JP2016099261A - 管検査用撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管の溶接による欠陥が発生しやすい部分を一度に撮影し得るとともに、欠陥を発見しやすくし得る管検査用撮影装置を提供する。
【解決手段】管端７９から所定距離ｌの位置で溶接された管７における欠陥の有無を撮影により検査するための管検査用撮影装置１である。この管検査用撮影装置１は、管端７９に向けて撮影するカメラ２と、管７の外側面７４をカメラ２に反射させる外側面ミラー４と、管７の内側面７５をカメラ２に反射させる内側面ミラー５とを備える。上記管検査用撮影装置１は、外側面ミラー４および内側面ミラー５をカメラ２に接続する接続体３を備え、内側面ミラー５が、管７の内側面７５をカメラ２に反射させる反射面５７を有し、反射面５７が、カメラ２に向けて凸状に湾曲したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として管の溶接された端部を検査するための管検査用撮影装置に関するものである。

化学プラントにおける尿素タンクなどには、図１０に示すように、平行に配置された多数の管７と、これら管７の軸心に垂直な管板８とが溶接されている。上記多数の管７では、上記管板８の溶接された部分（溶接ビード９が盛られた部分）が、管端７９から所定距離ｌの位置となる。このため、この位置における管７の内側面７５は、溶接による熱影響で、最も減肉欠陥が発生しやすい部分（以下では要注意部７５ｃという）となる。そして、この要注意部７５ｃから管端７９までが、次いで減肉欠陥が発生しやすい部分（以下では次注意部７５ｎという）となる。また、溶接ビード９から管７の外側面における管端７９までも注意部となる。

また、上記管７は小径であるから、上記減肉欠陥が発生しやすい部分の検査には、目視ではなく、カメラなどを備えた撮影装置が使用される。特に、上記検査が必要な部分は管７の数ほどに多くあるので、より速やかに上記検査を行い得る撮影装置が望まれている。

そこで、近年では、管などの円筒状物体（被写体）における表面欠陥を検査する撮影装置として、円筒状物体の外側面と内側面とを一度に撮影するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の撮影装置は、図１１に示すように、円筒状物体（管７）の外側面７４および内側面７５をそれぞれ撮像装置（カメラ１０２）に反射する外側面用円錐ミラー１０４および内側面用円錐ミラー１０５が備えられている。

特開２００３−２０７４５８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の撮影装置だと、図１１に示すように、内側面用円錐ミラー１０５が円錐台状なので、縦断面視において、反射面１５７が直線状であって大きな傾斜角（底角）α１を有する。このため、上記内側面用円錐ミラー１０５で反射される円筒状物体（管７）の内側面７５は、非常に限られた範囲となる。したがって、この撮影装置を上記化学プラントにおける管７の検査で使用しても、要注意部７５ｃから次注意部７５ｎまでを一度に撮影することができない。

上記範囲を広げるために、図１２に示すように、内側面用円錐ミラー１０５の反射面１５７における傾斜角α２を小さくすることが考えられる。しかしながら、傾斜角α２が小さくされた内側面用円錐ミラー１０５は、円筒状物体（管７）の内側面７５における広い範囲を反射するものの、当該内側面７５を非常に縮小して反射することになる。したがって、この撮影装置を上記化学プラントにおける管７の検査に使用しても、要注意部７５ｃおよび次注意部７５ｎが同じ縮尺で撮影されることになる。この結果、最も欠陥が発生しやすい部分である要注意部７５ｃも小さく撮影されてしまうので、撮影により得られる画像から欠陥を見落としやすくなる。

そこで、本発明は、管の溶接による欠陥が発生しやすい部分を一度に撮影し得るとともに、欠陥を発見しやすくし得る管検査用撮影装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る管検査用撮影装置は、管端から所定距離の位置で溶接された管における欠陥の有無を撮影により検査するための管検査用撮影装置において、上記管端に向けて撮影するカメラと、上記管の外側面を上記カメラに反射させる外側面ミラーと、上記管の内側面を上記カメラに反射させる内側面ミラーとを備えるものであって、
上記外側面ミラーおよび内側面ミラーを上記カメラに接続する接続体を備え、
上記内側面ミラーが、上記管の内側面を上記カメラに反射させる反射面を有し、
上記反射面が、上記カメラに向けて凸状に湾曲したものである。

また、本発明の請求項２に係る管検査用撮影装置は、請求項１に記載の管検査用撮影装置における内側面ミラーが、管の内側面をカメラに反射させない非反射面を有し、
接続体が、上記非反射面に接続される接続具と、この接続具を上記カメラに対して出退させて固定する出退調整機構とを有するものである。

さらに、本発明の請求項３に係る管検査用撮影装置は、請求項１または２に記載の管検査用撮影装置における内側面ミラーの反射面が、その外縁部に記された外縁目印と、この外縁目印に記されて反射させた管の内側面における位置を特定する特定目印とを具備するものである。

加えて、本発明の請求項４に係る管検査用撮影装置は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の管検査用撮影装置における内側面ミラーの反射面が、縦断面で双曲線状にされているものである。

また、本発明の請求項５に係る管検査用撮影装置は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の管検査用撮影装置における内側面ミラーの反射面が、縦断面で円弧状にされているものである。

上記管検査用撮影装置によると、管の溶接による欠陥が発生しやすい部分を一度に撮影することができるとともに、欠陥を発見しやすくすることができる。

本発明の実施の形態に係る管検査用撮影装置と管および管板とを模式的に示す縦断面図である。 同管検査用撮影装置の一部切欠き斜視図である。 同管検査用撮影装置により撮影される部分と撮影により得られる画像との関係を示す図である。 同管検査用撮影装置における内側面ミラーの変形例を示す図である。 同内側面ミラーの他の変形例を示す図である。 同内側面ミラーのさらに他の変形例を示す図である。 同内側面ミラーの他の変形例を模式的に示す縦断面図である。 同内側面ミラーのさらに他の変形例を模式的に示す縦断面図である。 同内側面ミラーの他の変形例とさらに他の変形例との比較を説明するためのグラフである。 同管検査用撮影装置による検査の対象である管および管板を示す一部切欠き斜視図である。 従来の撮影装置と管および管板とを模式的に示す縦断面図である。 従来の撮影装置における変形例と管および管板とを模式的に示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る管検査用撮影装置について図面に基づき説明する。
この管検査用撮影装置は、概略的に説明すると、図１に示すように、管端７９から管奥方向に所定距離ｌの位置で管板８に溶接された管７を、撮影により検査するための装置である。上記管板８は、上記管７の軸心に対して垂直にされ、当該管７が挿通される管用孔８７を有する。この管用孔８７には、管端７９に近い方の縁に開先８９が形成される。上記管用孔８７に管７が挿通されるとともに、上記開先８９に溶接ビード９が盛られることで、管７と管板８とが溶接される。当然ながら、この溶接ビード９は、上記管端７９から見ると（つまり平面視が）円環状となる。この溶接による熱影響で、上記管７の内側面７５における溶接ビード９に近い部分が、最も欠陥（例えば減肉欠陥）が発生しやすい部分となる。以下では、上記管７の内側面７５において、最も欠陥（例えば減肉欠陥）が発生しやすい部分を要注意部７５ｃといい、この要注意部７５ｃから管端７９までとなる次いで欠陥（例えば減肉欠陥）が発生しやすい部分を次注意部７５ｎという。

まず、上記管検査用撮影装置１の原理について図１に基づき説明する。
この管検査用撮影装置１は、図１に示すように、上記管端７９に向けて配置されるカメラ２と、上記管７の外側面７４を上記カメラ２に反射させる外側面ミラー４と、上記管７の内側面７５を上記カメラ２に反射させる内側面ミラー５とを備える。また、上記管検査用撮影装置１は、上記外側面ミラー４および内側面ミラー５を上記カメラ２に接続する接続体３を備える。上記内側面ミラー５は、その反射面５７により、要注意部７５ｃをカメラ２に大きく撮影させるようにし、次注意部７５ｎをカメラ２に小さく撮影させるようにして、要注意部７５ｃおよび次注意部７５ｎを一度に撮影させるものである。このための構成として、上記内側面ミラー５の反射面５７は、図１および図２に示すように、上記カメラ２に向けて凸状に湾曲した形状にされる。

以下、上記管検査用撮影装置１を構成する部材の詳細について図面に基づき説明する。
［カメラ２］
上記カメラ２は、公知のものであり、当然ながら、ファインダーおよび撮影ボタンを有する。また、上記カメラ２は、デジタル式およびアナログ式のいずれであってもよいが、上記接続体３に容易に接続されるためにも、図２に示すように、被写体に向けて突出した筒状のズーム部２１を有することが好ましい。
［接続体３］
上記接続体３は、図１および図２に示すように、一端側が上記カメラ２のズーム部２１に接続される筒体３１と、この筒体３１の内部に配置されてその位置調整が可能な透明調整板３６と、上記透明調整板３６と上記内側面ミラー５とを接続する接続棒（接続具の一例である）３９とを有する。

上記筒体３１は、その軸心Ｙがカメラ２の撮影方向と平行になるように配置される。上記筒体３１には、その他端側の内部に上記外側面ミラー４が配置される。上記筒体３１の外周部には、図２に示すように、上記一端側（ズーム部２１側）と透明調整板３６との間に、上記管７および管板８を照明する照明器６が設けられる。上記筒体３１の側面には、上記カメラ２に近い方から順に、上記ズーム部２１を蝶ねじ３２ｂにより接続するねじ穴３２と、上記透明調整板３６の上記軸心Ｙ方向における位置調整を可能にするＥ形切欠き３３と、上記外側面ミラー４を小ねじ３４ｂにより固定する小ねじ穴３４とが形成される。上記Ｅ形切欠き３３は、上記軸心Ｙ方向に平行な調整用縦溝３３ａと、この調整用縦溝３３ａに垂直でそれぞれ平行な３つの保持用横溝３３ｈとから構成される。上記調整用縦溝３３ａは、上記透明調整板３６が具備する透明突起３８（詳しくは後述する）を通過させることにより、上記透明調整板３６の上記軸心Ｙ方向における位置調整を行うものである。一方、上記３つの保持用横溝３３ｈは、それらのいずれかで上記透明突起３８を保持するものである。

上記透明調整板３６は、上記筒体３１の内径よりも僅かに小さい径の透明円板３７と、この透明円板３７の外縁から放射方向に突出して上記Ｅ形切欠き３３に係合する透明突起３８と具備する。上記透明円板３７は、その中心が上記軸心Ｙに一致するように配置される。上記透明突起３８は、Ｅ形切欠き３３の３つの保持用横溝３３ｈのいずれかに保持されるとともに、保持される保持用横溝３３ｈを変更するのに調整用縦溝３３ａを通過するものである。このため、上記透明調整板３６およびＥ形切欠き３３により、上記接続棒３９に接続された内側面ミラー５の上記軸心Ｙ方向における位置調整（出退および固定）が可能となる。すなわち、上記Ｅ形切欠き３３および透明調整板３６により、出退調整機構３３，３６が構成される。
［外側面ミラー４］
上記外側面ミラー４は、図１および図２に示すように、厚みを有する略環帯状である。また、上記外側面ミラー４は、外周面が上記筒体３１に当接する当接面４３であり、内周面が上記管７の外側面７４を反射させる傾斜反射面４７である。上記当接面４３は、上記筒体３１の他端部における内部に当接するだけでなく、上記小ねじ３４ｂにより部分的に押圧されて保持される面でもある。上記傾斜反射面４７は、上記筒体３１の他端に向けて縮径するように傾斜している。また、上記傾斜反射面４７は、図１に示すように、上記管７の外側面７４における溶接ビード９近傍から管端７９までを上記カメラ２に反射させる角度θにされる。上記外側面ミラー４は、上記カメラ２で溶接ビード９を直接撮影できる程度の内径にされ、言い換えれば、内径が溶接ビード９の外径よりも大きくされる。

以下、本発明の要旨である上記管検査用撮影装置１の内側面ミラー５についてさらに詳細に説明する。
［内側面ミラー５］
上記内側面ミラー５は、図１および図２に示すように、その接続体３側の面（以下では単に表面５３，５７という）がカメラ２に向けて凸状に湾曲した形状、すなわち、断面視および側面視が椀状であって椀底をカメラ２に向けた形状である。また、上記内側面ミラー５の表面５３，５７は、より具体的に説明すると、外縁に近いほど傾斜が大きく（上記軸心Ｙと平行に近く）、上記軸心Ｙに近いほど傾斜が小さく（上記軸心Ｙと垂直に近く）なる。このため、上記内側面ミラー５の表面５３，５７は、要注意部７５ｃに近いほど管７の内側面７５をあまり縮小せずにカメラ２に向けて反射させ、管端７９に近いほど管７の内側面７５を十分に縮小してカメラ２に向けて反射させる形状である。また、上記内側面ミラー５は、管７の内側面７５をできる限り広範囲に反射させるために、外縁が管７の内側面７５に接しない程度のできる限り大きな径にされる。したがって、上記内側面ミラー５は、要注意部７５ｃをカメラ２に大きく撮影させるようにし、次注意部７５ｎをカメラ２に小さく撮影させるようにし、且つ要注意部７５ｃおよび次注意部７５ｎを一度に撮影させるものである。

上記内側面ミラー５は、その軸心と、上記筒体３１の軸心Ｙとが一致するように配置される。上記内側面ミラー５の表面５３，５７は、上記軸心Ｙ周りに回転することにより得られる形状（つまり回転体）である。このため、上記内側面ミラー５は、管端７９から管奥方向に一定距離の位置であれば、上記カメラ２に同じ縮尺で反射させるものである。

上記内側面ミラー５の表面５３，５７は、上記軸心Ｙに近いほど傾斜が小さい形状なので、上記軸心Ｙに近い部分において、管７の内側面７５を反射させられない非反射面５３が生ずる。この非反射面５３を上記接続棒３９に接続される部分とすることで、上記接続棒３９は要注意部７５ｃおよび次注意部７５ｎの撮影を妨げないものとなる。当然ながら、上記内側面ミラー５の表面５３，５７において、上記非反射面５３以外が反射面５７である。なお、上記内側面ミラー５は、上記出退調整機構３３，３６により位置調整を容易にするためにも、軽量であることが好ましく、例えば図１に示すように、中空５８にされている。

以下、上記管検査用撮影装置１の使用方法および作用について説明する。
まず、図１に示すように、内側面ミラー５を管端７９から管７の内部に入れることにより、管検査用撮影装置１を管７に設置する。次に、照明器６により管７および管板８を照明する。そして、外側面ミラー４が溶接ビード９近傍から管７の外側面７４における管端７９までをカメラ２に反射させるまで、管検査用撮影装置１を管７に接近または離間させる。管検査用撮影装置１の位置が決まると、出退調整機構３３，３６により、要注意部７５ｃの最も管奥側が内側面ミラー５の外縁で反射されるまで、内側面ミラー５の位置調整を行う。その後、カメラ２の撮影ボタンを押す。

こうすることで、溶接ビード９は外側面ミラー４の内側と内側面ミラー５の外側との間から直接撮影され、溶接ビード９近傍から管７の外側面７４における管端７９までは、外側面ミラー４により反射された上で撮影され、要注意部７５ｃおよび次注意部７５ｎは内側面ミラー５により反射された上で撮影される。ここで、図３に、撮影される部分（図３の上部を参照）と、撮影により得られる画像（図３の下部を参照）との関係を示す。図３の下部に示す各領域Ａ〜Ｆは、具体的に説明すると、次の通りである。

（Ａ）最も外周側の第１領域Ａは、溶接ビード９近傍から管７の外側面７４における管端７９までを示す。
（Ｂ）第２領域Ｂは、溶接ビード９およびその外周部を示す。

（Ｃ）第３領域Ｃは、管端７９を示す。
（Ｄ）第４領域Ｄは、管７の内側面７５と内側面ミラー５の外縁との間を示し、検査に無関係なので、できる限り小さい方が好ましい。

（Ｅ）第５領域Ｅは、外円部分に要注意部７５ｃを大きく示し、内円部分に次注意部７５ｎを小さく示す。
（Ｆ）第６領域Ｆは、非反射面５３および接続棒３９を示し、検査に無関係なので、できる限り小さい方が好ましい。

こうして１つの管７に対して撮影し終えると、他の管７に対しても同様に撮影していく。
このように、上記管検査用撮影装置１によると、要注意部７５ｃがカメラ２に大きく撮影され、次注意部７５ｎがカメラ２に小さく撮影され、且つ要注意部７５ｃおよび次注意部７５ｎが一度に撮影されるので、撮影により得られる画像から欠陥を発見しやすくすることができる。

また、外側面ミラー４および内側面ミラー５が接続体３によりカメラ２に接続されるので、外側面ミラー４および内側面ミラー５を別々に管７に設置する必要が無く、より速やかに検査を行うことができる。

さらに、要注意部７５ｃおよび次注意部７５ｎの撮影が接続棒３９で妨げられないので、撮影により得られる画像に無駄が少なくなり、欠陥を発見しやすくすることができる。
加えて、内側面ミラー５の適切な位置調整が出退調整機構３３，３６により容易になるので、より速やかに検査を行うことができる。

ところで、上記実施の形態では、内側面ミラー５における反射面５７の更なる工夫について説明しなかったが、図４に示すように、外縁近傍に円環マーキング５５（外縁目印の一例である）を施すとともに、その一部に指向マーキング５６（特定目印の一例である）を施してもよい。円環マーキング５５により、画像処理において、内側面ミラー５の外縁近傍の検出が容易かつ高精度になる。これにより、撮影された画像をパノラマに展開する場合において、展開の中心を自動的に設定することができる。また、カメラ２から見ると（つまり平面視が）真円状である内側面ミラー５の外縁が楕円状に撮影された場合、内側面ミラー５の軸心とカメラ２の光軸とがずれることで、撮影された画像に歪が生ずるが、この歪を画像の幾何学的変換処理（楕円状の上記外縁を真円状に変換）により容易に補正することもできる。一方、指向マーキング５６により、管７の軸心から見た方向と、撮影により得られた画像に示される方向との関係がより明確になる。これにより、発見された欠陥の位置が特定されやすくなるので、より速やかに検査を行うことができる。

また、上記実施の形態では、内側面ミラー５における反射面５７の形状について詳細に説明しなかったが、図５〜図８に示すように、円弧状または双曲線状であってもよい。内側面ミラー５の反射面５７が円弧状であることにより、内側面ミラー５を容易に製作することができる。一方、内側面ミラー５の反射面５７が双曲線状である（図８参照）ことにより、反射面５７が円弧状である場合（図７参照）に比べて、管７の内側面７５をカメラ２に向けて反射させる部分が広くなる。これにより、撮影により得られる画像に無駄が少なくなり、欠陥を発見しやすくすることができる。具体的には、内側面ミラー５を、その底面が管端７９から２０．０ｍｍの深さになるように配置した場合について説明する。この場合、図９のグラフに、管端７９からの深さ（横軸）と管７の内側面７５の１．０ｍｍの範囲を映す内側面ミラー５の水平方向（軸心Ｙに直交する方向）範囲（縦軸）との関係を示す。このグラフにおいて、反射面５７が円弧状の内側面ミラー５（以下では単に円弧状という）を破線で示し、反射面５７が双曲線状の内側面ミラー５（以下では単に双曲線状という）を実線で示す。このグラフから明らかなように、管端７９からの深さが３．０ｍｍ〜２０．０ｍｍの深い部分では、円弧状に比べて双曲線状の方が、管７の内側面７５をそれほど縮小せずに撮影するので、撮影により得られる画像に無駄が少なくなるといえる。

さらに、上記実施の形態では、出退調整機構３３，３６が上記Ｅ形切欠き３３および透明調整板３６により構成されるとして説明したが、これに限定されるものではなく、接続棒３９を上記カメラ２に対して出退させて固定するものであればよい。

１ 管検査用撮影装置
２ カメラ
３ 接続体
４ 外側面ミラー
５ 内側面ミラー
７ 管
８ 管板
９ 溶接ビード
３１ 透明筒体
３６ 透明調整板
３９ 接続棒
４７ 傾斜反射面
５７ 反射面
７４ 外側面
７５ｃ 要注意部
７５ｎ 次注意部
７９ 管端

Claims (5)

1. 管端から所定距離の位置で溶接された管における欠陥の有無を撮影により検査するための管検査用撮影装置において、上記管端に向けて撮影するカメラと、上記管の外側面を上記カメラに反射させる外側面ミラーと、上記管の内側面を上記カメラに反射させる内側面ミラーとを備えるものであって、
   上記外側面ミラーおよび内側面ミラーを上記カメラに接続する接続体を備え、
   上記内側面ミラーが、上記管の内側面を上記カメラに反射させる反射面を有し、
   上記反射面が、上記カメラに向けて凸状に湾曲したものであることを特徴とする管検査用撮影装置。
2. 内側面ミラーが、管の内側面をカメラに反射させない非反射面を有し、
   接続体が、上記非反射面に接続される接続具と、この接続具を上記カメラに対して出退させて固定する出退調整機構とを有することを特徴とする請求項１に記載の管検査用撮影装置。
3. 内側面ミラーの反射面が、その外縁部に記された外縁目印と、この外縁目印に記されて反射させた管の内側面における位置を特定する特定目印とを具備することを特徴とする請求項１または２に記載の管検査用撮影装置。
4. 内側面ミラーの反射面が、縦断面で双曲線状にされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の管検査用撮影装置。
5. 内側面ミラーの反射面が、縦断面で円弧状にされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の管検査用撮影装置。
   

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