JP2012122979A - 計測治具および配管の断面形状計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配管周りのスペースが狭くても、安価な構成で、配管の軸方向に直交する断面の外径を好適に計測することができる計測治具および配管の断面形状計測方法を提供する。
【解決手段】エルボ１の軸方向に直交する断面の外径を計測する計測治具５であって、エルボ１に取付可能に構成され、エルボ１の外径よりも大径となる円形の計測枠１１と、計測枠１１に形成され、ダイヤルゲージ３０を挿入可能に、計測枠１１の径方向に貫通形成した計測穴１２と、を備え、計測枠１１は、真円との誤差が予め計測され、計測穴１２は、計測枠１１の周方向に複数設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、配管の軸方向に直交する断面の形状を計測するために用いる計測治具および配管の断面形状計測方法に関するものである。

従来、溶接対象物の形状を計測して認識しながら溶接を行うアーク溶接ロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１の［００７７］以降を参照）。このアーク溶接ロボットシステムでは、３次元に可動するロボットアームに取り付けられたレンジセンサによって、溶接対象物を計測することで、溶接対象物の２次元座標列の取込みを行っている。

特開平１１−２５０２５７号公報

ところで、本発明の計測対象となる配管は、主にプラントに配設されており、配管周りのスペースは、計測する配管の配設位置によって制限が生じる。つまり、配管周りのスペースは狭く、計測に必要な設置スペースや作業スペースを十分に確保することが難しい場合がある。この場合、従来のように、ロボットアームを用いて、溶接対象物を計測することは困難である。一方で、配管周りのスペースが狭い場合でも、小型の計測機器を用いて、配管の形状を計測することが考えられる。しかしながら、要求を満たす小型の計測機器は、高価なものとなるため、計測の使用に伴う装置コストが増大することが考えられる。

そこで、本発明は、配管周りのスペースが狭くても、安価な構成で、配管の軸方向に直交する断面の外径を好適に計測することができる計測治具および配管の断面形状計測方法を提供することを課題とする。

本発明の計測治具は、配管の軸方向に直交する断面の外径を計測する計測治具であって、配管に取付可能に構成され、配管の外径よりも大径となる円形の計測枠と、計測枠に形成され、計測器を挿入可能に、計測枠の径方向に貫通形成した計測穴と、を備え、計測枠は、真円との誤差が予め計測され、計測穴は、計測枠の周方向に複数設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、計測枠を配管に取り付けて、計測枠に設けられた計測穴に計測器を挿入することで、配管の周方向における外径を計測することができる。このとき、配管には、配管よりも大径の計測枠を取り付けるだけであるため、計測に必要な設置スペースや作業スペースを最小限のスペースとすることができ、配管周りのスペースが狭くとも、好適に計測することが可能となる。また、円形に加工した計測枠に、計測穴を形成するだけで構成できるため、簡易で安価な構成とすることができる。

この場合、計測枠は、周方向に分割した複数の分割計測枠と、複数の分割計測枠を締結する締結部材と、を有していることが好ましい。

この構成によれば、分割計測枠を配管に取り付けた後、締結部材で締結することで、計測枠を簡単に配管に取り付けることができる。

この場合、計測器は、本体部と、本体部に対して出没可能な先端部と、を有し、計測穴は、本体部の径方向への移動を規制するストッパを有し、計測器は、先端部が計測穴を通過して配管の外面に突き当たってから、本体部がストッパに突き当たるまでの変位量を計測していることが好ましい。

この構成によれば、計測器を計測穴に挿入するだけで、変位量を好適に計測することができる。

本発明の配管の断面形状計測方法は、配管の軸方向に直交する断面の形状を計測する配管の断面形状計測方法であって、上記の計測治具を用いて、配管の軸方向に直交する断面の外径を計測する外径計測工程と、板厚計測装置を用いて、外径計測工程において計測した計測点における径方向の厚さを計測する厚さ計測工程と、を備えたことを特徴とする。

この場合、板厚計測装置は超音波計測装置であることが好ましい。

この構成によれば、外径計測工程では、計測治具を用いて配管の断面の外径を好適に計測することができ、また、厚さ計測工程では、外径計測工程において計測した外径に対する径方向の厚さを計測することで、配管の断面の内径を好適に計測することができる。

この場合、配管は、溶接部を有し、型取りゲージを用いて、溶接部における配管の外径を型取りして計測する外径詳細計測工程をさらに備えたことが好ましい。

この構成によれば、溶接部を有する配管の計測においては、型取りゲージを用いることで、溶接部における配管の外径を詳細に計測することができる。

本発明の計測治具および配管の断面形状計測方法によれば、安価な構成で、配管周りのスペースが狭くとも、配管の軸方向に直交する断面の外径を簡単に計測することができる。

図１は、本実施例に係る計測治具を取り付けたエルボを模式的に表した外観斜視図である。 図２は、正面および側面から見た計測治具の構成図である。 図３は、計測器を用いてエルボの外径の形状を計測する説明図である。 図４は、型取りゲージを用いて溶接部の外径を計測する説明図である。 図５は、配管の外径計測結果と、配管の厚さ計測結果と、配管の外径詳細計測結果とを重ね合わせた説明図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の計測治具および配管の断面形状計測方法について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本実施例に係る計測治具は、配管の軸方向に直交する断面の外径を計測するために用いられるものであり、配管の断面形状計測方法では、計測治具を用いて配管の外径を計測すると共に、超音波計測装置などの板厚計測装置を用いて配管の厚さを計測することにより、配管の断面形状を計測している。先ず、図１および図２を参照して、計測対象となる配管について説明する。

図１は、本実施例に係る計測治具を取り付けたエルボを模式的に表した外観斜視図であり、図２は、正面および側面から見た計測治具の構成図である。図１に示すように、計測対象となる配管は、例えば、屈曲部を有するエルボ１であり、エルボ１は、原子力発電プラントや火力発電プラント等の各種プラントに設けられた配管設備の一部を構成している。

エルボ１は、屈曲部において屈曲径の小さい方が腹側となっており、屈曲径の大きい方が背側となっている。図２に示すように、エルボ１は、軸心Ｌ、腹側および背側を通る面で切った一対の半割れ管を、溶接により接合することで形成されている。よって、エルボ１には、その腹側と背側とのそれぞれに溶接部３が形成される。

このように形成されたエルボ１には、その内部に高温流体が流れることで、持続応力が加わる。この持続応力は、屈曲部の背側に比して、屈曲部の腹側が大きくなる。エルボ１に応力が加わると、エルボ１の余寿命（耐久寿命）は短くなる。このため、エルボ１を含む配管の余寿命を予測するために、プラントの定期点検時おいて、エルボ１の軸方向に直交する断面の形状を計測する。

次に、図１ないし図３を参照して、エルボ１の外径を計測する計測治具５について説明する。図３は、計測器を用いてエルボの外径の形状を計測する説明図である。計測治具５は、エルボ１に取り付けられる計測枠１１と、計測枠１１に形成された計測穴１２と、計測枠１１を支持する支持台１３とを備えている。支持台１３は、プラントの設置面に載置されており、エルボ１に対し計測枠１１が位置ズレしないように、計測枠１１を固定可能に設置される。

計測枠１１は、エルボ１よりも大径となる円形状に形成されており、真円との誤差が予め計測されている。このため、真円に対する計測枠１１の形状を把握できるため、計測枠１１に対するエルボ１の形状を把握することで、真円に対するエルボ１の形状を把握することができる。

計測枠１１は、半円に分割した一対の分割計測枠１５と、一対の分割計測枠１５を固定する締結部材１６とを有している。分割計測枠１５は、その断面において、エルボ１の外周面に対向する円筒部１５ａと、円筒部１５ａの軸方向両側から径方向外側に突出して形成された一対の円環部１５ｂとで、断面凹状に形成されている。そして、円筒部１５ａには、後述する計測器３０が挿入される計測穴１２が形成されている。

各分割計測枠１５の周方向の両端部には、一対のフランジ部１８が円環部１５ｂの表面にそれぞれ設けられている。フランジ部１８は、円環部１５ｂの表面に取り付けられた取付部１８ａと、円環部１５ｂの表面から突出する突出部１８ｂとでＬ字状に形成されている。この突出部１８ｂは、ボルトおよびナットで構成された締結部材１６によって締結されている。従って、一対の分割計測枠１５は、一方の分割計測枠１５の一対のフランジ部１８と、他方の分割計測枠１５の一対のフランジ部１８とをそれぞれ対向させて重ね合わせ、両フランジ部１８を締結部材１６により締結することにより、計測枠１１がエルボ１に取り付けられる。

計測穴１２は、計測枠１１の周方向に複数設けられており、この計測穴１２に計測器３０が挿通される。計測器３０としては、ダイヤルゲージ３０が用いられており、図３に示すように、ダイヤルゲージ３０は、ゲージ本体（本体部）３１と、ゲージ本体３１に対して出没可能な先端部３２とを有している。そして、この計測穴１２には、ダイヤルゲージ３０の先端部３２が挿入される一方で、ゲージ本体３１の挿入が不可となっている。つまり、計測穴１２には、ゲージ本体３１の挿入を規制するストッパ２１が設けられており、ストッパ２１は、円筒部１５ａの上面の一部となっている。

図３に示すように、計測穴１２にダイヤルゲージ３０を挿入すると、ダイヤルゲージ３０の先端部３２が計測穴１２を通過して、エルボ１の外周面に突き当たる。この後、さらにダイヤルゲージ３０を挿入すると、ダイヤルゲージ３０の先端部３２がエルボ１の外周面に突き当たった状態で、ダイヤルゲージ３０のゲージ本体３１が、計測穴１２のストッパ２１に突き当たる。これにより、ダイヤルゲージ３０は、エルボ１の外周面に突き当たってから、ゲージ本体３１がストッパ２１に突き当たるまでの変位量Ｈを計測している。

従って、計測治具５を用いて、エルボ１の外径を計測する場合、先ず、計測枠１１をエルボ１に取り付けた後、計測枠１１を支持台１３で支持することで、エルボ１に対し計測枠１１が固定される。計測枠１１が固定された状態で、複数の計測穴１２に、計測器３０を順次挿入して、複数の計測穴１２における変位量Ｈを計測する。これにより、エルボ１の周方向における外径を、複数の計測穴１２に対応した複数の計測点において計測することができる。なお、図１に示すように、エルボ１の外径の計測は、エルボ１の軸方向に対して、複数箇所（本実施例では５箇所）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５で行うこともできる。

続いて、エルボ１の断面形状を計測する断面形状計測方法について説明する。この断面形状計測方法では、外径計測工程と、厚さ計測工程と、外径詳細計測工程とを順に行っている。外径計測工程は、上記の計測治具５を用いて、エルボ１の軸方向に直交する断面の外径を計測する工程である。外径計測工程では、上記したように、複数の計測穴１２における変位量Ｈを計測することで、エルボ１の周方向における外径を計測している。

厚さ計測工程では、超音波計測装置を用いて、外径計測工程の複数の計測穴１２に対応した複数の計測点における径方向の厚さを計測している。超音波計測装置は、非破壊計測により、エルボ１の外部から、エルボ１の径方向の厚さを計測する周知の装置である。厚さ計測工程において、複数の計測点における径方向の厚さを計測することで、外径の計測点と同数の内径の計測点を得ることができ、これにより、エルボ１の断面の内径を計測することができる。

図４は、型取りゲージを用いて溶接部の外径を計測する説明図である。図４に示すように、外径詳細計測工程では、型取りゲージ４０を用いて、エルボ１の溶接部３における外径を型取りして計測している。型取りゲージ４０は、周知のゲージであり、複数のゲージ針４１を有している。複数のゲージ針４１は、ゲージ針４１の長手方向に直交する方向に並べて設けられ、各ゲージ針４１は、長手方向に移動自在となっている。外径詳細計測工程では、この型取りゲージ４０を、溶接部３におけるエルボ１の外周面に押し当てることで、溶接部３の外径を詳細に計測している。

この後、図５に示すように、外径計測工程により得られたエルボ１の外径計測結果と、厚さ計測工程により得られたエルボ１の内径計測結果と、外径詳細計測工程により得られたエルボ１の溶接部３における外径詳細計測結果とを、座標を合わせて重ね合わせる。そして、重ね合わせた計測結果を計測データとして用いて解析を行うことにより、エルボ１の余寿命を予測している。

以上のように、本実施例に示す計測枠１１を含む計測治具５は、エルボ１に対し簡単に取りつけることができる。また、計測治具５を簡単な構成とすることができるため、安価なものとすることができる。さらに、計測治具５はコンパクトな構成であるため、設置スペースを最小限とすることができ、また、計測治具５を用いた計測作業の作業スペースも最小限とすることができる。これにより、エルボ１周りのスペースが狭くとも、好適にエルボ１の外径を計測することができる。そして、複数の計測穴１２にダイヤルゲージ３０を挿入するだけであるため、計測作業を簡単に行うことができる。

また、本実施例の断面形状計測方法によれば、安価な構成で、エルボ１周りのスペースが狭くとも、エルボ１の軸方向に直交する断面の外径を簡単に計測することができる。なお、本実施例では、支持台１３を用いて、計測枠１１を支持したが、これに限らず、計測枠１１をエルボ１に支持可能な支持台を用いてもよい。

以上のように、本発明に係る計測治具および配管の断面形状計測方法は、プラントに配設されたエルボを計測する場合に有用であり、特に、配管周りのスペースが狭い場合に適している。

１ エルボ
３ 溶接部
５ 計測治具
１１ 計測枠
１２ 計測穴
１３ 支持台
１５ 分割計測枠
１６ 締結部材
２１ ストッパ
３０ ダイヤルゲージ（計測器）
３１ ゲージ本体
３２ 先端部
４０ 型取りゲージ
Ｈ 変位量

Claims (6)

1. 配管の軸方向に直交する断面の外径を計測する計測治具であって、
   前記配管に取付可能に構成され、前記配管の外径よりも大径となる円形の計測枠と、
   前記計測枠に形成され、計測器を挿入可能に、前記計測枠の径方向に貫通形成した計測穴と、を備え、
   前記計測枠は、真円との誤差が予め計測され、
   前記計測穴は、前記計測枠の周方向に複数設けられていることを特徴とする計測治具。
2. 前記計測枠は、周方向に分割した複数の分割計測枠と、前記複数の分割計測枠を締結する締結部材と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の計測治具。
3. 前記計測器は、本体部と、前記本体部に対して出没可能な先端部と、を有し、
   前記計測穴は、前記本体部の径方向への移動を規制するストッパを有し、
   前記計測器は、前記先端部が前記計測穴を通過して前記配管の外面に突き当たってから、前記本体部がストッパに突き当たるまでの変位量を計測していることを特徴とする請求項１または２に記載の計測治具。
4. 配管の軸方向に直交する断面の形状を計測する配管の断面形状計測方法であって、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の計測治具を用いて、前記配管の軸方向に直交する断面の外径を計測する外径計測工程と、
   板厚計測装置を用いて、前記外径計測工程において計測した外径に対する径方向の厚さを計測する厚さ計測工程と、を備えたことを特徴とする配管の断面形状計測方法。
5. 前記板厚計測装置は、超音波計測装置であることを特徴とする請求項４に記載の配管の断面形状計測方法。
6. 前記配管は、溶接部を有し、
   型取りゲージを用いて、前記溶接部における前記配管の外径を型取りして計測する外径詳細計測工程をさらに備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の配管の断面形状計測方法。

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