JP2016109491A

JP2016109491A - 配管の歪み検査装置

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Publication number: JP2016109491A
Application number: JP2014245250A
Authority: JP
Inventors: 司岡本; Tsukasa Okamoto; 昌也硲; Masaya Hazama; 藤本　光伸; Mitsunobu Fujimoto; 光伸藤本; 聡間宮; Satoshi Mamiya; 聡大塚; Satoshi Otsuka; 武宣濱口; Takenobu Hamaguchi; 栄征毛利; Shigeyuki Mori; 充有吉; Mitsuru Ariyoshi
Original assignee: Kurimoto Ltd; Sekisui Chemical Co Ltd; National Agriculture and Food Research Organization
Current assignee: Kurimoto Ltd; Sekisui Chemical Co Ltd; National Agriculture and Food Research Organization
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-03
Also published as: JP6389749B2

Abstract

【課題】測定再現性がばらつくという問題を解消することができる配管の歪み検査装置を提供する。【解決手段】配管の内径に配置される長方形状のベース2と、ベース2の中央に設けられて配管の内径との距離を測定するデジタルデプスゲージ（センサ）3とを備えている。ベース2は、配管の径方向に対して直交する方向にのびる第１長方形板状部21と、第１長方形板状部21の両端部にそれぞれ設けられて配管の軸方向と平行にのびる第２長方形板状部22と、各第２長方形板状部22の両端部に先端部を突出させるようにそれぞれ設けられて先端を配管の内径に当接させる支持ピン23とを備えている。ベース2は、デジタルデプスゲージ3を囲むようにかつ周方向および軸方向に対称となるように設定された４カ所で配管の内径と接触する。【選択図】図１

Description

この発明は、配管内径の曲率半径を測定して配管の歪みを検査する配管の歪み検査装置に関する。

歪みを検査するセンサとして、歪みゲージがよく知られているが、これに代わる検査方法として、非特許文献１には、配管内径の曲率半径と歪みゲージにより測定した歪みとの相関が高く、配管内径の曲率半径を測定して配管の歪みを検査することが可能であることが示されている。

非特許文献１には、曲率半径測定装置(61)として、図１０に示すように、配管(P)の内径に配置される長方形板状のベース(62)と、ベース(62)の中央に設けられたデプスゲージ(63)とを備えているものが示されている。測定者(Q)は、デプスゲージ(63)の先端を配管(P)の内径に接触させて、配管(P)の内径までの距離を求め、これに基づいて歪みが算出される。

配管の損傷程度の診断は、デプスゲージで計測した数値を目視で読み取ってメモに記録し、後日パソコンを使用した計算ソフトに入力して、歪み値やその形状図を確認することで行われていた。

また、特許文献１には、配管内径の曲率半径を測定可能な曲率測定具が開示されている。

特許２００８−１６４３８６号公報

曲率計測に基づくパイプラインの構造安全性評価について、第４６回地盤工学研究発表会講演集

上記非特許文献１の配管の歪み検査を行うに際し、配管内径の曲率半径を測定して配管の歪みを精度よく検査するには、配管内径の曲率半径を精度よく求める必要がある。しかしながら、非特許文献１の曲率半径測定装置および特許文献１の曲率測定具は、長方形板状のベース(62)が配管(P)の断面に対して常に垂直に設置できないため、同じ位置を測定するときの測定再現性がばらつくという問題があった。

この発明の目的は、測定再現性がばらつくという問題を解消することができる配管の歪み検査装置を提供することにある。

この発明による配管の歪み検査装置は、配管の内径に配置されるベースと、ベースの中央に設けられて配管の内径との距離を測定するセンサとを備えており、配管内径の曲率半径を求めて配管の歪みを検査する装置であって、ベースは、センサを囲むようにかつ周方向および軸方向に対称となるように設定された３カ所以上で配管の内径と接触することを特徴とするものである。

曲率半径を求める式は公知であり、ベースの長さをＬ、配管の厚みをｔ、ベース中心の底面から配管の内径までの距離をｄとして、配管厚中心の曲率半径ｒは、次の式で求めることができる。

ｒ＝（Ｌ²＋４ｄ²）／８ｄ＋ｔ／２
配管に生じている曲げ歪みは、変形前の曲率半径をＲとして、ε_max（最大曲げ歪み）＝（１／ｒ−１／Ｒ）ｔ／２によって得られる。

従来の曲率半径測定装置では、長方形状のベースの両端部が配管の内径と接触するようになされた状態で、デプスゲージによって、ベースと配管の内径との距離が測定されていた。原理的には、これで、配管内径の曲率半径を求めることができ、得られた配管内径の曲率半径から配管の歪みを検査することができる。しかしながら、従来の曲率半径測定装置では、同じ位置を測定するときの測定再現性がばらつくという問題があり、精度的に十分ではなかった。

そこで、この発明の配管の歪み検査装置では、ベースの構成が工夫されて、ベースは、センサを囲むようにかつ周方向および軸方向に対称となるように設定された３カ所以上で配管の内径と接触するようになされている。

「３カ所以上」とは、例えば、長方形の４つの角に相当する位置で接触してもよく、二等辺三角形の３つの角に相当する位置で接触してもよいことを意味する。

このようにすると、センサが設けられたベースを配管の内径に配置した際、配管の断面方向に対して確実に平行となるようにベースを設置することができ、センサによる曲率半径の測定精度（繰り返し測定時の再現性など）を大幅に高めることができる。

「略長方形状」は、例えば長方形の板状のものとされるが、３カ所以上で配管の内径と接触するものであれば、長方形の板状のものに限らず、丸棒でも角落とし棒でもよい。

４カ所で配管の内径と接触するようにするには、例えば、ベースは、配管の径方向に対して直交する方向にのびる第１長方形板状部と、第１長方形板状部の両端部にそれぞれ設けられて配管の軸方向と平行にのびる第２長方形板状部と、各第２長方形板状部の両端部に先端部を突出させるようにそれぞれ設けられて先端を配管の内径に当接させる支持ピンとを備えているものとされる。

支持ピンは、例えば、第２長方形板状部の両端部に設けられたねじ孔にねじ合わされたボルトとすることができる。ボルトに代えて、支持するためのピンや爪などとすることもできる。

ピンや爪には、金属や合成樹脂など計測時の圧力で変形しない硬さを持った材料が使用される。また、ピンや爪の先端形状は、配管内面に傷が付かないように、曲面形状とされる。

センサは、センサ設置位置から配管の内径までの距離を測定できるものであれば、種々のものを使用することができる。センサは、好ましくは、測定値をデジタル出力する接触式・非接触式デジタル変位センサまたはデジタルデプスゲージとされる。

例えば、デジタルデプスゲージを使用するとともに、得られた測定値を収集する適宜な計測データ収集ソフトおよびパソコンなどからなる処理手段で処理することにより、歪みを演算で求めることができ、この歪みに基づいて、配管の検査を行うことができる。

このようにすると、計測されたデータを処理手段にデジタル出力データとして伝送して歪みを算出し、さらに、形状図の作成などまでの一連の処理を自動化することが可能となり、計測から集計までの手間と労力を省くことができる。

ベースは、配管の径方向に対して直交する方向にのびる長方形板状部を備え、かつ前記長方形板状部が管軸と平行な軸心周りに回転可能に設置されており、また、前記ベースに対して管軸方向の前後両側に脚を備え、前記脚は前記ベースが回転している間、配管の下部に当接していることが好ましい。

このようにすると、脚によって装置が安定的に支持され、回転させる部分は、脚を除いたベースおよびこれに一体の部分だけとでき、ベースの主要部が長方形板状部であることによって、回転部分を軽量化することができる。

前記脚の端部に管軸方向へ走行可能なローラを備えたことが好ましい。このようにすると、配管内の測定地点への運搬を容易にすることができる。

この発明の配管の歪み検査装置によると、ベースは、センサを囲むようにかつ周方向および軸方向に対称となるように設定された３カ所以上で配管の内径と接触するので、測定再現性のばらつきを大幅に小さくすることができ、これにより、配管の歪みを精度よく検査することができる。

図１は、この発明による配管の歪み検査装置の第１実施形態を示す斜視図である。図２は、配管の歪み検査装置のベースの斜視図である。図３は、配管の歪み検査装置のベースの正面図である。図４は、図１に示した配管の歪み検査装置と図１０に示した従来の配管の歪み検査装置とについて、再現性を比較した表である。図５は、配管の歪み検査装置の測定原理を示す正面図である。図６は、この発明による配管の歪み検査装置の第２実施形態を示す正面図である。図７は、図６の側面図である。図８は、第２実施形態の配管の歪み検査装置の折り畳んだ状態を示す平面図である。図９は、脚の折り畳み状態を示す正面図である。図１０は、従来の配管の歪み検査装置の１例を示す斜視図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１から図３までは、この発明による配管の歪み検査装置の第１実施形態を示している。

配管の歪み検査装置(1)は、配管内径の曲率半径を求めて配管(P)の歪みを検査するもので、ベース(2)と、デジタルデプスゲージ（センサ）(3)と、デジタルデプスゲージ(3)で得られた測定値を処理する処理手段(4)とを備えている。

ベース(2)の上面には、逆Ｕ字状の取っ手(5)が設けられている。

処理手段(4)は、パソコン（図示略）、デジタルデプスゲージ(3)の測定値をパソコンに取り込むためのデータ取込み装置(6)などを備えている。

デジタルデプスゲージ(3)は、下面が基準位置とされる本体(11)と、本体(11)に対して摺動可能な測定子(12)と、基準面からの測定子(12)の突出量を測定値としてデジタル表示する表示器(13)とを備えている。

ベース(2)は、配管(P)の径方向に対して直交する方向にのびる第１長方形板状部(21)と、第１長方形板状部(21)の両端部の上面に固定されて配管(P)の軸方向と平行にのびる第２長方形板状部(22)と、各第２長方形板状部(22)の両端部に設けられた支持ピン(23)とを備えている。

各第２長方形板状部(22)は、第１長方形板状部(21)の上面にそれぞれ２本のねじ(24)によって固定されている。

各支持ピン(23)は、第２長方形板状部(22)に上方から挿通されたボルト(25)と、ボルト(25)を先端部（下端部）を第２長方形板状部(22)から下方に突出させた状態で固定するナット(26)とからなる。ナット(26)を緩めることで、ボルト(25)の先端部の突出量を調整することができ、突出量の調整後にナット(26)を締め付けることで、設定された突出量が維持される。ボルト(25)の先端は、第１長方形板状部(21)の下面よりも下方に位置させられており、ベース(2)を配管(P)に設置した際には、支持ピン(23)の先端が配管(P)の内径に当接することで、第１長方形板状部(21)が配管(P)の内径に接触しない状態で、ベース(2)が配管(P)の内径に支持される。

図５に示すように、デジタルデプスゲージ(3)によって、ベース(2)中心の底面から配管(P)の内径までの距離ｄが求められ、これに基づいて、ベース(2)の長さをＬ、配管(P)の厚みをｔとして、配管厚中心の曲率半径ｒは、次の式で求めることができる。

ｒ＝（Ｌ²＋４ｄ²）／８ｄ＋ｔ／２
また、配管に生じている曲げ歪みは、変形前の曲率半径をＲとして、ε_max（最大曲げ歪み）＝（１／ｒ−１／Ｒ）ｔ／２によって得られる。

図１０に示した曲率半径測定装置(61)を用いた場合であっても、同じ式で配管厚中心の曲率半径を求めることができる。しかしながら、このような従来の曲率半径測定装置(61)では、この実施形態のベース(2)の４点支持に対して、ベース(62)両端部の２辺での支持となっており、ベース(62)を配管(P)の内径に配置した際、配管(P)の断面方向に対して平行を確保しにくいという問題があった。

上記実施形態の歪み検査装置(1)によると、デジタルデプスゲージ(3)が設けられたベース(2)を配管(P)の内径に配置した際、配管(P)の断面方向に対して確実に平行となるようにベース(2)を設置することができる。これにより、デジタルデプスゲージ(3)による曲率半径の測定精度（繰り返し測定時の再現性など）を大幅に高めることができる。

図４に、再現性評価テストの結果を示している。

図４（ａ）は、光学定盤上にて、１０回にわたり同じ位置での測定を繰り返し、値を記録したものである。図４（ａ）から、レンジ（最大値と最小値との差）に関し、従来の０．０２０ｍｍに対し、本実施形態は０．００２ｍｍとなっており、精度差が１０倍程度ある（本実施形態が優れている）ことが分かる。

図４（ｂ）は、φ８００ｍｍのサンプル管の１点を１０回測定し、値を記録したもので、測定ごとに、一旦、ベース(2)を配管(P)から取り外し、配管(P)に再設置した後測定するようにした。図４（ｂ）から、レンジ（最大値と最小値との差）に関し、従来の０．２３０ｍｍに対し、本実施形態は０．０１４ｍｍとなっており、精度差が１５倍以上ある（本実施形態が優れている）ことが分かる。

なお、上記において、センサ(3)としては、中村製作所のデジタルデプスゲージＲ−ＴＨ１５Ｂを使用し、デプスゲージの出力をミツトヨのＵＳＢインプットツールＩＴ−０１２Ｕおよび計測データ収集ソフトＵＳＢ−ＩＴＰＡＫＶ２．０を使用してパソコンに取り込むようにした。これに代えて、例えば、キーエンスの接触式センサＧＴ２−Ｈ５０およびＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／ＩＰユニットと、パソコンなどとを使用するようにしてもよく、センサ(3)および処理手段(4)は、適宜選択可能である。

上記において、ベース(2)（第２長方形板状部(22)）の管軸方向の長さは、装置を設置する際の安定性、持ち運び易さ、配管内径等の条件から適宜設定され、その結果、取っ手(5)を掴んで容易にベース(2)を配管の管軸方向に平行な状態で設置することができ、配管の歪み検査の測定再現性のばらつきを大幅に小さくすることができる。

なお、上記の実施形態のベース(2)では、４カ所で配管(P)の内径と接触するようになされているが、３カ所以上で配管の内径と接触するようにすれば、上記効果を得ることができる。３カ所で配管(P)の内径と接触するベースは、例えば、第２長方形板状部(22)の両端部に設けられた支持ピン(23)をいずれか一方の第２長方形板状部(22)で中央部に１つだけ設けるようにすればよい。

配管内径の曲率半径を上記の配管の歪み検査装置(1)を使用して測定する場合、周方向に連続的に測定する必要があり、装置(1)を手で持ち上げて、順次、測定位置を変更していく必要がある。この場合、第１実施形態のものでは、天井側に持ち上げるための作業者の負担が大きいという問題がある。この問題を解消したこの発明による配管の歪み検査装置の第２実施形態を図６から図９までに示している。なお、この第２実施形態の説明においては、図６を正面図として、図６の上下・左右を上下・左右というものとする。

第２実施形態の配管の歪み検査装置(31)は、配管内径の曲率半径を求めて配管(P)の歪みを検査するもので、センサ(33)を位置決めするベース(32)と、配管(P)の中心に位置させられる正面から見て略円形の支持部(34)と、支持部(34)の中心において管軸方向にのびる回転軸(35)と、上端部が回転軸(35)に支持され、下端部にベース(32)が取り付けられているベース支持軸(36)と、支持部(34)に上端部が支持されて配管(P)内周に立設可能な４本の脚(37)と、センサ(33)で得られた測定値を処理する処理手段（図示略）とを備えている。

ベース支持軸(36)は、図７にも示すように、上端部が回転軸(35)に固定されて、回転軸(35)と一体に回転する上側軸部(38)と、上端部が上側軸部(38)の下端部にボールスプライン（図示略）を介して上下移動可能にかつ相対回転不可能に結合された中間軸部(39)と、上端部が中間軸部(39)の下端部にヒンジ(41)を介して揺動可能に結合された下側軸部(40)とを有している。

中間軸部(39)は、上部が小径とされており、この小径とされた部分に、中間軸部(39)を下向き（径方向外側）に付勢する圧縮コイルばね(42)が嵌められている。下側軸部(40)の下端に、センサ(33)が着脱可能に取り付けられる。

センサ(33)は、ミツトヨのローラー測定子使用のリニヤゲージとされている。圧縮コイルばね(42)によって付勢されていることで、センサ(33)は、常に配管(P)に接触している。センサ(33)の先端は、針状であると、配管(P)内周面に引っ掛かりやすいので、滑らかな傘形状等、何らかのＲ形状をとっていることが望ましい。

ベース(32)は、配管(P)の径方向に対して直交する方向にのびる長方形板状部(43)と、長方形板状部(43)の４隅に設けられた支持ローラ(44)とを備えている。ベース(32)は、管軸方向にのびる回転軸(35)と一体で回転するベース支持軸(36)に取り付けられていることで、管軸と平行な軸心周りに回転可能となっている。

各支持ローラ(44)は、長方形板状部(43)の端部に固定されたブラケット(45)に支持された上下方向にのびるローラ支持軸(46)に、管軸と平行な軸心周りに回転可能に支持されている。支持ローラ(44)は、引込み可能とされており、支持ローラ(44)が引っ込むことで、長方形板状部(43)の４隅が管壁と接触する。支持ローラ(44)は、固定式であってもよく、省略するようにしてもよい。

脚(37)は、左右１対とされたものがベース(32)を介して前後に対向するように配置されている。各脚(37)の上端部は、支持部(34)に固定されたブラケット(47)に回動可能に支持されている。

左の脚(37)には、突っ張り棒(48)の左端部が回動可能に支持されており、右の脚(37)には、突っ張り棒(48)の右端部に設けられた下向きに開口する係合孔(48a)が嵌め入れられる係合突起(49)が設けられている。検査時には、突っ張り棒(48)の係合孔(48a)が脚(37)の係合突起(49)に嵌め合わせられることで、脚(37)は安定して配管(P)に設置される。突っ張り棒(48)の係合孔(48a)と脚(37)の係合突起(49)との嵌合を外すことで、図９に二点鎖線で示すように、脚(37)を折り畳むことができる。図８には、折り畳んだ状態の検査装置(31)が示されている。

各脚(37)の下端部には、管軸方向へ走行可能なローラ(50)が設けられており、図６に示した状態のままで、検査装置(1)全体を管軸方向に移動させることができる。

突っ張り棒(48)には、ウエイト(51)を載せることができるようになっている。ウエイト(51)を使用することで、作業中の転倒が確実に防止される。

図６において、脚(37)の下端部が配管(P)の下部に当接して脚(37)が固定された状態で、ベース(32)およびベース支持軸(36)を回転させることで、同図に二点鎖線で示す位置に移動させることができる。この移動を適宜な周方向距離で順次行うことにより、周方向所定の位置で、配管内径の曲率半径を求めることができる。

支持部(34)には、回転軸(35)の回転角度を検出するロータリーエンコーダー(52)が設けられている。

上記において、長方形板状部(43)の長さＬは、実験の結果、配管内径によって計測時の最適な寸法が分かっており、配管内径がφ５００〜φ１１００の場合、Ｌ＝３００ｍｍ、配管内径がφ１２００〜φ２４００の場合、Ｌ＝４００ｍｍ、配管内径がφ２６００〜φ３０００の場合、Ｌ＝５００ｍｍとなっている。

長方形板状部(43)は、配管内径によって交換するようにしてもよいが、伸縮可能な構造としてＬ寸法が可変であるものを使用しても構わない。

第２実施形態の歪み検査装置(31)によると、ベース(32)が配管(P)の径方向に対して直交する方向にのびる長方形板状部(43)を備え、かつベース(32)が管軸と平行な軸心周りに回転可能に設置されており、また、ベース(32)に対して管軸方向の前後両側に脚(37)を備え、脚(37)はベース(32)が回転している間、配管(P)の下部に当接している。したがって、脚(37)によって検査装置(1)が安定的に支持され、回転させる部分は、脚(37)を除いたベース(32)およびベース(32)に一体のベース支持軸(36)だけとでき、ベース(32)の主要部が長方形板状部(43)であることによって、回転部分を軽量化することができる。

また、脚(37)の端部に管軸方向へ走行可能なローラ(50)が設けられていることで、配管(P)内の測定地点への運搬を容易にすることができる。

(1) 配管の歪み検査装置
(2) ベース
(3) デジタルデプスゲージ（センサ）
(4) 処理手段
(21) 第１長方形板状部
(22) 第２長方形板状部
(23) 支持ピン
(31) 配管の歪み検査装置
(32) ベース
(33) センサ
(43) 長方形板状部
(50) ローラ
(P) 配管

Claims

配管の内径に配置されるベースと、ベースの中央に設けられて配管の内径との距離を測定するセンサとを備えており、配管内径の曲率半径を求めて配管の歪みを検査する装置であって、
ベースは、センサを囲むようにかつ周方向および軸方向に対称となるように設定された３カ所以上で配管の内径と接触することを特徴とする配管の歪み検査装置。
ベースは、配管の径方向に対して直交する方向にのびる第１長方形板状部と、第１長方形板状部の両端部にそれぞれ設けられて配管の軸方向と平行にのびる第２長方形板状部と、各第２長方形板状部の両端部に先端部を突出させるようにそれぞれ設けられて先端を配管の内径に当接させる支持ピンとを備えていることを特徴とする請求項１記載の配管の歪み検査装置。
センサの測定値を処理する処理手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２記載の配管の歪み検査装置。
センサは、測定値をデジタル出力するデプスゲージまたはインジケータ等であることを特徴とする請求項３記載の配管の歪み検査装置。
ベースは、配管の径方向に対して直交する方向にのびる長方形板状部を備え、かつ前記長方形板状部が管軸と平行な軸心周りに回転可能に設置されており、また、前記ベースに対して管軸方向の前後両側に脚を備え、前記脚は前記ベースが回転している間、配管の下部に当接していることを特徴とする請求項１記載の配管の歪み検査装置。
前記脚の端部に管軸方向へ走行可能なローラを備えたことを特徴とする請求項５記載の配管の歪み検査装置。