JP2011080904A - Device and method of measuring position of piping opening - Google Patents

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隆 北原
Shinya Adachi
真也 足立
Hiroto Masuda
洋人 増田
Yusuke Shinohara
優介 篠原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method of measuring the position of a piping opening that can quickly measure the relative positional relation of facing piping ends, regardless of the working environment. <P>SOLUTION: The position measuring device 10 for piping opening grasps the relative positional relation of piping openings of facing pipings 12 and 14 includes at least three sets of a unit comprised a laser range finder 20, that is provided on the piping end face of the opening of one piping 12 and is fixed in a manner to emit a laser in the same direction as the center of an axis of one piping and a reflection target 40, that is provided on the piping end face of the opening of the other piping 14 and reflects the laser on its reflection face. The reflection target 40 has a vertical reflecting face that is parallel to the end face of the other piping wherein the laser vertically enters and an inclined reflection face wherein the laser enters at a certain angle. The position measuring device measures distances between the laser range finder 20 and the two vertical reflection and inclined reflection faces, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は配管開口部の位置計測装置及び位置計測方法に係り、特に、対向する配管の配管開口部の相対的な位置関係を把握する配管開口部の位置計測装置及び位置計測方法に関する。   The present invention relates to a position measuring device and a position measuring method for a pipe opening, and more particularly to a position measuring apparatus and a position measuring method for a pipe opening for grasping the relative positional relationship between the pipe openings of opposing pipes.

発電設備あるいはその他プラント設備の建設等における配管敷設工事では、異なる方向から取り回されてきた配管の間に機器(例えば伸縮継手など)あるいは配管を接続するために、対向する配管開口部の位置をジャッキ装置などで調節して位置ずれや面間距離を許容される据付誤差範囲内に収める必要がある。   In pipe laying work in the construction of power generation equipment or other plant equipment, the position of the opposing pipe opening is set to connect equipment (such as expansion joints) or pipes between pipes routed from different directions. It is necessary to adjust the position with a jack device or the like so that the positional deviation and the distance between the surfaces are within the allowable installation error range.

対向する配管開口部の相対的なずれ量や面の傾きを計測する従来方法としては、光波距離計と2軸の雲台を組み合わせたトータルステーションなどの既存の三次元計測装置を用いる方法が挙げられる。   As a conventional method for measuring the relative displacement amount and the surface inclination of the opposed pipe openings, there is a method using an existing three-dimensional measuring device such as a total station combining a light wave distance meter and a two-axis pan head. .

また、橋のたわみ量の計測ではあるが、レーザ距離計と距離計のレーザ射出方向に対して傾斜した面で反射する手法を用いた計測技術として特許文献1がある。   Moreover, although it is measurement of the deflection amount of a bridge, there exists patent document 1 as a measurement technique using the method reflected on the surface inclined with respect to the laser emission direction of a laser distance meter and a distance meter.

WO06/011386WO06 / 011386

ところで、対向する配管の配管開口部の相対的な位置関係を把握して位置合せを行う場合には、ジャッキ装置などによる位置調整のために、開口部の相対的位置関係を把握する必要がある。   By the way, when grasping the relative positional relationship between the pipe openings of the opposing pipes and performing the alignment, it is necessary to grasp the relative positional relationship of the openings in order to adjust the position by a jack device or the like. .

トータルステーションを用いて一端面あたり3箇所以上の計測を行えば、配管端面を三次元空間上の円として表現できることから、対向する開口部の軸心ずれ等を評価できる。しかしながら、トータルステーションは、計測点に設置した反射ターゲットを視準する作業が必要なため、計測者の技量にもよるが、一般に計測に時間を要する(例えば1点当り1分程度を要する)という問題があった。そのため、ジャッキ操作後の位置関係の確認、次の移動方向及び移動量の評価が作業時間の律速要因となってしまう。また、トータルステーションは全ての計測点を見渡せる箇所に設置しなければならないことから、狭隘部などでの配管の位置合せ作業において、しばしば適用が困難な場合がある。   If the total station is used to measure three or more locations per one end face, the pipe end face can be expressed as a circle in a three-dimensional space, so that the axial misalignment of the facing opening can be evaluated. However, since the total station needs to collimate the reflective target installed at the measurement point, it generally takes time (for example, about 1 minute per point) although it depends on the skill of the measurer. was there. Therefore, confirmation of the positional relationship after the jack operation and evaluation of the next moving direction and moving amount become the rate-determining factors of the work time. In addition, since the total station must be installed at a place where all the measurement points can be seen, it is often difficult to apply the pipe alignment work in a narrow space.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、対向する配管端部の相対的な位置関係を、作業環境によらず迅速に計測することができる配管開口部の位置計測装置及び位置計測方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a position measuring device and a position of a pipe opening capable of quickly measuring the relative positional relationship between opposing pipe ends regardless of the work environment. An object is to provide a measurement method.

本発明は、前記目的を達成するために、対向する配管の配管開口部の相対的な位置関係を把握する配管開口部の位置計測装置であって、一方の配管開口部の配管端面に設けられ、前記一方の配管の軸心と同一方向にレーザを射出するように固定されたレーザ距離計と、他方の配管開口部の配管端面に設けられ、前記レーザを反射面で反射する反射ターゲットと、からなるユニットが少なくとも3組設けられ、前記反射ターゲットには、前記他方の配管端面に平行であって前記レーザが垂直に入射する垂直反射面と、前記レーザがある角度で入射する傾斜反射面と、を含み、前記レーザ距離計と前記垂直反射面及び前記傾斜反射面の2つの反射面との距離を計測することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention is a pipe opening position measuring device for grasping a relative positional relationship between pipe openings of opposing pipes, and is provided on a pipe end face of one pipe opening. A laser distance meter fixed to emit a laser in the same direction as the axis of the one pipe, a reflection target provided on the pipe end face of the other pipe opening, and reflecting the laser on a reflection surface; At least three sets of units are provided, and the reflection target is parallel to the other pipe end surface and the laser beam is vertically incident thereon, and the laser beam is incident at a certain angle. , And measuring the distance between the laser distance meter and the two reflecting surfaces of the vertical reflecting surface and the inclined reflecting surface.

配管開口部の位置ずれを評価するためには、単純な距離計測の他に、対向する配管の段違い量を把握する必要がある。そこで、本発明に係るレーザ距離計と反射ターゲットとの間の距離を2点計測するための垂直反射面及び傾斜反射面の2つの反射面が必要となる。そのレーザ距離計と反射ターゲットとのユニットを少なくとも3組備えることで、対向する配管の面間距離及び軸心のズレの情報を得ることができる。   In order to evaluate the positional deviation of the pipe opening, it is necessary to grasp the difference in level between the pipes facing each other in addition to simple distance measurement. Therefore, two reflecting surfaces, a vertical reflecting surface and an inclined reflecting surface, for measuring the distance between the laser distance meter according to the present invention and the reflecting target at two points are required. By providing at least three sets of the laser distance meter and the reflection target, it is possible to obtain information on the distance between the faces of the opposing pipes and the deviation of the axis.

本発明によれば、トータルステーションなどの三次元計測装置によるダクト端面形状計測において問題となった、計測装置操作のスキルを不要とし、ジャッキアップによるダクト位置補正作業に必要な面間距離及び軸心のズレの情報をリアルタイムに近いかたちで得ることができる。また、計測装置を直接ダクト開口部に取り付けるため、トータルステーションなどによる離れた位置からの計測で問題となる懸念があった障害物による干渉も問題ない。   According to the present invention, the skill of measuring device operation, which is a problem in duct end face shape measurement by a three-dimensional measuring device such as a total station, is unnecessary, and the inter-surface distance and axial center necessary for duct position correction work by jack-up are eliminated. You can get information about deviations in near real time. In addition, since the measuring device is directly attached to the duct opening, there is no problem with interference caused by an obstacle that may cause a problem in measurement from a remote position by a total station or the like.

したがって、対向する配管端部の相対的な位置関係を、作業環境によらず迅速に計測することができる配管開口部の位置計測装置を提供することができる。   Therefore, it is possible to provide a pipe opening position measuring device capable of quickly measuring the relative positional relationship between the opposing pipe ends regardless of the work environment.

本発明において、前記レーザ距離計には、前記一方の配管の半径方向に一定距離伸縮可能な伸縮機構を持ち、前記反射ターゲットには、前記垂直反射面と、前記傾斜反射面と、が前記他方の配管の半径方向に直列に配置される構造を持つことが好ましい。この場合には、前記少なくとも3組のユニットにおいて、前記反射ターゲットの傾斜機構で傾斜させることで、傾斜前と傾斜後とでの前記反射面までの距離差を求め、その距離差から、対向する配管の配管開口部の段違いの量及びその方向を検出する。   In the present invention, the laser distance meter has an expansion / contraction mechanism capable of expanding and contracting a certain distance in the radial direction of the one pipe, and the vertical reflection surface and the inclined reflection surface are included in the other reflection target. It is preferable to have a structure arranged in series in the radial direction of the pipe. In this case, in the at least three sets of units, by tilting with the tilting mechanism of the reflection target, a distance difference to the reflection surface before and after tilting is obtained, and the opposite is obtained from the distance difference. Detect the amount and direction of the pipe opening difference.

または、前記反射ターゲットには、1つの反射面が傾斜することで前記垂直反射面と前記傾斜反射面とする傾斜機構を備えることが好ましい。この場合には、前記少なくとも3組のユニットにおいて、前記レーザ距離計の半径方向への伸縮機構を伸縮させることで前記2つの反射面までの距離差を求め、その距離差から段違いの量およびその方向を検出する。   Alternatively, it is preferable that the reflection target includes an inclination mechanism that has the vertical reflection surface and the inclined reflection surface by inclining one reflection surface. In this case, in the at least three sets of units, the difference in distance to the two reflecting surfaces is obtained by expanding and contracting the extension / contraction mechanism in the radial direction of the laser rangefinder, and the difference in level and the Detect direction.

これらのように、2つの反射面までの距離を求めることで、対向する配管の距離、段違い量、軸心のズレを好適に計測することができる。   As described above, by obtaining the distances to the two reflecting surfaces, the distance between the opposing pipes, the difference in level, and the misalignment of the axial center can be suitably measured.

本発明において、前記レーザ距離計は、それぞれが前記一方の配管円周に沿って略均等な間隔で設置され、前記反射ターゲットは、それぞれが前記他方の配管であって、前記レーザが当たる位置に設けられることが好ましい。   In the present invention, each of the laser distance meters is installed at substantially equal intervals along the circumference of the one pipe, and each of the reflection targets is the other pipe at a position where the laser strikes. It is preferable to be provided.

このように、少なくとも3組備えたユニットのレーザ距離計及び反射ターゲットが略均等の間隔で設置されていることで、更に好適に、対向する配管の距離、段違い量、軸心のズレを計測することができる。   As described above, the laser distance meters and the reflection targets of at least three sets of units are installed at substantially equal intervals, so that the distance between the opposing pipes, the difference in level, and the misalignment of the shaft center are more preferably measured. be able to.

本発明の配管開口部の位置計測装置及び位置計測方法によれば、対向する配管端部の相対的な位置関係を、作業環境によらず迅速に計測することができる。   According to the position measuring device and the position measuring method for the pipe opening of the present invention, the relative positional relationship between the pipe ends facing each other can be quickly measured regardless of the work environment.

本発明に係る配管開口部の位置計測装置を示す図The figure which shows the position measuring apparatus of the piping opening part which concerns on this invention 本発明に係る配管開口部の位置計測装置の反射ターゲットの一例を示す図The figure which shows an example of the reflective target of the position measuring apparatus of the piping opening part which concerns on this invention 本発明に係る配管開口部の位置計測装置のレーザ距離計と反射ターゲットとの一例を示す図The figure which shows an example of the laser distance meter and reflection target of the position measuring apparatus of the piping opening part which concerns on this invention 本発明に係る配管開口部の位置計測装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the position measuring apparatus of the piping opening part which concerns on this invention 本発明に係る配管開口部の位置計測装置の動作を示す図The figure which shows operation | movement of the position measuring apparatus of the piping opening part which concerns on this invention.

以下、添付図面に従って本実施の形態に係る配管開口部の位置計測装置の好ましい実施の形態について詳説する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a pipe opening position measuring device according to the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施の形態に係る配管開口部の位置計測装置の一例を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing an example of a pipe opening position measuring apparatus according to the present embodiment.

本実施の形態では、レーザ距離計20を、対向する配管12の開口部の一方の端面に少なくとも3台取り付け、反対側の配管14の端面に反射ターゲット40を設ける装置構成としている。なお、図1では、1台のレーザ距離計について図示しているが、他のレーザ距離計についても同様である。ここで、レーザ距離計の測長時間は一般に数秒であり、レーザ距離計20と反射ターゲット40とを配管に直接取り付けることで、トータルステーションによる計測で問題となった計測時間及び計測装置設置場所の問題を解消する。   In the present embodiment, at least three laser rangefinders 20 are attached to one end face of the opening of the opposite pipe 12 and the reflection target 40 is provided on the end face of the opposite pipe 14. In FIG. 1, one laser distance meter is shown, but the same applies to other laser distance meters. Here, the measurement time of the laser distance meter is generally a few seconds, and the problem of the measurement time and the installation location of the measurement device that caused problems in measurement by the total station by directly attaching the laser distance meter 20 and the reflection target 40 to the pipe. Is solved.

図1に示すように、配管12の軸心と同一方向にレーザを射出するように固定されたレーザ距離計20と、配管14に設けられたレーザを反射面で反射する反射ターゲット40と、で位置計測を行う。なお、レーザ距離計20と反射ターゲット40は、それぞれ固定ジグ22、42で配管12、14に固定されている。   As shown in FIG. 1, a laser distance meter 20 fixed so as to emit a laser in the same direction as the axis of the pipe 12, and a reflection target 40 that reflects the laser provided in the pipe 14 on a reflection surface. Perform position measurement. The laser distance meter 20 and the reflection target 40 are fixed to the pipes 12 and 14 by fixing jigs 22 and 42, respectively.

配管開口部の位置ずれを評価するためには、先ず、図1(A)に示すように、反射ターゲット40の反射面41でレーザを反射させ、レーザ距離計20から反射面41までの距離Lの計測を行う。次に、配管12と配管14の段違い量aを把握する必要がある。そこで、図1(B)に示すように、反射ターゲット40の反射面41を所定の角度θ傾斜させて、傾斜した反射面41でレーザを反射させ、レーザ距離計20から反射面41までの距離L’の計測を行う。なお、反射面41を傾斜させる角度θは、例えば、30°が好ましい。これにより、段違い量aは、(L−L’)/tanθで求められる。   In order to evaluate the positional deviation of the pipe opening, first, as shown in FIG. 1A, the laser is reflected by the reflection surface 41 of the reflection target 40, and the distance L from the laser distance meter 20 to the reflection surface 41 is reflected. Measure. Next, it is necessary to grasp the difference a between the pipe 12 and the pipe 14. Therefore, as shown in FIG. 1B, the reflection surface 41 of the reflection target 40 is inclined at a predetermined angle θ, the laser is reflected by the inclined reflection surface 41, and the distance from the laser rangefinder 20 to the reflection surface 41. L 'is measured. Note that the angle θ for inclining the reflecting surface 41 is preferably 30 °, for example. As a result, the step difference a is obtained by (L−L ′) / tan θ.

なお、本実施の形態の場合においては、配管12と配管14とに段違いがないときには、図1(c)に示すように、反射面41を用いた測距値が傾斜前と傾斜後とで等しくなるようにしておく。これにより、測距差(L−L’)と反射面の傾斜角度θから、段違いの量と方向が三角関数で求めることができる。   In the case of the present embodiment, when there is no difference between the pipe 12 and the pipe 14, as shown in FIG. 1 (c), the distance measurement value using the reflecting surface 41 is before and after the inclination. Keep them equal. As a result, the amount and direction of the step difference can be obtained by a trigonometric function from the distance difference (L−L ′) and the inclination angle θ of the reflecting surface.

上記のようなレーザ距離計20と反射ターゲット40とからなるユニットが少なくとも3組設けられていることで、対向する配管12と配管14との距離、段違い量、軸心のズレを好適に計測することができる。   By providing at least three sets of the laser distance meter 20 and the reflection target 40 as described above, the distance between the pipe 12 and the pipe 14 facing each other, the difference in level, and the misalignment of the shaft center are suitably measured. be able to.

ここで、反射ターゲット40の反射面41を傾斜させるためには、反射ターゲットには反射面を傾斜させる傾斜機構を持つ。図2は、反射ターゲットの構造の一例を示したものである。本実施の形態では、配管14のフランジ14’にあるボルト穴に固定ジグ42で固定している。反射ターゲット40には、反射面41を自動又は手動で傾斜可能な傾斜機構44を備えている。   Here, in order to incline the reflection surface 41 of the reflection target 40, the reflection target has an inclination mechanism for inclining the reflection surface. FIG. 2 shows an example of the structure of the reflective target. In the present embodiment, the fixing jig 42 is used to fix the bolt hole in the flange 14 ′ of the pipe 14. The reflection target 40 includes a tilt mechanism 44 that can tilt the reflection surface 41 automatically or manually.

図3は、他の本実施の形態を示したものである。図3(a)はレーザ距離計20、図3(b)は反射ターゲット40を示しており、左に側面図、右に正面図を示している。   FIG. 3 shows another embodiment. 3A shows the laser distance meter 20, and FIG. 3B shows the reflection target 40, with a side view on the left and a front view on the right.

レーザ距離計20には、距離計位置決め用のリニアアクチュエータ24、配管への取付け用磁石26とそれらを固定するフレーム28で構成される。磁石は正面についたレバー27で磁力の入/切ができる永久磁石、または電磁石など自重を支える吸着力が得られればどのようなものでもよい。但し、磁石26の下面は、レーザ距離計20のレーザを配管12軸心方向に正確に射出させるために谷型形状にし、両端のエッジの部分で配管12と接する構造が望ましい。   The laser distance meter 20 includes a linear actuator 24 for positioning a distance meter, a magnet 26 for mounting on a pipe, and a frame 28 for fixing them. The magnet may be any permanent magnet that can turn on / off the magnetic force with a lever 27 attached to the front surface, or an electromagnet, as long as it has an attractive force that supports its own weight. However, it is desirable that the lower surface of the magnet 26 has a valley shape so that the laser of the laser distance meter 20 can be accurately emitted in the axial direction of the pipe 12 and is in contact with the pipe 12 at the edge portions at both ends.

そして、レーザ距離計20は、リニアアクチュエータ24の移動テーブル25に固定され、移動テーブル25はモータを駆動力として図示しないボールねじ等によって上下方向に精密に移動可能となっている。   The laser distance meter 20 is fixed to a moving table 25 of the linear actuator 24, and the moving table 25 can be precisely moved in the vertical direction by a ball screw or the like (not shown) using a motor as a driving force.

また、リニアアクチュエータ24によるレーザ距離計20の移動範囲は、下記の反射ターゲット40とレーザ距離計20を同一平面上に設置したときに、配管端面に平行な(垂直)反射面41aと、配管端面に対してある角度をなす(傾斜)反射面41bと、のそれぞれ中心部分にレーザが当たるよう正確に調整される必要がある。   Further, the movement range of the laser rangefinder 20 by the linear actuator 24 is such that when the following reflection target 40 and the laser rangefinder 20 are installed on the same plane, the (vertical) reflection surface 41a parallel to the pipe end face, and the pipe end face Must be adjusted accurately so that the laser strikes the central portion of each of the reflecting surfaces 41b that make an angle with respect to (tilt).

反射ターゲット40は、配管14端面に平行な反射面41a、配管14端面に対してある角度をなす反射面41b、配管14への取付け用磁石46、それらを固定するフレーム48で構成される。磁石については計測装置と同様である。反射ターゲット40は上半分がレーザに対して平面な反射面41a、下半分がレーザに対して傾斜した反射面41bとなっており、レーザの反射が良好な材質を用いる必要がある。反射面の表面に反射シートを貼っても良い。   The reflection target 40 includes a reflection surface 41a parallel to the end face of the pipe 14, a reflection face 41b that forms an angle with respect to the end face of the pipe 14, a magnet 46 for mounting to the pipe 14, and a frame 48 that fixes them. The magnet is the same as that of the measuring device. The reflection target 40 has a reflection surface 41a whose upper half is flat with respect to the laser, and a lower surface whose reflection surface 41b is inclined with respect to the laser, and it is necessary to use a material with good laser reflection. A reflective sheet may be attached to the surface of the reflective surface.

反射面41bの傾斜角度は、図3においては30°としているが、レーザの反射が良好であればこれ以上でもこれ以下でも良い。反射面41bの中心線は、反射面41aと同じ平面内にあるよう正確に加工される必要がある。   The inclination angle of the reflecting surface 41b is 30 ° in FIG. 3, but may be more or less as long as the laser reflection is good. The center line of the reflective surface 41b needs to be accurately processed so as to be in the same plane as the reflective surface 41a.

図4に本実施の形態の位置計測装置のシステム全体構成の一例を示す。なお、図4において、図3に示したレーザ距離計20と反射ターゲット40を示しているがこの限りではない。   FIG. 4 shows an example of the overall system configuration of the position measuring apparatus according to the present embodiment. In FIG. 4, the laser distance meter 20 and the reflection target 40 shown in FIG. 3 are shown, but this is not restrictive.

図3に示したレーザ距離計20は、対向する配管12開口部の一方の円周上に等間隔、あるいは既知の間隔で取り付けられている。そして、反射ターゲット40は他方の配管14開口部の円周上に取り付けられている。レーザ距離計20はI/F(インターフェース)60を介して演算装置62へ接続されており、レーザ距離計の制御(計測指令、計測結果の取込み)と、リニアアクチュエータ24の動作指令信号を送受信する。演算装置62では、レーザ距離計20の測定結果をもとに演算処理を実施し、結果を表示する。   The laser rangefinder 20 shown in FIG. 3 is attached at equal intervals or a known interval on one circumference of the opening of the opposing pipe 12. The reflection target 40 is attached on the circumference of the opening of the other pipe 14. The laser distance meter 20 is connected to an arithmetic device 62 via an I / F (interface) 60, and transmits / receives a laser distance meter control (measurement command and measurement result fetching) and an operation command signal of the linear actuator 24. . The arithmetic device 62 performs arithmetic processing based on the measurement result of the laser distance meter 20 and displays the result.

図5に本実施の形態の位置計測装置のシステムの動作フローの一例を示す。動作フローを具体的に説明する。
(1)反射面41aでの計測(ステップ102)
演算装置62を操作し、レーザ距離計20のリニアアクチュエータ24を駆動させ、レーザ距離計20を反射面41aの測定位置に移動させる。レーザ距離計20の移動完了後、測距を実行し、結果を演算装置62に取り込む。
(2)反射面41bでの計測(ステップ104)
演算装置62を操作し、レーザ距離計20のリニアアクチュエータ24を駆動させ、レーザ距離計20を反射面41bの測定位置に移動させる。レーザ距離計20の移動完了後、測距を実行し、結果を演算装置62に取り込む。
(3)演算処理(ステップ106)
上記の反射面41a及び反射面41bの測距値を用いて、各計測点での配管端面の段違い量aを計算する。
FIG. 5 shows an example of the operation flow of the system of the position measuring apparatus according to the present embodiment. The operation flow will be specifically described.
(1) Measurement on the reflecting surface 41a (step 102)
The arithmetic device 62 is operated, the linear actuator 24 of the laser distance meter 20 is driven, and the laser distance meter 20 is moved to the measurement position of the reflecting surface 41a. After the movement of the laser distance meter 20 is completed, distance measurement is performed and the result is taken into the arithmetic unit 62.
(2) Measurement on the reflection surface 41b (step 104)
The arithmetic device 62 is operated, the linear actuator 24 of the laser distance meter 20 is driven, and the laser distance meter 20 is moved to the measurement position of the reflecting surface 41b. After the movement of the laser distance meter 20 is completed, distance measurement is performed and the result is taken into the arithmetic unit 62.
(3) Arithmetic processing (step 106)
Using the distance measurement values of the reflection surface 41a and the reflection surface 41b, the difference a of the pipe end surface at each measurement point is calculated.

a(i) = { L(i)−L'(i) } / tanθ = ΔL(i) / tanθ
(レーザ距離計と反射ターゲットとからなるユニットが3組の場合、i=1,2,3)
但し、a(i):段違い量、L(i):平面ターゲットの測距値、L'(i):傾斜ターゲットの測距値、ΔL(i):平面ターゲットと傾斜ターゲットの測距差、θ:傾斜ターゲットの傾斜角度。
a (i) = {L (i) −L ′ (i)} / tan θ = ΔL (i) / tan θ
(If there are 3 units of laser distance meter and reflective target, i = 1,2,3)
However, a (i): Difference in level, L (i): Distance value of planar target, L ′ (i): Distance value of inclined target, ΔL (i): Distance difference between planar target and inclined target, θ: The tilt angle of the tilt target.

上記計測結果を用いて距離計設置側配管端面に対する反射ターゲット側配管端面の相対的な位置関係を三次元的に表す。   The relative positional relationship of the reflection target side pipe end face with respect to the distance meter installation side pipe end face is three-dimensionally expressed using the measurement result.

まず、レーザ距離計20が備えられた配管12の端面中心を原点とし、その端面をx−y平面、原点をx−y平面に垂直なベクトルをz軸とする座標系を設定する。   First, a coordinate system is set with the center of the end face of the pipe 12 provided with the laser distance meter 20 as the origin, the end face as the xy plane, and the origin as a vector perpendicular to the xy plane as the z axis.

配管12中心からレーザ距離計20の測距部までの高さをr、レーザ距離計のある1台(距離計1と記す)を基準としたときの、他のレーザ距離計(距離計2、距離計3と記す)の取り付け角度をθ1、θ2とおくと、距離計1〜3の設置位置座標K1、K2、K3は、例えば以下の式で表される。   When the height from the center of the pipe 12 to the distance measuring unit of the laser rangefinder 20 is r, and one unit with the laser rangefinder (denoted as rangefinder 1) is used as a reference, another laser rangefinder (distance meter 2, If the attachment angles of the distance meter 3 are θ1 and θ2, the installation position coordinates K1, K2, and K3 of the distance meters 1 to 3 are expressed by the following equations, for example.

距離計1の設置位置座標K1=(x1、y1、0)=(0、r、0)
距離計2の設置位置座標K2=(x2、y2、0)= −r×(cosθ1、sinθ1、0)
距離計3の設置位置座標K3=(x2、y2、0)=−r×(cosθ2、sinθ2、0)
但し θ1<θ2 とする。
Installation position coordinates K1 of the distance meter 1 = (x1, y1, 0) = (0, r, 0)
Installation position coordinates K2 of the distance meter 2 = (x2, y2, 0) = − r × (cos θ1, sin θ1, 0)
Installation position coordinates K3 of the distance meter 3 = (x2, y2, 0) = − r × (cos θ2, sin θ2, 0)
However, θ1 <θ2.

また、反射面41aでの測距結果L(i)を用いると、反射面41a設置位置座標は以下の式で表される。なお、距離計1に対向する反射面41aをターゲット1、距離計2に対向する反射面41aをターゲット2、距離計3に対向する反射面41aをターゲット3と記す。   When the distance measurement result L (i) on the reflection surface 41a is used, the installation surface coordinates of the reflection surface 41a are expressed by the following equations. The reflecting surface 41 a facing the distance meter 1 is referred to as a target 1, the reflecting surface 41 a facing the distance meter 2 is referred to as a target 2, and the reflecting surface 41 a facing the distance meter 3 is referred to as a target 3.

ターゲット1の設置位置座標T1=(x1、y1、L(1) )
ターゲット2の設置位置座標T2=(x2、y2、L(2) )
ターゲット3の設置位置座標T3=(x3、y3、L(3) )
よって、ターゲット側配管の端面を含む平面の法線ベクトルVは、以下となる。
Installation position coordinates T1 of the target 1 = (x1, y1, L (1))
Installation position coordinates T2 of the target 2 = (x2, y2, L (2))
Target position coordinates T3 = (x3, y3, L (3))
Therefore, the normal vector V of the plane including the end face of the target side pipe is as follows.

V=(Vx、Vy、Vz)
=(T3−T1)×(T2−T1)/|(T3−T1)×(T2−T1)|
ターゲット側配管端面の中心座標値(x0、y0、z0)は、T1、T2、T3を含む平面上にあり、且つ、T1、T2、T3からのそれぞれの距離がr+a(1)、r+a(2)、r+a(3)を満たす位置である。よって、中心座標値(x0、y0、z0)は下記式を満たす。
V = (Vx, Vy, Vz)
= (T3-T1) × (T2-T1) / | (T3-T1) × (T2-T1) |
The center coordinate values (x0, y0, z0) of the target side pipe end surface are on a plane including T1, T2, T3, and the distances from T1, T2, T3 are r + a (1), r + a (2 ), R + a (3). Therefore, the center coordinate values (x0, y0, z0) satisfy the following formula.

(x1−x0)+(y1−y0)+(z1−z0)=(r+a(1))
(x2−x0)+(y2−y0)+(z2−z0)=(r+a(2))
(x3−x0)+(y3−y0)+(z3−z0)=(r+a(3))
さらに下記の平面の方程式も同時に満たす。
(x1-x0) 2 + (y1-y0) 2 + (z1-z0) 2 = (r + a (1)) 2
(x2-x0) 2 + (y2-y0) 2 + (z2-z0) 2 = (r + a (2)) 2
(x3-x0) 2 + (y3-y0) 2 + (z3-z0) 2 = (r + a (3)) 2
Furthermore, the following plane equation is also satisfied.

Vx×x0+Vy×y0+Vz×z0+D=0
但し、Dは平面の方程式の定数。
Vx × x0 + Vy × y0 + Vz × z0 + D = 0
However, D is a constant of a plane equation.

なお、距離計の計測誤差等のために上記方程式を全て満足する一意な解が得られない場合は、最小二乗法を用いるなどして最適な中心座標の近似解を求める。
(4)結果表示(ステップ108)
演算処理(ステップ106)での演算処理結果(面間距離、段違い量、軸心位置のずれ)を演算装置62に表示する。
When a unique solution that satisfies all of the above equations cannot be obtained due to a measurement error of a distance meter, an optimal approximate solution of center coordinates is obtained by using a least square method.
(4) Result display (step 108)
The calculation processing result (step 106) is displayed on the calculation device 62 as a result of the calculation processing (distance between surfaces, amount of steps, deviation of axial center position).

以上によって、配管12と配管14との軸心のズレ量を把握することができる。   As described above, the shift amount of the axial center between the pipe 12 and the pipe 14 can be grasped.

本発明によれば、トータルステーションなどの三次元計測装置によるダクト端面形状計測において問題となった、計測装置操作のスキルを不要とし、ジャッキアップによるダクト位置補正作業に必要な面間距離及び軸心のズレの情報をリアルタイムに近いかたちで得ることができる。また、計測装置を直接ダクト開口部に取り付けるため、トータルステーションなどによる離れた位置からの計測で問題となる懸念があった障害物による干渉も問題ない。   According to the present invention, the skill of measuring device operation, which is a problem in duct end face shape measurement by a three-dimensional measuring device such as a total station, is unnecessary, and the inter-surface distance and axial center necessary for duct position correction work by jack-up are eliminated. You can get information about deviations in near real time. In addition, since the measuring device is directly attached to the duct opening, there is no problem with interference caused by an obstacle that may cause a problem in measurement from a remote position by a total station or the like.

10…配管開口部の位置計測装置、12…配管(レーザ距離計側)、14…配管(反射ターゲット側)、20…レーザ距離計、22…固定ジグ、24…リニアアクチュエータ、25…移動テーブル、26…磁石、28…フレーム部分、40…反射ターゲット、41…反射面、41a…反射面(垂直反射面)、41b…反射面(傾斜反射面)、42…固定ジグ、44…傾斜機構、46…磁石、48…フレーム、60…I/F、62…演算装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Position measuring device of piping opening part, 12 ... Pipe (laser distance meter side), 14 ... Pipe (reflection target side), 20 ... Laser distance meter, 22 ... Fixed jig, 24 ... Linear actuator, 25 ... Moving table, 26: Magnet, 28: Frame portion, 40: Reflection target, 41 ... Reflection surface, 41a ... Reflection surface (vertical reflection surface), 41b ... Reflection surface (inclined reflection surface), 42 ... Fixed jig, 44 ... Inclination mechanism, 46 ... Magnet, 48 ... Frame, 60 ... I / F, 62 ... Calculation device

Claims (6)

対向する配管の配管開口部の相対的な位置関係を把握する配管開口部の位置計測装置であって、
一方の配管開口部の配管端面に設けられ、前記一方の配管の軸心と同一方向にレーザを射出するように固定されたレーザ距離計と、他方の配管開口部の配管端面に設けられ、前記レーザを反射面で反射する反射ターゲットと、からなるユニットが少なくとも3組設けられ、
前記反射ターゲットには、前記他方の配管端面に平行であって前記レーザが垂直に入射する垂直反射面と、前記レーザがある角度で入射する傾斜反射面と、を含み、
前記レーザ距離計と前記垂直反射面及び前記傾斜反射面の2つの反射面との距離を計測することを特徴とする配管開口部の位置計測装置。
A pipe opening position measuring device that grasps the relative positional relationship between the pipe openings of opposing pipes,
A laser distance meter provided on the pipe end face of one pipe opening, fixed to emit laser in the same direction as the axis of the one pipe, and provided on the pipe end face of the other pipe opening; At least three sets of units each including a reflection target that reflects a laser on a reflection surface are provided,
The reflection target includes a vertical reflection surface that is parallel to the other pipe end surface and on which the laser is vertically incident, and an inclined reflection surface on which the laser is incident at an angle,
A pipe opening position measuring device that measures a distance between the laser distance meter and the two reflecting surfaces of the vertical reflecting surface and the inclined reflecting surface.
前記レーザ距離計には、前記一方の配管の半径方向に一定距離伸縮可能な伸縮機構を持ち、
前記反射ターゲットには、前記垂直反射面と、前記傾斜反射面と、が前記他方の配管の半径方向に直列に配置される構造を持つことを特徴とする請求項1に記載の配管開口部の位置計測装置。
The laser distance meter has an expansion / contraction mechanism that can expand and contract a certain distance in the radial direction of the one pipe,
2. The pipe opening portion according to claim 1, wherein the reflection target has a structure in which the vertical reflection surface and the inclined reflection surface are arranged in series in a radial direction of the other pipe. Position measuring device.
前記反射ターゲットには、1つの反射面が傾斜することで前記垂直反射面と前記傾斜反射面とする傾斜機構を備えることを特徴とする請求項1に記載の配管開口部の位置計測装置。   2. The pipe opening position measuring device according to claim 1, wherein the reflection target is provided with an inclination mechanism in which one reflection surface is inclined to form the vertical reflection surface and the inclined reflection surface. 前記レーザ距離計は、それぞれが前記一方の配管円周に沿って略均等な間隔で設置され、前記反射ターゲットは、それぞれが前記他方の配管であって、前記レーザが当たる位置に設けられることを特徴とする請求項1〜3の何れか1に記載の配管開口部の位置計測装置。   The laser distance meters are respectively installed at substantially equal intervals along the circumference of the one pipe, and the reflection targets are each provided on the other pipe and provided at a position where the laser strikes. The position measuring device for a pipe opening according to any one of claims 1 to 3. 請求項2に記載の配管開口部の位置計測装置を用いる位置計測方法であって、
前記少なくとも3組のユニットにおいて、前記レーザ距離計の半径方向への伸縮機構を伸縮させることで前記2つの反射面までの距離差を求め、
その距離差から、対向する配管の配管開口部の段違いの量及びその方向を検出することを特徴とする配管開口部の位置計測方法。
A position measurement method using the pipe opening position measurement device according to claim 2,
In the at least three sets of units, a distance difference between the two reflecting surfaces is obtained by extending / contracting a radial extension / contraction mechanism of the laser rangefinder,
A method for measuring the position of a pipe opening, comprising detecting the amount of difference in the pipe opening and the direction of the pipe opening from the distance difference.
請求項3に記載の配管開口部の位置計測装置を用いる位置計測方法であって、
前記少なくとも3組のユニットにおいて、前記反射ターゲットの傾斜機構で傾斜させることで、傾斜前と傾斜後とでの前記反射面までの距離差を求め、
その距離差から、対向する配管の配管開口部の段違いの量及びその方向を検出することを特徴とする配管開口部の位置計測方法。
A position measurement method using the position measurement device for a pipe opening according to claim 3,
In the at least three sets of units, by tilting with the tilting mechanism of the reflective target, the difference in distance to the reflecting surface before tilting and after tilting is obtained,
A method for measuring the position of a pipe opening, comprising detecting the amount of difference in the pipe opening and the direction of the pipe opening from the distance difference.
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