JP3212375U - 表面測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく計測対象物の表面の変形部分を測定できる表面測定装置を提供する。【解決手段】計測対象物４の表面にレーザー光を照射する照射部１２と、計測対象物４の表面で反射された反射光を撮影するカメラ１４と、カメラ１４により撮影された前記反射光を用いて計測対象物４の立体画像データを作成する画像作成部と、前記画像作成部により作成された前記立体画像データを用いて計測対象物４の表面に変形部分がない状態の健全画像データを作成する健全画像作成部と、前記立体画像データと前記健全画像データとを比較することにより、前記変形部分を測定する測定部とを備える。【選択図】図１

Description

本考案は、たとえば、石油精製・化学プラントなどにおける機器や設備の外面腐食検査業務、内面腐食検査業務などに用いられる表面測定装置に関する。

近年、石油精製・化学プラントなどの装置の高経年化が進み、腐食による多くのトラブルが発生している。これらのトラブルを未然に防止するため、多くの腐食検査が実施されている。
この腐食検査の方法として最も古典的な手法は、表面に錆コブが発生し、減肉が懸念されている箇所にケレンを行い、デプスゲージを使用して減肉深さを測定する手法である。

しかしながら、この手法による場合、計測に時間が掛かる上、検査員の技量にも左右されるため、必ずしも減肉深さを精度よく計測できないという問題があった。
このような問題を改善すべき手法として、市販の３Ｄレーザースキャナによって取得した計測対象物の３Ｄモデル（減肉部分が含まれたモデル、以下、減肉モデルという。）を用いた手法がいくつか考えられる。

たとえば、市販の解析ソフトウェアにより、上述の減肉モデルに外径と元肉厚を入力することで自動的に腐食深さを算出するが、以下に列挙する問題点があり、高い解析精度を得ることができない。

（１）溶接線やサポートなど、減肉モデルの盛り上がった部分の最高高さからの深さが自動的に算出されてしまう。なお、解析時に盛り上がった部分をオペレーターが除外することも可能だが、オペレーターによって指定位置が一致せず解析結果に大きなばらつきが生じるという問題がある。

（２）ボルトナットやフランジなど、周辺部位を同時にモデル化した場合、円筒形状として認識されない。
（３）一つの減肉モデルにつき、全周３６０°のうち６０°以上をモデル化する必要がある。

（４）減肉モデルは、真円として認識されるため、製作誤差も減肉深さとして算出される。
（５）対象は円筒形状のみであるため、エルボ、球形などの他の複雑な形状は解析できない。

その他、減肉モデルを製作図面から作成した３Ｄモデルと比較して減肉深さを計測する手法もあるが、大口径配管、大型シェル、ヘッドなどの機械加工品は、製作誤差が大きい場合、製作誤差も減肉深さとして解析されるため、解析精度が低いという問題がある。
本考案の目的は、精度よく計測対象物の表面の変形部分を測定できる表面測定装置を提供することである。

本考案の表面測定装置は、計測対象物の表面にレーザー光を照射する照射部と、前記計測対象物の表面で反射された反射光を撮影するカメラと、前記カメラにより撮影された前記反射光を用いて前記計測対象物の立体画像データを作成する画像作成部と、前記画像作成部により作成された前記立体画像データを用いて前記計測対象物の表面に変形部分がない状態の健全画像データを作成する健全画像作成部と、前記立体画像データと前記健全画像データとを比較することにより、前記変形部分を測定する測定部とを備えることを特徴とする。

また、本考案の表面測定装置は、前記健全画像作成部が、前記立体画像データに基づく前記計測対象物の表面から前記健全画像データを作成するための断面線を抽出する断面線抽出部と、前記断面線にスプライン曲線を設定するスプライン曲線設定部を備え、前記スプライン曲線設定部によって設定されたスプライン曲線を修正することによって得られた修正スプライン曲線に基づいて前記健全画像データを作成することを特徴とする。

また、本考案の表面測定装置は、前記変形部分が、腐食により減肉された部分であり、前記測定部は、前記減肉された部分の深さを計測することを特徴とする。

本考案の表面測定装置によれば、精度よく計測対象物の表面の変形部分を測定することができる。

実施の形態に係る表面測定装置の概要を示す図である。 実施の形態に係る表面測定装置を用いて計測対象物の減肉部分の深さを算出する場合のフローチャートである。 他の実施の形態に係る表面測定装置を用いて健全画像データを作成する場合のフローチャートである。 実施の形態に係る表面測定装置によってスキャニングされる計測対象物を示す図である。 実施の形態に係る計測対象物に中心軸を設定する状況を説明する図である。 実施の形態に係る計測対象物に断面位置を設定する状況を説明する図である。 実施の形態に係る計測対象物に設定された断面線を示す図である。 実施の形態に係る計測対象物においてスプライン曲線を調整する状況を示す図である。 実施の形態に係る表面測定装置を用いて立体画像データと健全画像データを比較する状況を説明する図である。 他の実施の形態に係る表面測定装置を示す図である。

以下、図面を参照して、本考案の実施の形態に係る表面測定装置について説明する。図１は、実施の形態に係る表面測定装置および表面測定装置によって表面の検査がなされる計測対象物を示す図である。図１に示すように、表面測定装置２は、計測対象物４のスキャニングを行う機能を備えたスキャナー部６と、スキャナー部６によってスキャンされたデータを用いて測定等を行うノートパソコン８がケーブル１０で接続されている。

なお、スキャナー部６には、計測対象物４の表面にレーザー光を照射する照射部１２と、計測対象物４の表面で反射された反射光を撮影するカメラ１４が設けられている。また、スキャナー部６の内部には、画像処理部（図示せず）、立体画像データを作成する画像作成部（図示せず）が内蔵されている。また、ノートパソコン８には、ディスプレイ８ａ、操作部８ｂが備えられている。

ノートパソコン８の内部には、計測対象物４の表面に変形部分がない状態の健全画像の画像データ（以下、健全画像データという。）を作成する健全画像作成部（図示せず）、画像データを記憶する記憶部（図示せず）、および腐食部分４ａ等の測定を行う測定部（図示せず）等が内蔵されている。ここで、健全画像作成部には、さらに、後述する中心軸設定部（図示せず）、平面設定部（図示せず）、断面線抽出部（図示せず）、スプライン曲線設定部（図示せず）が含まれている。また、本実施の形態においては、計測対象物４として、表面に減肉された腐食部分４ａのあるパイプを用いる場合を例に説明する。

次に、図２、３に示すフローチャートを参照しながら、腐食部分４ａの深さを計測するまでの処理について説明する。まず、図４に示すように、計測対象物４の表面に、座標や位置を認識するためのマーカー４ｂが貼り付けられる。次に、二つのカメラ１４によりマーカー４ｂの位置が撮影され、計測対象物４の自己位置が三角測量によってリアルタイムで座標計算される（ステップＳ１）。

次に、照射部１２によって計測対象物４の表面にレーザー光が照射され、計測対象物４の表面で反射された反射光がカメラ１４によって撮影される（ステップＳ２）。カメラ１４によって撮影された反射光は、画像処理部によって処理された後、画像作成部により、計測対象物４の立体画像データが作成される（ステップＳ３）。なお、計測対象物４の表面の撮影は、オペレーターがスキャナー部６を手で持ちながら行う。

次に、ノートパソコン８は、スキャナー部６からケーブル１０を介して立体画像データを取得し、記憶部に記憶する。そして、健全画像作成部により、計測対象物４の立体画像データを用いて、腐食部分４ａがない状態の健全画像データが作成される（ステップＳ４）。

図３は、健全画像データの作成処理を示すフローチャートである。まず、健全画像作成部は、立体画像データにおいて、中心軸設定部により、図５に示すように、計測対象物４の中心軸４ｃを設定する（ステップＳ１１）。次に、平面設定部により、図６に示すように、中心軸４ｃから等間隔で放射状に延びる平面４ｅを設定し（ステップＳ１２）、断面線抽出部により、図７に示すように、平面４ｅと計測対象物４の表面の交点となる断面線４ｇを抽出する（ステップＳ１３）。

さらに、健全画像作成部は、スプライン曲線設定部により、この断面線４ｇにおいて、図８（ａ）に示すように、複数個の制御点１８ａにより制御される滑らかなスプライン曲線１８を設定する（ステップＳ１４）。ここで、図８（ｂ）は、スプライン曲線１８を断面側から視た図であり、腐食部分４ａが窪んで示されている。オペレーターは、ノートパソコン８のディスプレイ８ａに示されたスプライン曲線１８を視ながら、操作部８ｂによりたとえばマウスポインタを操作するなどして、スプライン曲線１８を修正する（ステップＳ１５）。

具体的には、図８（ｂ）において、腐食部分４ａが窪んで示されている部分を、上方（図の矢印で示された方向）に持ち上げてスプライン曲線１８が窪んでいない健全部分と同レベルにする。これにより、図８（ｃ）に示すように、腐食部分４ａが存在しない状態のスプライン曲線１８が出来上がる。オペレーターは、この作業を、他のスプライン曲線１８についても繰り返す。

次に、健全画像作成部は、修正されたスプライン曲線１８を用いて、健全画像データを作成する（ステップＳ１６）。健全画像データが作成された後のフローは、図２に示されたとおりである。すなわち、健全画像データが作成されると、ノートパソコン８は、立体画像データを図示しない記憶部から読み出し、図９に示すように、立体画像データに基づく立体画像と健全画像データに基づく健全画像を照合する（ステップＳ５）。これにより、腐食部分４ａが健全な状態と比較してどの程度減肉されているのかが明らかになる。

次に、ノートパソコン８は、測定部により、立体画像データと健全画像データとを比較して、腐食部分４ａの深さを算出する（ステップＳ６）。
この実施の形態の表面測定装置２によれば、立体画像データから健全画像データを作成し、立体画像と健全画像を比較するため、製作誤差やオペレーターによる指定エリアのバラツキなどの問題がなく、精度よく計測対象物４の表面の腐食部分４ａの減肉深さを測定することができる。

また、スプライン曲線１８において腐食部分４ａが窪んで示されている部分を、健全部分と同レベルに修正するため、溶接線やサポートなどの盛り上がった部分が自動的に最高高さとして認識されることもない。

また、スプライン曲線１８を用いて健全画像データを作成するため、ボルトナットやフランジなどがあっても修正することができ、計測対象物４の正確な形状が認識される。
なお、上述の実施の形態においては、計測対象物４として、表面に減肉された腐食部分４ａのあるパイプを用いる場合を例に説明しているが、計測対象物４は、直管以外の形状を有していても構わない。たとえば、エルボ、シェル、球形、プレート（平板）などであってもよい。

ここで、計測対象物４が直管以外の形状を有する場合、健全画像データを作成する過程（図３参照）で、ステップＳ１１に示す中心軸４ｃの設定を行わないことがある。たとえば、計測対象物４がプレート（平板）であれば、立体画像データから計測対象物４の所定の平面領域を抽出し、この平面領域に直交する平面４ｅを等間隔で設定する（図３、ステップＳ１２参照）。

また、計測対象物４がエルボ形状の場合にも、中心軸４ｃを設定することなく、平面４ｅを設定し、断面線４ｇを抽出することが可能である（図３、ステップＳ１２、１３参照）。

また、上述の実施の形態において、計測対象物４の全周３６０°の６０°以下の部分の立体画像データしか作成することができなかった場合においても、健全画像データを作成して腐食部分４ａの減肉深さを算出することができる。

また、上述の実施の形態においては、腐食部分４ａの減肉深さを計測する場合を例に説明しているが、キズや突起など腐食以外の凹凸についても計測対象物４の表面の変形部分としてその深さ、高さを計測してもよい。

また、上述の実施の形態においては、スキャナー部６とノートパソコン８がケーブル１０で接続されて表面測定装置２を構成している場合を例に説明しているが、表面測定装置２は、必ずしもスキャナー部６とノートパソコン８に分割されている必要はなく、両者の機能を一体的に備えていてもよい。たとえば、図１０（ａ）に示すように、表面測定装置１０２は、表面に照射部１２とカメラ１４とを備え、図１０（ｂ）に示すように、裏面にディスプレイ８ａ、操作部８ｂを備えるようにしてもよい。

２ 表面測定装置
４ 計測対象物
４ａ 腐食部分
４ｂ マーカー
４ｃ 中心軸
４ｅ 平面
４ｇ 断面線
６ スキャナー部
８ ノートパソコン
８ａ ディスプレイ
８ｂ 操作部
１０ ケーブル
１２ 照射部
１４ カメラ
１８ スプライン曲線
１８ａ 制御点
１０２ 表面測定装置

Claims (3)

1. 計測対象物の表面にレーザー光を照射する照射部と、
   前記計測対象物の表面で反射された反射光を撮影するカメラと、
   前記カメラにより撮影された前記反射光を用いて前記計測対象物の立体画像データを作成する画像作成部と、
   前記画像作成部により作成された前記立体画像データを用いて前記計測対象物の表面に変形部分がない状態の健全画像データを作成する健全画像作成部と、
   前記立体画像データと前記健全画像データとを比較することにより、前記変形部分を測定する測定部と
   を備えることを特徴とする表面測定装置。
2. 前記健全画像作成部は、
   前記立体画像データに基づく前記計測対象物の表面から前記健全画像データを作成するための断面線を抽出する断面線抽出部と、
   前記断面線にスプライン曲線を設定するスプライン曲線設定部を備え、
   前記スプライン曲線設定部によって設定されたスプライン曲線を修正することによって得られた修正スプライン曲線に基づいて前記健全画像データを作成することを特徴とする請求項１記載の表面測定装置。
3. 前記変形部分は、腐食により減肉された部分であり、
   前記測定部は、前記減肉された部分の深さを計測することを特徴とする請求項１または２記載の表面測定装置。

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