て管体のプロファイルを測定する管体のプロファイル測
定方法において、走行方向の距離と、測定用ピグの3軸
方位角度と、測定用ピグと管体との相対傾きとをそれぞ
れ求め、該相対傾きで前記3軸方位角度を補正し、該補
正した方位角度と前記進行方向の距離に基づいて管体の
線形を求める。
Description
ン等の3次元プロファイルを測定する管体のプロファイ
ル測定方法及び装置、ならびに測定された3次元プロフ
ァイルに基づいて例えばパイプライン等の3軸方向の応
力を求める管体の応力測定方法に関する。また、例えば
パイプライン等を構成する管体の断面形状を測定する管
体の断面形状を測定装置に関する。
定用ピグとして、従来、種々のものが提案されている。
以下、これらの装置について説明する。 (1)従来技術1 2つのローラに設けて測定用ピグの走行距離を測定する
回転距離計と、管体の軸を含む鉛直面内での管体の傾き
角を計測する傾斜計とを備え、これら回転距離計および
傾斜計の出力をそれぞれ記憶し、管体の沈下形状を求め
るパイプライン沈下形状測定ピグがある(特開昭61−
107112号公報)。このパイプライン沈下形状測定
ピグによれば、ピグ自体のローリング等があってもパイ
プラインの沈下形状を正確に測定できるとしている。
部にほぼ等間隔で配置され管体内面と転接しながら回転
距離を求める少なくとも4つの距離計と、ピグ本体に内
蔵された振子型角度計および傾斜計とを備え、これら4
つの距離計、振子型角度計および傾斜計の出力データか
ら管体の3次元的なプロファイルを求める管体のプロフ
ァイル測定装置がある(特開昭64−54212号公
報)。この管体のプロファイル測定装置によれば、複雑
な形状変化を有する管体であってもその管体の3次元的
なプロファイルを高精度に測定できるとしている。
測定するものではないが、管体の内部検査装置の例とし
て、検査ピグの本体周りに取り付けた複数の超音波距離
計、溶接部検出器、管内を撮影する撮影装置等を備え、
管内面の異常を検出する管内検査ピグ装置がある(特開
昭63−231260号公報)。この管内検査ピグ装置
によれば、無接触で溶接箇所を測定し得ると共に、その
溶接箇所の一部又は全部について撮影を行って管内の状
態を正確に把握し得るとしている。
従来例には以下のような問題点がある。 (1)従来技術1の場合、垂直方向の傾きを計測してパ
イプラインの沈下を計測しているため、管体の2次元的
なプロファイルしか求めることが出来ない。 (2)従来技術2によれば、管体の3次元的なプロファ
イルを求めることができる。しかし、従来技術2におい
ても、管体と検査ピグとの相対傾きを考慮していないの
で、管体の正確なプロファイルを求めるには十分ではな
かった。また、傾斜計と複数の転接ローラ式の距離計に
よるパイプラインのプロファイル計測方法では、管体の
ベンド部での複雑な動きや距離計の滑り等が発生するた
め、どうしてもベンド部の形状精度が得られないという
問題もあった。
に取り付けた複数の超音波距離計によって、ピグ本体と
管体との距離を測定して管内径を計測している。しか
し、超音波で管内径を計測する場合、パイプラインの管
面と検査ピグとの傾きが2°以上になると管面からの反
射波が戻らず、距離計測が出来ない。また、管面にワッ
クスや残留物等があると、反射波に影響を受け、正確な
距離計測ができない。さらに、超音波の場合、管体内の
流体の温度、密度、圧力等の影響を受け、正確な距離計
測ができない。したがって、このような超音波距離計を
そのままパイプラインのプロファイル測定に用いると正
確プロファイルを測定できないという問題もある。
れたものであり、ピグ本体の姿勢や管体内の流体の温度
等の影響を受けることなく管体の正確なプロファイルを
求めることができる管体のプロファイル測定方法及び装
置を得ることを目的としている。また、管体の沈下等に
よって管体に発生す応力測定方法を得ることを目的とし
ている。さらに、管体の断面形状を正確に測定できる管
体の断面形状測定装置を得ることを目的としている。
ファイル測定方法は、管体内を測定用ピグを走行させて
管体内のプロファイル用データを取得し、このデータに
基づいて管体のプロファイルを測定するものにおいて、
走行方向の距離と、測定用ピグの3軸方位角度と、測定
用ピグと管体との相対傾きとをそれぞれ求め、該相対傾
きで前記3軸方位角度を補正し、該補正した方位角度と
前記進行方向の距離に基づいて管体の線形を求めるもの
である。
定装置は、管体内を測定用ピグを走行させて管体内のプ
ロファイル用データを取得し、このデータに基づいて管
体のプロファイルを測定するものにおいて、ピグ本体
と、該ピグ本体の外周部に対向配置され前記管体内面と
転接しながら回転距離を求める複数の距離計と、前記ピ
グ本体の前後に設けられた複数の渦流式距離計と、前記
ピグ本体に内蔵された3軸方位計と、前記渦流式距離計
で計測した前後の間隔の差分から前記ピグ本体と前記管
体との相対傾きを求め、該相対傾きで前記3軸方位計で
求めた方位角度を補正し、該補正した方位角度と前記距
離計の距離データに基づいて管体の線形を求めるデータ
処理手段とを備えたものである。
計によって得られた複数のデータに対し、直管部では最
大値をとり、ベンド管部では平均値をとるものである。
離計の出力信号に基づいてピグ本体の管体中心からのず
れ量を求め、該ずれ量に基づいてピグ本体の中心位置を
補正するものである。
離計の出力信号に基づいてピグ本体の通過地点を特定
し、該特定した地点と距離計の測定値を比較することで
距離計の測定値を補正するものである。
方法は、上記(1)〜(5)記載のプロファイル測定装
置によって計測した複数の管体の線形形状に基づいて管
体に発生した3軸方向の応力を求めるものである。
測定装置は、管体内を測定用ピグを走行させて管体内の
特定位置における管体の断面形状を求めるものであっ
て、ピグ本体と、該ピグ本体の外周部に対向配置され前
記管体内面と転接しながら回転距離を求める複数の距離
計と、前記ピグ本体の外周部に設けられた複数の渦流式
距離計と、該渦流式距離計の計測値に基づいて管体の断
面形状を求める断面形状演算手段とを備えたものであ
る。
実施の形態の検査ピグ5の構成図であり、パイプライン
1を構成する管体3内に検査ピグ5を配置した状態を示
している。検査ピグ5は、本体7が筒状をしており、本
体7の前後外周部にウレタンゴム製の受圧カップ9を備
えている。この受圧カップ9は管体3内面と接触して気
密性を保持すると共に、管内の流体圧を受けて検査ピグ
5に推進力を付与するものである。また、本体7の後部
側には、ローラ型の距離計11が4台対向配置で設けら
れている。この距離計11は、スプリング13によって
管内面に押し付けられて転接するローラ15を有してい
る。そして、ローラ15の回転数に比例したパルスを出
力し、このパルスを本体7内に設置された距離計カウン
タ27,29でカウントすることで移動距離を計測す
る。
てそれぞれ周方向に一定の間隔で4カ所以上に渦流式距
離計17が取り付けられている。この渦流式距離計17
の原理を概説する。コアに巻いた一次コイルに高周波電
流をかけると交番磁界が発生し、測定対象物(金属表
面)に渦電流が発生する。これによって発生する二次的
な磁界によって磁界に影響を受ける。この影響の変化を
同ボビンに差動型に巻いた二次コイルによって変動分が
計測できる。この磁界の影響(渦電流の磁界の強さ)は
測定対象物の距離に比例することから距離の計測が出来
ることになる。本発明では、本体7の外周面に渦流式距
離計17を設置して管体3の内面との距離を測定する。
この渦流式距離計17を用いることで管内の流体、管内
に残るワックス、残留物(非金属)等の影響を受けず距
離を正確に求めることができる。
定のみならず、検査ピグ5の通過位置の検出にも利用す
る。つまり、渦流式距離計17は磁石等の発信器の影響
でも電圧の大きさが変化する。そこで、パイプライン1
における予め決めた所定位置に磁石等の発信器18を設
置しておき、渦流式距離計17の電圧変化を見ること
で、検査ピグ5の通過位置を検出する。
は発信器を埋設できない場合(または箇所)があり、こ
の場合には、予め位置が分かっている溶接継ぎ手部、バ
ルブ、ベンド部の位置検出をすることで検査ピグ5の通
過位置を検出する。つまり、測定対象物の材質が変わる
(例えば溶接部)と透磁率が変化し、金属表面にできる
渦電流の大きさが変化する。この磁界(渦電流の磁界の
強さ)の変化を検知することで測定対象物の位置を検知
できる。例えば全周の材質の変化に相当する磁界の変化
であれば、溶接部やバルブであり、部分的な変化であれ
ば分岐管等であると判別できる。また、検査ピグ5がベ
ンド部を通過する際には、ピグ本体7が傾くことから周
方向に複数設置した各渦流式距離計17と管内面との距
離が異なる。そのため、各渦流式距離計17の出力信号
が異なることになり、これを利用して、ピグがベンド部
を通過していること、換言すればベンド部の検出をす
る。
方位計19、高性能電池21、データ処理器23、記録
装置25が収納されている。3軸型の方位計19の例と
しては、リングレーザジャイロや光ファイバージャイロ
等、及び3軸型の加速度計で構成される慣性航法装置等
がある。この方位計19は方位角度、ピッチ角度、ロー
リング角度の演算処理機能を備えている。データ処理器
23では、検査ピグ5の管体3に対する相対傾きの演算
処理、検査ピグ5のパイプライン1における位置補正
等、各種の演算処理が行われる。なお、この演算処理の
詳細は後述する。
構成を示している。以下、図2に基づいてデータ処理フ
ローを説明する。ローラ型距離計11のパルスが測定区
間距離カウンタ27でカウントされ、そのカウント信号
がデータ処理器23及び走行距離積算カウンタ29に入
力される。測定区間距離カウンタ27は予め設定したカ
ウント値(測定区間距離に相当)になるとリセットさ
れ、新たに測定区間としてカウントを開始する。測定区
間距離カウンタ27のカウント信号は走行距離積算カウ
ンタ29に入力されると、ここで積算され、さらにデー
タ処理器23に入力される。
えば、50cm毎)を記憶しておき、計測距離カウンタ
のカウント値に基づいて計測間隔ごとにトリガー信号を
発信して、方位計19、渦流式距離計17のデータを収
集して演算処理を行う。演算処理の詳細具体例は後述す
る。
器31にてA/D変換処理されて、信号処理器33に送
られる。信号処理器33では、入力した信号に基づい
て、ベンド位置検知信号、バルブ位置検知信号、溶接位
置検知信号、外部検知信号、管内面までの距離信号等の
各種の信号を出力する。これらの信号のうち管内面まで
の距離信号はデータ処理器23に送られ、その他の信号
は、前述した走行距離積算カウンタ29の積算情報と共
にデータ処理器23に送られる。
説明する。ピグが管外に設置された発信器設置箇所を通
過する場合には、周方向に複数設置された渦流式距離計
17の特定のもの(発信器の近くに設置されたもの)
が、発信器の影響で他の渦流計の計測値と異なる計測値
を出力する。この場合には信号処理器33が外部発信器
検知信号を出力する。
は、周方向に複数設置した各渦流式距離計17の出力信
号が異なることになる。そこで、この場合には、ベンド
であると判断して、ベンド位置検知信号を発信する。さ
らに、ピグがバルブを通過するときには、バルブの材質
が管体3の材質と異なるため、渦流計の計測値がバルブ
以外の箇所を通過しているときと異なる。この場合をピ
グがバルブを通過していると判断して、バルブ位置検知
信号を発信する。またさらに、ピグが溶接部を通過する
ときには、溶接部の材質が管体3と異なることにより、
渦流計の計測値が溶接部以外の箇所を通過しているとき
と異なる。そして、この場合、バルブを通過しているよ
りも変化の継続時間が短いという特徴を有する。このよ
うな場合をピグが溶接部を通過していると判断して、溶
接部位置検知信号を発信する。
発信器検知信号、ベンド位置検知信号、バルブ位置検知
信号、溶接部位置検知信号が出力されると、データ処理
器23では、これらが出力されたときの積算カウンタに
よる計測距離と、予め入力されている外部発信器、ベン
ド位置等の位置とを比較することで、計測距離の補正を
行う。例えば、ある基準地点から10mの地点(この位
置は予め記憶されている)に発信器が設置されている場
合に、積算カウンタによる計測距離では、9m50cm
と測定された場合には、計測距離に50cmの誤差があ
るとして補正を行うのである。
地点から10mの地点までに計測区間がnポイントあっ
た(つまり、n回方位計19等による測定した)場合
に、上記差(50cm)をnで割って、その値で各計測
ポイントの管軸方向の距離を補正する。
距離信号は、前述したトリガ信号ごとにデータ処理器2
3に入力され、この管内面までの距離信号に基づいて検
査ピグ5と管体3との相対角度が演算され、この演算値
を方位計19の出力値から差し引くことで、検査ピグ5
の方位角の補正が行われ、検査ピグ5の正確な方位角度
が求められる。
方法を具体的に説明する。図3は、n番目の計測点にお
けるパイプライン1の方位角度(θxn、θyn、θzn)を
求める方法の説明図である。渦流式の距離計17a(後
側)、9b(前側)で計測したピグ前後の管壁とピグと
の間隔La(後側)とLb(前側)から次式に示す管体3
と検査ピグ5との相対角度(0,θy2n,θz2n)を求め
る。
添字 z:垂直側添字 Layn:ピグの後側で管とピグとの水平方向間隔 Lbyn:ピグの前側で管とピグとの水平方向間隔 Lazn:ピグの後側で管とピグとの垂直方向間隔 Lbzn:ピグの前側で管とピグとの垂直方向間隔 Lp:前後の距離計11間(9aと9b)の距離
方位角度(θxn、θyn、θzn)は、検査ピグ5に搭載し
た方位計19で計測した3軸方位角(θxn、θy1n、θz
1n)から検査ピグ5と管面との相対角度(0、θy2n、
θz2n)を差し引くことによって求められる。
めるには、測定地点において、管体3の中心位置の座標
点を求める必要がある。換言すれば、各測定地点の検査
ピグ5の中心のずれ量を求め、このずれ量を補正する必
要がある。図5はこの中心のずれ量の求め方の説明図、
図6は図5の中心部の拡大図である。図5、図6におい
て、 L1〜L4:検査ピグと管内面の距離(各渦流式距離計
で計測) D1:ピグの径(D1は図示なし) θ1:ローリング角(方位計で計測) an:Y方向のずれ bn:Z方向のずれ とすると、 L5=(L2+L4+D1)/2 L6=(L1+L3+D1)/2 L7=L5−(L2+D1/2) L8=L6−(L3+D1/2) θ2=tan-1(L8/L7) C=(L72+L82)1/2 以上から an=Csin(90°−θ1−θ2) bn=Ccos(90°−θ1−θ2) として求めることができる。なお、an、bnの符号はL
1,L2,L3,L4の計測値によって変わる。
1との相対角度の補正および管軸方向の位置補正をそれ
ぞれ行い、これらと中心位置のずれ量に基づいて、パイ
プライン1の線形を求める。つまり、上記のようにして
求めた移動距離Ln、パイプライン1の3軸方位計19
角度(θxn、θyn、θzn)、及び中心のずれ量から、図
4に示すように、各測定点(図4では、An-1,An,A
n+1・・・)の3次元座標を求め、これを随時積分する
ことでパイプライン1の線形を求める。
転接ローラ式距離計11で計測された距離データのうち
の最大値を採用するようにする。これによって、滑りや
跳ね等による誤差を極力低減できる。また、ベンド管で
は、複数の計測された距離データを平均することで、管
体3中央位置での移動距離としている。
パイプライン1の線形は、記録装置25に記録される。
そして、検査後にパイプライン1から検査ピグ5と共に
取り出され、外部データ処理器35(図2参照)にケー
ブル又は無線データで転送、記録、演算、解析される。
線形計測から曲率半径を求め、これからパイプライン1
に発生する曲げ応力を計算する。また、複数回の計測デ
ータが得られた時点では、2回目以降の線形計測との差
分からパイプライン1の変形経緯や発生応力の変遷を求
める。
検査ピグ5の管体3に対する相対傾きが補正され、ま
た、管軸方向の位置補正がなされ、さらに、中心位置の
補正もなされているので、パイプライン1の正確なプロ
ファイルを求めることができる。したがって、補修等で
パイプライン1を掘削する場合、容易に掘削深さや位置
が判明できる。また、本実施の形態では、ピグ本体7と
管内面との距離測定に渦流式距離計17を用いたので、
パイプライン1の管面と検査ピグ5との傾き角、管面の
ワックス等の残留物、管体3内の流体の温度、密度、圧
力等の影響を受けることなく正確な距離計測ができる。
間隔でトリガ信号を出力して計測を実行する例を示した
が、これに代えて所定の時間間隔でトリガ信号を出力す
るようにしてもよい。
イン1の線形を求める方法について説明した。しかし、
パイプライン1の検査という観点からは、ライン全体の
プロファイルに加えて、パイプライン1の管体3の断面
形状を知ることも重要である。そこで、この実施の形態
2においては、各測定点での管体3の断面形状の求め方
を示す。
ピグの中心のずれ量を求めることで、管体3の中心位置
を求めることができる。また、管体3の内径は図4から
以下のように求めることができる。 図4のL6方向の内径r01=2(L72+L62)1/2 、 L5方向の内径r02=(L82+L52)1/2 この方法によって、複数の管内径を求め、これらによっ
て管断面形状を求める。
がある位置で扁平しているといった情報を得ることがで
きる。これによって、パイプライン1の局部的な形状把
握が可能となり、補修の必要性等の判断に資することが
できる。また、パイプライン1の局部的な形状把握をす
ることで、他の検査ピグ5の通過の可否の判断もでき、
検査方法の適否の判断にも資することができる。
離測定に渦流式距離計を用いた場合を説明したが、これ
に代えて光学式距離計等を用いることも可能である。ま
た、上記の例ではピグ本体の後部側にローラ型の距離計
を4台設置した場合を示したが、ローラ型の距離計はピ
グ本体の中間部(シールカップ間)に設置してもよい
し、台数も2台でもよい。
方向の距離と、測定用ピグの3軸方位角度と、測定用ピ
グと管体との相対傾きとをそれぞれ求め、該相対傾きで
前記3軸方位角度を補正し、該補正した方位角度と前記
進行方向の距離に基づいて管体の線形を求めるようにし
たので、パイプラインの正確なプロファイルを求めるこ
とができる。
である。
構成の説明図である。
ピグ5の相対角度の補正方法の説明図である。
のプロファイルの求方の説明図である。
ピグ5の中心位置のずれ量の求め方の説明図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 管体内を測定用ピグを走行させて管体内
のプロファイル用データを取得し、このデータに基づい
て管体のプロファイルを測定する管体のプロファイル測
定方法において、 走行方向の距離と、測定用ピグの3軸方位角度と、測定
用ピグと管体との相対傾きとをそれぞれ求め、該相対傾
きで前記3軸方位角度を補正し、該補正した方位角度と
前記進行方向の距離に基づいて管体の線形を求めること
を特徴とする管体のプロファイル測定方法。 - 【請求項2】 管体内を測定用ピグを走行させて管体内
のプロファイル用データを取得し、このデータに基づい
て管体のプロファイルを測定する管体のプロファイル測
定装置において、 ピグ本体と、該ピグ本体の外周部に対向配置され前記管
体内面と転接しながら回転距離を求める複数の距離計
と、前記ピグ本体の前後に設けられた複数の渦流式距離
計と、前記ピグ本体に内蔵された3軸方位計と、前記渦
流式距離計で計測した前後の間隔の差分から前記ピグ本
体と前記管体との相対傾きを求め、該相対傾きで前記3
軸方位計で求めた方位角度を補正し、該補正した方位角
度と前記距離計の距離データに基づいて管体の線形を求
めるデータ処理手段とを備えたことを特徴とする管体の
プロファイル測定装置。 - 【請求項3】 データ処理手段は、前記距離計によって
得られた複数のデータに対し、直管部では最大値をと
り、ベンド管部では平均値をとることを特徴とする請求
項1記載の管体のプロファイル測定装置。 - 【請求項4】 データ処理手段は、渦流式距離計の出力
信号に基づいてピグ本体の管体中心からのずれ量を求
め、該ずれ量に基づいてピグ本体の中心位置を補正する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の管体
のプロファイル測定装置。 - 【請求項5】 データ処理手段は、渦流式距離計の出力
信号に基づいてピグ本体の通過地点を特定し、該特定し
た地点と距離計の測定値を比較することで距離計の測定
値を補正することを特徴とする請求項1〜4のいずれか
に記載の管体のプロファイル測定装置。 - 【請求項6】 請求項1〜5記載のプロファイル測定装
置によって計測した複数の管体の線形形状に基づいて管
体に発生した3軸方向の応力を求める管体の応力測定方
法。 - 【請求項7】 管体内を測定用ピグを走行させて管体内
の特定位置における管体の断面形状を求める管体の断面
形状測定装置であって、 ピグ本体と、該ピグ本体の外周部に対向配置され前記管
体内面と転接しながら回転距離を求める複数の距離計
と、前記ピグ本体の外周部に設けられた複数の渦流式距
離計と、該渦流式距離計の計測値に基づいて管体の断面
形状を求める断面形状演算手段とを備えたことを特徴と
する管体の断面形状測定装置。
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JP2001316696A JP3635490B2 (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | 管体のプロファイル測定方法及び装置、並びに管体の応力測定方法 |
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