JP2012220232A

JP2012220232A - 変位測定装置

Info

Publication number: JP2012220232A
Application number: JP2011083362A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Oda; 和夫小田
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】保温材で被覆されていること等により配管等の構造物に直接レーザ光線などを照射することができない場合であっても、正確に、配管等の構造物の三次元変位を測定することができる変位測定装置を提供する。
【解決手段】配管等の構造物を被測定体２０としてその三次元変位を測定する変位測定装置１０であって、被測定体２０と連結されて被測定体２０の変位と同期して変位する変位検知部１１と、変位検知部１１に取り付けられ変位検知部１１の三次元変位を、少なくとも、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のそれぞれの変位として検出する複数の非接触式の変位検出器１１ｘ、１１ｙ、１１ｚと、各変位検出器１１ｘ、１１ｙ、１１ｚに検出された検出信号に基づき被測定体２０の三次元変位を算出する処理部１４と、処理部１４で算出された変位を被測定体２０の変位として表示する変位表示部１５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管等の構造物において、振動、熱等の影響により発生した変位を測定するための変位測定装置に関するものである。

配管等の構造物は、地震などの外部影響による振動、内部影響による熱や振動などによって変位する。例えば、高温流体用の配管は熱により変位する。そして、このような変位が繰り返された場合、配管は金属疲労を起こして破断するおそれがある。このため、配管の変位（方向と大きさ）を測定して配管の破断等を未然に防ぐ必要がある。

このような変位を測定するための変位測定装置としては、配管に接続したワイヤの巻取り長さを検知することにより配管の変位量を測定する構造のものが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

しかし、このような変位測定装置は、ワイヤの伸びやワイヤの巻取り機構の機械的な抵抗により測定の信頼性が低下するという問題がある。

そこで、配管等の構造物に向けてレーザ光線を複数箇所照射し、その反射光をカメラに受光させることにより、各々の平面的な変位や立体的な変位を非接触式で測定する変位測定装置（形状測定装置）が提案されている（例えば、特許文献４〜５）。

特開平９−１３４４１６号公報特開昭６２−２８６０８号公報特開平８−２３３５６９号公報特許公開２００４−１９１０５１号公報特許公開２００９−１６２６５９号公報

しかし、配管等の構造物に向けてレーザ光線を照射しただけでは、配管等の構造物の変位を正確に測定できないという問題があった。例えば、高温流体を流す配管は通常、保温材で被覆されている。このため、配管等の構造物に向けて照射されるレーザ光線は、保温材に照射されることになり、運転中など熱膨張の影響により発生する配管の変位や地震等により発生する変位を正確に測定できない。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、保温材で被覆されていること等により配管等の構造物に直接レーザ光線などを照射することができない場合であっても、正確に、配管等の構造物の三次元変位を測定することができる変位測定装置を提供することを課題とする。

本発明者は、以下の各請求項に示す発明により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項毎に説明する。

請求項１に記載の発明は、
配管等の構造物を被測定体としてその三次元変位を測定する変位測定装置であって、
前記被測定体と連結されて、前記被測定体の変位と同期して変位する変位検知部と、
前記変位検知部に取り付けられ、前記変位検知部の三次元変位を、少なくとも、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のそれぞれの変位として検出する複数の非接触式の変位検出器と、
前記各変位検出器に検出された検出信号に基づき、前記被測定体の三次元変位を算出する処理部と、
前記処理部で算出された変位を前記被測定体の変位として表示する変位表示部と
を備えていることを特徴とする変位測定装置である。

本請求項の発明においては、被測定体と変位検知部とを連結して、変位検知部を被測定体の変位と同期して変位させ、変位検知部において、この変位を少なくともＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向のそれぞれの変位として測定することができるため、被測定体が保温材等で覆われていても、被測定体の三次元変位を正確に測定することができる。

すなわち、振動や熱などの影響で被測定体が変位すると、変位検出器が取り付けられた変位検知部も被測定体と同期して変位する。このため、変位検出器は、各々の検知方向における一次元変位を検知した後、各々の検知方向の変位量を合成することにより、被測定体の三次元変位を算出することができ、配管や配管を支える架台の支柱等、配管等の構造物の被測定部位に発生した変位の方向と変位量を、高い精度で安定して再現性高く測定することができる。

また、非接触式であるため、ワイヤの伸びやワイヤの巻取り機構の機械的な抵抗により測定の信頼性が低下する恐れがない。さらに、被測定体側が瞬間的に変位しても追随することができ、変位量を連続的に正確に測定することができる。そして、設備の停止状態だけでなく、運転状態でも測定条件を変更することなく正確に測定することができる。

なお、本請求項の発明における「被測定体のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向」とは、三次元的に異なる３方向であることを指しており、三次元直交座標軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向には限定されない。また、三次元変位を分解、合成できる限り３方向には限定されず、３方向を超えて適宜設定することもできる。しかし、変位検知部の設計の容易さ等を考慮すると、三次元直交座標軸の３方向が好ましい。

請求項２に記載の発明は、
前記各変位検出器の変位検出方向のそれぞれに反射板が備えられており、
前記変位検出器が出力した信号を前記反射板で反射させ、前記変位検出器に受信させることを特徴とする請求項１に記載の変位測定装置である。

本請求項の発明によれば、所定距離に配置された反射板を備えているため、変位検出器と反射板との間の距離の変化を測定することにより、各方向の変位量を容易に正確に測定することができ、被測定体の三次元的な変位を容易に高精度に測定することができる。

なお、地震等の場合、地震発生中は反射板も振動しているため、被測定体の変位測定は物理的に難しいが、地震前のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向各々の変位測定に続いて、地震後の揺れが収まった時点で速やかに同様に変位測定を行って配管等に対する振動の影響度（方向性・変位量）を計り、地震前の変位と比較することにより、配管等のダメージ度を速やかにかつ正確に評価することができる。

請求項３に記載の発明は、
前記処理部で算出された変位に基づいて、前記変位が前記被測定体に及ぼす影響の度合いを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果を表示する判定表示手段と
を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変位測定装置である。

処理部で算出された変位と、予め設定された変位の許容値とを比較することにより、熱、地震等の原因による配管への疲労度合い等の影響度合いを判定することができる。そして、判定結果を表示することにより、被測定体に異常があるか否か、或いは、被測定体に異常の発生が高まったか否かなどの判断情報を、設備管理者に早期に知らせることができる。このため、被測定体の破損を未然に防止することができる。

本発明によれば、保温材等で被覆された配管等の構造物であっても、その三次元変位を正確に測定することができる変位測定装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る変位測定装置の構成の概略を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る変位測定装置の動作原理を説明するための図である。本発明の実施の形態に係る変位測定装置による変位の計測結果の一例を示す図である。本発明に係る変位測定装置の一応用例を模式的に示す図である。本発明に係る変位測定装置の他の応用例を模式的に示す図である。

以下、実施の形態に基づき、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。

１．変位測定装置
本実施の形態に係る変位測定装置は、熱変化、地震等の振動により挙動する配管等の構造物の三次元変位を測定する装置である。

図１は本実施の形態に係る変位測定装置の構成の概略を示す斜視図である。また、図２は本実施の形態に係る変位測定装置の動作原理を説明する図である。

図１および図２において、１０は変位測定装置であり、２０は配管等の構造物（被測定体）である。そして、変位測定装置１０は、変位検知部１１、連結治具１２、取付治具１３、処理部１４、変位表示部１５、判定表示部１６を備えている。

（１）変位検知部
六面体に形成された変位検知部１１は、取付治具１３および連結治具１２を介して被測定体２０と連結されており、被測定体２０の変位と同期している。そして、変位検知部１１の各面には、三次元直交座標のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対応した３個の変位検出器１１ｘ、１１ｙ、１１ｚが設けられており、取付治具１３および連結治具１２を介して伝達された変位がＸＹＺ各方向の変位に分解されるように構成されている。

（２）変位検出器
変位検出器１１ｘ、１１ｙ、１１ｚは非接触方式の検出手段を有しており、例えば、レーザ信号や超音波信号を発信し、各変位検出器に対向して設けられた反射板１７ｘ、１７ｙ、１７ｚからの反射信号を同期させて検出信号として受信することにより、ＸＹＺ各方向における基準位置Ｏからの変位量ΔＬｘ、ΔＬｙ、ΔＬｚが同期して計測される。なお、反射板１７ｘ、１７ｙ、１７ｚは、それぞれ、支持フレーム１８ｘ、１８ｙ、１８ｚにより固定配置されている。

（３）処理部
各変位検出器１１ｘ、１１ｙ、１１ｚに受信された各検出信号は、配線部１９を介して処理部１４に入力され、処理部１４において、ＸＹＺ各方向の変位が算出される。そして、算出されたＸＹＺ各方向の変位を合成することにより、三次元変位が算出される。

（４）変位表示部
変位表示部１５は、処理部１４において得られた変位を表示する。図３に表示された変位の一例を示す。図３において、（ａ）は時間Ｔｎにおける被測定体の変位ΔＬ（Ｔｎ）がＸＹＺ各方向の変位ΔＬｘ（Ｔｎ）、ΔＬｙ（Ｔｎ）、ΔＬｚ（Ｔｎ）に分解された時の状況を模式的に示す図である。そして、（ｂ）はＸ方向の経時変化を示す図、（ｃ）はＹ方向の経時変化を示す図、（ｄ）はＺ方向の経時変化を示す図である。

（５）判定表示部
判定表示部１６は、処理部１４において得られた三次元変位が被測定体に及ぼす影響の度合いを判定した結果を表示する。具体的には、処理部１４において得られた三次元変位が予め設定された許容範囲内であるか否かを判定し、その結果を表示する。また、必要に応じて、この判定結果をブザーや表示灯などのアラーム手段により報知してもよい。

このように、本実施の形態においては、被測定体の変位と変位検知部における変位とを同期させ、非接触方式の検出手段を採用しているため、被測定体の形状に左右されることなく、また保温材等で被覆されていても変位量の正確な計測を行うことができる。そして、被測定体の瞬間的な変位にも充分追随して、変位量の正確な計測を行うことができる。この結果、被測定体に異常があるか否か、或いは、被測定体に異常の発生が高まったか否かなどの判断情報を、設備管理者に早期に知らせることができ、被測定体の破損を未然に防止できることになる。

２．応用例１
次に、本発明に係る変位測定装置の応用例１について説明する。図４は、本発明に係る変位測定装置の応用例１を模式的に示す図である。図４に示すように、本応用例においては、保温材で覆われた配管の変位を測定する。なお、上記の変位測定装置と同一部位には同一符号を付している。

本応用例では、保温材４０で被覆された被測定体２０の周囲に直接取付治具１３が取り付けられている。そして、支持フレーム１８ｘ、１８ｙ、１８ｚの替わりに台座１８が用いられており、反射板１７ｘ、１７ｙ、１７ｚの隣接する辺同士を接合して一体的に構成された反射ユニット１７が台座１８上に固定設置されている。

そして、取付治具１３に連結された連結治具１２が被測定体２０の表面から保温材４０を通過して外部まで延びて、変位検知部１１と連結されているため、振動や熱などの影響による被測定体２０の変位を、保温材４０の存在に関係なく、精度良く測定することができる。

３．応用例２
次に、本発明に係る変位測定装置の応用例２について説明する。図５は、応用例２の変位測定装置を模式的に示す図である。図５に示すように、本応用例においては、上記した反射ユニットを複数台（図５では２台）配置した状態で配管の変位を測定している。

即ち、本応用例では、変位検知部１１、連結治具１２、反射ユニット１７及び台座１８をユニット化した２個の変位検知ユニット１０ａ、１０ｂが所定の間隔をあけて配置されており、各変位検知ユニット１０ａ、１０ｂの検知結果を共通の処理部１４に送信するように構成し、各変位検知ユニット１０ａ、１０ｂが保温材４０で被覆された被測定体２０の異なる部位の変位を測定すると共に、被測定体２０の疲労度合いを判定するようになっている。このため、熱や地震等による被測定体への疲労度合いをより正確に判定することができる。

以上、実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一及び均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１０変位測定装置
１０ａ、１０ｂ変位検知ユニット
１１変位検知部
１１ｘ、１１ｙ、１１ｚ変位検出器
１２連結治具
１３取付治具
１４処理部
１５変位表示部
１６判定表示部
１７反射ユニット
１７ｘ、１７ｙ、１７ｚ反射板
１８台座
１８ｘ、１８ｙ、１８ｚ支持フレーム
１９配線部
２０配管等の構造物（被測定体）
４０保温材
ΔＬ、ΔＬ（Ｔｎ）変位
ΔＬｘ、ΔＬｘ（Ｔｎ）Ｘ方向の変位
ΔＬｙ、ΔＬｙ（Ｔｎ）Ｙ方向の変位
ΔＬｚ、ΔＬｚ（Ｔｎ）Ｚ方向の変位
Ｏ変位の基準

Claims

配管等の構造物を被測定体としてその三次元変位を測定する変位測定装置であって、
前記被測定体と連結されて、前記被測定体の変位と同期して変位する変位検知部と、
前記変位検知部に取り付けられ、前記変位検知部の三次元変位を、少なくとも、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のそれぞれの変位として検出する複数の非接触式の変位検出器と、
前記各変位検出器に検出された検出信号に基づき、前記被測定体の三次元変位を算出する処理部と、
前記処理部で算出された変位を前記被測定体の変位として表示する変位表示部と
を備えていることを特徴とする変位測定装置。
前記各変位検出器の変位検出方向のそれぞれに反射板が備えられており、
前記変位検出器が出力した信号を前記反射板で反射させ、前記変位検出器に受信させることを特徴とする請求項１に記載の変位測定装置。
前記処理部で算出された変位に基づいて、前記変位が前記被測定体に及ぼす影響の度合いを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果を表示する判定表示手段と
を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変位測定装置。