JP2019109113A - 管路計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管路の各位置における内径を取得することができる管路計測装置を提供する。【解決手段】管路計測装置１０は、管路内を走行可能である。管路計測装置１０は、管路計測装置１０の位置を取得するための位置取得部１２と、その位置における管路Ｃの内径Ｃ２を測定するための上アーム１３および下アーム１４とを備える。【選択図】図２

Description

この発明は、管路計測装置に属する。

管路（蛇腹管等）に関する計測を行う装置が知られている。たとえば、特許文献１には、管路計測装置が管路内を正確に走行できるようにする技術が記載されている。

管路の内径が一定でない場合がある。たとえば、管路の材質が柔らかい場合には、外圧によって管路が変形し、内径が一定でなくなる可能性がある。このような場合には、管路の形状を把握することが有用である。たとえば、管路のつぶれ状況に応じてメンテナンス作業の要否を判断することができる。

管路内部の形状を測定できる管路計測装置として、たとえば特許文献２には、測長ウイングを用いて管路の断面を計測する装置が記載されている。また、特許文献３には、カメラを用いて管路の内周面を撮影する装置が記載されている。

特開平９−１０５６２７号公報 特開２０１５−３１０８７号公報 国際公開第２００３／０７６９１６号パンフレット

しかしながら、従来の技術では、管路の各位置における内径を取得するのが困難であるという問題があった。

たとえば、特許文献１の技術では内径を測定することができない。また、特許文献２の技術では、装置自身の位置を測定することができないので、管路のどの位置（長さ方向における位置）がどのような内径となっているかを対応付けるのが困難である。さらに、特許文献３の技術では、映像から正確な内径を算出するのが困難である。

この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、管路の各位置における内径を取得することができる管路計測装置を提供することを目的とする。

この発明に係る管路計測装置は、管路内を走行可能な管路計測装置であって、
前記管路計測装置の位置を取得するための位置取得部と、
前記位置における管路の内径を測定するための内径測定部と
を備える。
特定の態様によれば、前記位置を表す値と、前記内径を表す値とを関連付けて記憶する制御部を備える。
特定の態様によれば、前記位置取得部は、ジャイロおよび加速度計を備える。
特定の態様によれば、
前記内径測定部は、第１距離測定部および第２距離測定部を備え、
前記第１距離測定部は、第１周方向位置において、第１基準位置から管路内表面までの距離を測定し、
前記第２距離測定部は、前記第１周方向位置とは反対の第２周方向位置において、第２基準位置から管路内表面までの距離を測定する。

この発明に係る管路計測装置は、位置取得部と距離測定部とを備えるので、管路の各位置における内径を取得することができる。

本発明の実施の形態１に係る管路計測装置の構成概略の例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る管路計測装置の構成概略の例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係る管路計測装置１０の構成概略の例を示す。管路計測装置１０は、管路Ｃに関する計測を行う装置であり、管路Ｃ内を走行可能に構成される。管路計測装置１０は、管路Ｃ内を移動する車体１１と、位置取得部１２と、上アーム１３と、下アーム１４と、制御部２０とを備える。位置取得部１２、上アーム１３、下アーム１４および制御部２０は、車体１１に取り付けられる。車体１１に対して所定の軸Ａが定義可能である。

位置取得部１２は、管路計測装置１０の位置を取得する。管路計測装置１０の位置を表す値は、直接的に取得されてもよいし、他の情報から演算等により間接的に取得されてもよい。たとえば位置取得部１２がジャイロおよび加速度計を備える場合には、基準となる静止系における姿勢角および加速度を取得することができ、この姿勢角および加速度に基づく演算により管路計測装置１０の位置を取得することができる。管路計測装置１０の位置の基準および表現形式は任意に設計可能であり、たとえば３次元で表されるが、２次元または他の表現形式によってもよい。

上アーム１３および下アーム１４は、管路の内径を測定するための距離測定部の例である。とくに、上アーム１３は第１距離測定部であり、下アーム１４は第２距離測定部である。上アーム１３および下アーム１４は、車体１１の軸Ａに関して反対側に設けられる。すなわち、上アーム１３は、車体１１において第１周方向位置に設けられ、下アーム１４は、車体１１において第１周方向位置とは反対の第２周方向位置に設けられる。本実施形態では、上アーム１３および下アーム１４は長手方向を有する細長形状の部材である。上アーム１３の長さをＬａ１とし、下アーム１４の長さをＬａ２とする。

説明の便宜上、図１の例では、上アーム１３および下アーム１４はゼロでない太さを持つ形状となっているので、厳密にはこれらの長さはＬａ１およびＬａ２には一致しないが、本明細書ではこの誤差を無視する。実際に発生する誤差の処理（許容範囲の設定、誤差の補正、等）は当業者が適宜設計することができる。

上アーム１３および下アーム１４は、車体１１に回動可能に固定され、車体１１の軸Ａを含む平面内で回動する。図１の例では、上アーム１３は内側端１３ａ（第１基準位置）を中心として回動し、下アーム１４は内側端１４ａ（第２基準位置）を中心として回動する。上アーム１３の回動軸すなわち内側端１３ａと、車体１１の軸Ａとの距離をＬｂ１とし、下アーム１４の回動軸すなわち内側端１４ａと、車体１１の軸Ａとの距離をＬｂ２とする。また、上アーム１３の回動角（すなわち上アーム１３の長手方向と車体１１の軸Ａとのなす角）をθ１とし、下アーム１４の回動角（すなわち下アーム１４の長手方向と車体１１の軸Ａとのなす角）をθ２とする。ただし本実施形態では０°≦θ１，θ２≦９０°である。

上アーム１３および下アーム１４は、車体１１の径方向外側に向けて（すなわちθ１およびθ２が大きくなる向きに）付勢される。この付勢は、たとえば図示しないばね等によって実現される。この結果、上アーム１３および下アーム１４の外側端１３ｂおよび１４ｂは管路Ｃの内表面Ｃ１に接触する。

図１のように上アーム１３および下アーム１４がいずれも内表面Ｃ１に接触した状態では、管路Ｃの内径Ｃ２は次のように表される：
Ｃ２＝｛Ｌｂ１＋Ｌａ１・ｓｉｎ（θ１）｝＋｛Ｌｂ２＋Ｌａ２・ｓｉｎ（θ２）｝
…（式１）

なお、説明の便宜上、図１の例では、上アーム１３および下アーム１４はゼロでない太さを持つ形状となっているので、厳密には管路Ｃの内径は上記式１の値と一致せず誤差が発生するが、本明細書ではこの誤差を無視する。実際に発生する誤差の処理（許容範囲の設定、誤差の補正、等）は当業者が適宜設計することができる。

式１においてＬａ１，Ｌａ２，Ｌｂ１およびＬｂ２は、たとえば管路計測装置１０の設計時に定数として設定することができる。また、θ１およびθ２は、適切な測定器（たとえばエンコーダ等）を用いて取得することができる。

このようにして、上アーム１３は、第１周方向位置において、内側端１３ａ（第１基準位置）から管路Ｃの内表面Ｃ１までの距離を測定し、下アーム１４は、第１周方向位置とは反対の第２周方向位置において、内側端１４ａ（第２基準位置）から管路Ｃの内表面Ｃ１までの距離を測定する。こうして管路Ｃの内径Ｃ２が測定される。

制御部２０は、演算手段および記憶手段を備えるコンピュータを用いて構成することができる。制御部２０は、上記式１を用いて内径Ｃ２を算出する。また、制御部２０は、位置取得部１２によって取得された位置と、上アーム１３および下アーム１４等を用いて測定または算出された管路Ｃの内径Ｃ２とを関連付けて記憶する。

このように、本発明の実施の形態１に係る管路計測装置１０は、位置取得部１２と距離測定部（上アーム１３および下アーム１４）とを備えるので、管路Ｃの各位置における内径Ｃ２を取得することができる。

これにより、たとえば管路Ｃ（または管路計測装置１０の軌跡）のどの位置でどの程度のつぶれが発生しているかを定量的に判断することができる。また、このように定量的な判断が可能になるので、管路Ｃの診断に関する基準を作成または適用することが容易になる。

管路Ｃ内で管路計測装置１０を走行可能とするための構成（たとえば管路計測装置１０を支持しかつ移動させるための構成）は、適宜設計可能である。たとえば、上アーム１３および下アーム１４を、特許文献１に記載される脚として構成してもよい。または、特許文献２に記載される通線を用いてもよい。または、特許文献３に記載されるように車輪を備えた自走形式としてもよい。管路計測装置１０の動作または走行に電力が必要となる場合には、管路計測装置１０と外部の電源とを接続する電源ケーブルが設けられてもよい。

上アーム１３の外側端１３ｂおよび下アーム１４の外側端１４ｂにおいて、内表面Ｃ１との摩擦を軽減するための構造または構成を備えてもよい。たとえば内表面Ｃ１と接触しつつ低摩擦係数でスライドするスライド面を備えたスライド板を、各アームの外側端またはその周辺に取り付けてもよい。そのようなスライド板は、たとえば上アーム１３に対して外側端１３ｂを中心として回動可能に固定されてもよい。

距離測定部の具体的構成は、上アーム１３および下アーム１４のように回動する構成である必要はない。たとえば板バネを用いてもよい。より具体的には、上アーム１３および下アーム１４に代えてそれぞれ上板バネおよび下板バネを設け、管路計測装置１０が管路Ｃ内を通過する際に上板バネおよび下板バネが内表面Ｃ１と接触して径方向内側に変形するよう構成してもよい。この変形量または各板バネの最外端の位置を測定すれば、実施の形態１と同様に管路Ｃの内径Ｃ２を算出することができる。

実施の形態１では、位置取得部１２が管路計測装置１０の位置を取得するが、最終的な管路計測装置１０の位置の演算は制御部２０により行われてもよい。たとえば、位置取得部１２が姿勢角および加速度を制御部２０に送信し、制御部２０がこれらに基づいて管路計測装置１０の位置を算出するよう構成することも可能である。

管路計測装置は、車体１１とは離れて配置されるコンピュータをさらに備えてもよく、制御部はそのようなコンピュータによって構成されてもよい。その場合には、車体１１とコンピュータとを接続するケーブルが設けられてもよい。

本明細書では、車体１１の軸Ａは管路Ｃの軸と常に平行であると想定しているが、これらが互いに傾く瞬間または時間帯が存在しても、ある程度の誤差をもって本発明の適用は可能である。また、管路計測装置１０は、そのような傾きまたは誤差を適宜検出および修正するための構成を備えてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、管路計測装置１０はアームを１対のみ備えていた。実施の形態２は、実施の形態１において、複数対のアームを備えるよう変形するものである。

図２に、実施の形態２に係る管路計測装置１１０の構成概略の例を示す。図２は、図１とは異なり、軸Ａの方向から見た図である。管路計測装置１１０は、４対（合計８本）のアーム１５を備える。各対のアームは、車体１１１において互いに反対の周方向位置に設けられており、たとえばアーム１５ａとアーム１５ｂとが対をなしている。また、本実施形態では、各対は周方向に等間隔に設けられる（図２の例では周方向に４５度の間隔で設けられている）。

車体１１１の制御装置は、各対について上記式１を適用し、それぞれ対応する周方向位置における内径を測定する。これにより、たとえば管路Ｃ（または管路計測装置１０の軌跡）の各位置におけるつぶれ量を、つぶれ方向とともに測定することができる。また、つぶれ量およびつぶれ方向を測定することにより、管路Ｃに対する外圧の方向を測定することができる。

実施の形態２においても実施の形態１と同様の変形が可能である。

１０，１１０ 管路計測装置、１２ 位置取得部、１３，１５ａ 上アーム（第１距離測定部）、１３ａ 上アームの内側端（第１基準位置）、１４，１５ｂ 下アーム（第２距離測定部）、１４ａ 下アームの内側端（第２基準位置）、２０ 制御部、Ｃ 管路、Ｃ２ 管路の内径。

Claims (4)

1. 管路内を走行可能な管路計測装置であって、
   前記管路計測装置の位置を取得するための位置取得部と、
   前記位置における管路の内径を測定するための内径測定部と
   を備える、管路計測装置。
2. 前記位置を表す値と、前記内径を表す値とを関連付けて記憶する制御部を備える、請求項１に記載の管路計測装置。
3. 前記位置取得部は、ジャイロおよび加速度計を備える、請求項１または２に記載の管路計測装置。
4. 前記内径測定部は、第１距離測定部および第２距離測定部を備え、
   前記第１距離測定部は、第１周方向位置において、第１基準位置から管路内表面までの距離を測定し、
   前記第２距離測定部は、前記第１周方向位置とは反対の第２周方向位置において、第２基準位置から管路内表面までの距離を測定する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の管路計測装置。

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