JP3701874B2 - 配管寸法測定システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体曲げ加工された配管の寸法測定システムに係り、特に原子力発電プラントや火力発電プラントなどにおける配管の寸法計測に好適な寸法測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントや火力発電プラントなどの大型のプラント設備では、その容量にもよるが、一般に大径の管による大規模な立体配管路の設置を要し、しかも、その曲げ部分が立体的になっていることもあり、従って、プラント設置の現場での管材の曲げ加工は極めて困難である。
【０００３】
そこで、配管に必要な管路を、立体的な曲げ加工を要する曲げ管部分と、直線のままの部分に分け、曲げ管部分については、予め工場などで曲げ加工して曲管とした上で設置箇所に運び込み、同じく予め所定の長さに加工してある直管と接合して、必要な配管路を作成するという工法が広く採用されている。
【０００４】
ここで、これら直管や曲管を作成し用意することを、配管組み立ての下拵え作業というが、このとき、立体曲げ加工された曲管については、その寸法測定が不可欠であり、従って、配管組み立ての下拵え作業には、この寸法測定も含まれている。
【０００５】
ところで、この配管組み立ての下拵え作業における寸法測定について、従来技術では、高周波ベンダやコールドベンダなどの曲げ加工装置で２回以上曲げ加工を行った曲管に対して、設計値との比較による寸法検査と、設計指示されている開先位置の製品へのケガキ(罫がき)作業、両端の余長部が長い場合での余長部の切断加工を行った後、開先加工を行っている。
【０００６】
ここで、この従来技術による寸法検査では、曲げ加工終了後の曲管の直管部分の長さと曲げ角度を、作業員が作業盤上でスケールなどの計測具を用い測定し、指定寸法及び曲げ角度が、配管施工図に図示してある公差内に収まっているか否かを判定するものである。
【０００７】
以下、この曲管のことを単に配管というが、以上のようにして、寸法検査に合格した配管(曲管)は、配管施工図に図示された開先加工面に対応する曲管表面の複数点に、ケガキ針によるケガキ作業が施こされるが、このケガキ作業に際しては、据付時の曲げ角度誤差が吸収できるような開先面の設定を実施する。
【０００８】
また、このとき開先加工位置までの余長部がかなり長い場合には、開先加工時間を短縮するため、予め余長部が適切な長さになるように切断した後、開先加工機にケガキを基準にしてセットし、開先加工作業を行うのが一般的である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、配管組み立ての下拵え作業における寸法検査とケガキ位置の測定が手作業に依存している点に配慮がされておらず、作業工数が多く製作リードタイムの短縮が困難であるという問題があった。
すなわち、従来技術では、寸法検査とケガキ位置の測定が定盤上での手による作業であることから、多くの作業工程を要する上、大きな誤差を伴い易い。
【００１０】
また、検査記録も全て手作業になっていることから、記録の転記にも多大の工数を必要とし、このとき誤記の有無のチェックも必要となり、それらが製作リードタイムの短縮についての隘路事項になってしまうのである。
【００１１】
また、このように、手作業であることから、曲げ角度誤差の吸収に必要な開先面の補正作業についての精度もそれほど期待できず、実際の据付時に接続される配管の取り合い位置が大きくずれてしまうという課題を有しており、そのため据付現場における計画の見直しなど変更処理業務が発生し、これも従来技術での配管据付工程を遅延させる要因の一つとなっている。
【００１２】
本発明の目的は、寸法検査、ケガキ位置の指定作業を自動化することで、作業時間を大幅に短縮でき、製品の品質と安全性の向上に寄与できる配管寸法測定システムを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、測定対象配管の表面をレーザ光で走査して、該測定対象配管の３次元モデルを作成する手段と、前記３次元モデルの表面位置データを設計データと照合し、前記測定対象配管の曲げ角度、長さが設計公差内に収まっているのかを検証する手段と、設定された配管の開先面輪郭の位置データと前記配管の表面位置データから、前記配管の開先面上で且つ当該配管表面上の点の方向を算出し、その位置に向けてレーザ光を照射する手段とが設けられていることにより達成される。
【００１４】
このとき、前記測定対象配管の直管部分の長さを設定する手段と、前記測定対象配管の両端の開先面の向きを設計された開先面に適合させる手段とを設け、前記開先面の面間距離を設計値に一致させるようにしてもよい。
【００１５】
また、このとき、現地で据付けた配管の取合い面を測定する手段と、前記開先面の面間距離と当該開先面の向きが現地の取合いに一致するように配管開先面の設定をする手段とが設けられているようにしてもよい。
【００１６】
こ結果、例えば、本発明では、配管の寸法測定にレーザを用いた形状測定装置を用い、レーザ測定により得られた配管モデルの寸法と、設計データベースから引き出した設計情報を比較し、測定した配管の寸法が設計情報との公差内にあるかを判定する装置により構成され、自動で配管の寸法検査を実施することが特徴とする。
【００１７】
また、本発明では、立体曲げ加工後の配管をレーザ光測定装置により配管表面の点を測定し、数値制御部において配管の直管部長さと曲げ角度を算出した結果が、測定寸法が設計データベースなどに持っている設計寸法の公差内にあるかどうかを判定し、検査結果を電子データとして出力することができるため、検査記録の記入作業、管理作業の合理化が可能となる。
【００１８】
次に、本発明では、上記で問題のなかった配管について、曲げ加工後の配管両端の、開先面の面間寸法が設計値の面間寸法とできるだけ一致するように直管部長さを適切に補正し、開先面の向きについては、両端の開先面が設計値の取り合いにフィットするような面の設定する手段を備えることを特徴とし、この結果、曲げ加工で生じた加工誤差を補正して、据付時に取合い面とフィットするような開先面を設定することが可能となる。
【００１９】
更に、本発明では、設定する開先面の面間寸法と開先面の向きを設計値と合致させるのではなく、現地で施工した配管の取合い面の面間寸法と開先面の向きを測定した結果と合致させる手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、現地での据付作業が進捗し、当該曲げ管の両端が決定した状態で、据付誤差を持った取合い面に対してフィットするような、適切な開先面を設定することが可能となる。
【００２１】
また、本発明では、開先面の輪郭線上の、任意の複数点の位置を算出し、その位置に向けてレーザ光を照射する演算処理装置をもつことを特徴とする。
本発明によれば、開先面にある配管表面上の点に向けてレーザが照射されるので、レーザの位置に合わせてケガキすることで、開先面を指示するためのケガキを正確かつ迅速に行うことが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による配管寸法測定システムについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を設置して測定状態にした場合の一例を示したもので、ここで、１が測定対象である配管(曲管)で、例えば図示のように立体曲げ加工されているものである。
【００２３】
次に、２はレーザ測定装置で、レーザ光の照射部と受光部を備え、走査機構３により矢印Ｈで示す水平方向と矢印Ｖで示す垂直方向に動かされ、レーザ光照射イメージ１０で示すように、配管１にレーザ光を照射し、レーザ測定装置２から配管１の表面の各測定点までの距離を計測する。
このとき、レーザ測定装置２と走査機構３は、ネットワーク４を介して、演算処理装置５により制御される。
【００２４】
そして、レーザ測定装置２の走査方向を表わす情報と、レーザ測定装置２から得られた配管１の表面の各測定点までの距離を表わす情報は、ネットワーク４を介して演算処理装置５に送られ、ここで配管１の円筒と中心線を持つ３Ｄモデルが得られる。
【００２５】
このとき、演算処理装置５では、計測された配管１の寸法と、設計データベース６からＬＡＮ７を介して引き出された当該配管の設計寸法を比較し、公差内に収まっているのかを検証する。そして、検査結果はプロッタ８により出力することができる。
【００２６】
この後、演算処理装置５は、寸法検査によって得られた寸法と、設計寸法、又はプラントなどの現地に据付け済みの配管(アズビルト配管と呼ばれることもある)情報とから適切な開先面を演算し、配管１の該当する開先面に向けてレーザ光が照射できるようにするため、この開先面の演算結果に基づいて、走査機構３に走査方向を制御する信号を供給し、レーザ測定装置２から配管１にレーザ光を照射し、レーザ光点を該当する開先面位置に映出させる。
【００２７】
図２は、上記のようにして計測され、得られた立体曲げ配管の寸法データを表わすモデル１Ｍを示したものであるが、ここで、配管１の寸法検査で得られる値として、図示のような２回曲げ配管の場合は、各直管部分の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、各曲げ部分の角度θ１、θ２、θ３がある。
【００２８】
このとき、通常のプラント用では、曲げ加工後の配管の両端部に開先加工を施すのが通例なので、その端部１２は長めに作られており、このため、曲げ加工後の寸法検査で重要になるのは、長さＬ２と角度θ１、θ２、θ３である。
【００２９】
ここで、この図２は、配管の測定によって得られた、レーザ測定装置２からの距離と、走査機構３による照射方向のデータから、演算処理装置５の処理によって、配管表面の計測点の座標が得られ、計測点を走査することによって得られる配管表面上の点座標の集合(クラウド)から、前述の寸法データを得るための解説図である。
【００３０】
ところで、図２に示した各々の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３と角度θ１、θ２、θ３を求めるためには、レーザ測定装置２から見渡せる配管１の全面を計測する必要はなく、直管部分の代表区間▲１▼と▲２▼、▲３▼の３箇所と、端面の部分▲４▼と▲５▼を測定すればよい。
【００３１】
すなわち、直管部分の代表区間▲１▼、▲２▼、▲３▼のクラウドから、グローバル誤差最小化法を用い、それらを最もよく近似する円筒のモデルを算出することにより、まず、円筒の中心軸のなす角度θ１、θ２、θ３と、長さＬ２を求めることができ、次に、端面１２と円筒の中心軸の交点から円筒中心軸上にある配管の端点を決定し、それらの結果から長さＬ１、Ｌ３を得ることができる。
【００３２】
図３は、このときの本発明の実施形態による寸法検査の作業フローを示したもので、まず、寸法測定を行う配管を定盤上に固定し(ステップＳ１)、配管を効率よく測定できる位置にレーザ測定装置２を設置する(ステップＳ２)。
【００３３】
次に、レーザ測定装置２に所定の較正作業(キャリブレーション)を施し(ステップＳ３)、その後、配管の寸法計測を行う(ステップＳ４)。そして、計測した測定データはネットワーク４を介して演算処理装置５に供給される。
【００３４】
演算処理装置５では、入力された測定データに基づいてクラウドを得、近似円筒からなる３次元モデルを算出し、配管の軸の像を得ることにより、配管の寸法である長さＬ２と角度θ１、θ２、θ３を求める(ステップＳ５)。
【００３５】
次いで演算処理装置５は、ＬＡＮ７を介して、３次元設計データベース６から各データＬ２、θ１、θ２、θ３の設計値を引き出し、計測寸法が予め設定してある設計値の公差内に収まっているか否かを判定する(ステップＳ６)。
【００３６】
ここで、計測寸法が設計値の公差内に収まっていたときは、次のステップに進み、計測寸法が設計の公差内に収まっていない場合は、当該配管の再生が指示が出される(ステップＳ７)。また、このときの計測結果と判定結果は、何れの場合もプロッタ８により出力され(ステップＳ７)、検査記録として残される。
【００３７】
寸法計測の結果、公差内に収まっていた配管については、測定データと配管設計寸法のデータをもとに開先面の位置と、その方向の設定演算を行い(ステップＳ８)、開先面の位置が設定されたら、開先面と配管表面の交線(開先加工線)上に任意の数点を設定し(ステップＳ９)、それらの点にレーザ光を照射させるのに必要な走査方向の演算を行う(ステップＳ１０)。
【００３８】
そして、レーザ測定装置２によるレーザ光の照射方向を制御し、その方向に向けてレーザ光を照射し、レーザ光が配管１に当り、光点が現われている位置に合せてケガキを実施する(ステップＳ１１)のである。
これらのステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１の作業を数回繰り返し、開先加工位置がケガキされた配管１は、次の程に送られることになる。
【００３９】
ところで、以上は、プラントなどに新たに配管を行う場合であるが、上記したアズビルト配管の開先面に、適合(フィット)させるべき配管１の開先面を指定する場合は、基本的には上記の場合と同じであるが、この場合は、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５と同じ作業を現地で行うようにする。
【００４０】
つまり、この場合は、現地にあるアズビルト配管の、対象配管１と取合う両端面がよく見える位置に、レーザ測定装置２などの３次元測定装置を設置し(ステップＳ１２)、較正した後(ステップＳ１３)、取合い両端面付近の３次元測定を実施する(ステップＳ１４)のである。
【００４１】
そして、これにより、まず、アズビルト配管の端部のモデルを作成し(ステップＳ１５)、次いで、この端部のモデルに基づいて仮の設計モデルを作成(ステップＳ１６)する。そして、この後、この仮の設計モデルをベースにして、曲げ管の開先面の設定を行うのである。
従って、この場合も、ステップＳ１６以降は、上記のステップＳ８からステップＳ１１の処理により開先面の設定を行うことになる。
【００４２】
次に、この実施形態において、計測された曲管モデル１Ｍの寸法測定値から開先面の位置と方向を求める方法について、図４により説明する。
まず、ここでは、曲管寸法の設計値を表すため、端部の開先加工を行う面と配管の中心軸の交点をＡ、この交点Ａから最初の曲げ部の仮想交点をＢ、第２の曲げ部の仮想交点をＣ、交点Ａと反対の開先加工を行う面と、配管の中心軸の交点をＤとする。
【００４３】
次に、配管の寸法測定を行った結果、得られる３次元モデルの、設計値に対応する点をそれぞれ、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１及びＤ１とする。ここで、寸法検査に合格した配管に対して各点Ａ１、Ｄ１の位置を決定する必要がある。
【００４４】
また、配管の据付時に要求される主要寸法として、取り合い点となる面間寸法ＡＤがあり、開先位置を決定するときは、これを可能な限り設計値に一致させる必要がある。
【００４５】
また、取り合い位置Ａ１、Ｄ１を決定する方法としては、ＡＤ＝Ａ１Ｄ１で、且つＡＢ：Ａ１Ｂ１＝ＣＤ：Ｃ１Ｄ１となるように、各点を設定する方法があるが、この場合は、直管部長さＡ１Ｂ１及びＣ１Ｄ１がそれぞれ許容される寸法公差内にあることを確認する必要がある。
【００４６】
そして、少なくとも何れか一方が許容公差内にない場合には、面間距離Ａ１Ｄ１を許容誤差範囲内で変化させ、Ａ１Ｄ１≒ＡＤ、ＡＢ：Ａ１Ｂ１＝ＣＤ：Ｃ１Ｄ１で再設定し、Ａ１Ｂ１及びＣ１Ｄ１が共に公差内に収まるように各点を設定する作業を繰り返し、直管部長さＡ１Ｂ１及びＣ１Ｄ１がそれぞれ許容される寸法公差内になったところでＡ１、Ｂ１の位置を決定する。
【００４７】
次に、同じく図４を用いて、今度は開先面の向きを設定する方法について説明する。
この場合、設計値からなるモデルの各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは座標上に固定し、ここで、点Ａ、Ｄでの開先面をそれぞれ平面ＰＡ、平面ＰＤとする。このとき、通常は、ＡＢ⊥ＰＡ、ＤＣ⊥ＰＤである。
【００４８】
ここで、ＡＤ＝Ａ１Ｄ１の場合、計測によって得られたモデルをＡ＝Ａ１、Ｄ＝Ｄ１となるように配置し、ＡＤ≠Ａ１Ｄ１であった場合は、点Ａ１、Ｄ１を、直線ＡＤ上で、且つＡ、１Ａ＝Ｄ、１Ｄとなるように配置する(但しＡ１はＡ側に配置する)。このとき、点Ｂ１、Ｃ１は直線Ａ１Ｄ１を軸とした円弧ＲＢ、ＲＣ上を回転することができるだけの自由度を持っている。
【００４９】
ここで、いま、点Ｃ１を、点ＡＢＣを含む平面上の、直線ＡＤに対してＣ側に配置したとすると、線分ＤＣと線分Ｄ１Ｃ１のなす角を最小値にすることができる。
通常、配管曲げ加工の角度公差は０．５°程度であるので、Ｃ１点から点Ｃまでの距離か最小になるように設定すれば、Ｂ１点もある程度、点Ｂに近い位置に配置される。
【００５０】
こうして、配置位置が決まった点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１及びＤ１に対して、線分Ａ１Ｂ１を軸とする直管と平面ＰＡの交線及び線分Ｃ１Ｄ１を軸とする直管と平面ＰＤの交線が、求める開先の輪郭であり、この輪郭に合せて開先加工を行えば、据付時に、配管の取合い位置と取合い開先面の角度をフィットさせることができる。
【００５１】
図５は、本発明の実施形態において、開先面の位置と方向を求めるためのプログラムの一例を示すフローチャートである。
まず、レーザ測定によって得られた計測値の中の点Ｂ１、Ｃ１の座標と直線Ａ１Ｂ１及び直線Ｃ１Ｄ１の方向を取り込む。一方、設計モデルのデータからは、の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの座標のデータを取り込む(ステップＳＡ１)。
【００５２】
次に、点Ａ１、Ｄ１をそれぞれ計測モデルの直管部分で移動させ、Ａ１Ｄ１＝ＡＤ、ＡＢ：Ａ１Ｂ１＝ＣＤ：Ｃ１Ｄ１となる点Ａ１、Ｄ１を設定する(ステップＳＡ２)。
【００５３】
ここで、直線Ａ１Ｂ１と直線Ｃ１Ｄ１が共に予め設定されている設計公差内に入っている場合は、そのまま次のステップに進むが、少なくとも一方が設計公差内に入っていない場合には、点Ａ１、Ｄ１の再設定を行う。すなわち、直線ＡＤの設計公差より十分小さい値の角度ΔＬを任意に設定し、点Ａ１、Ｄ１を計測モデルの直管部で移動させて、Ａ１Ｄ１＝ＡＤ±ｎΔＬ(ｎ＝１、２、３、・・・)となるように設定するのである(ステップＳＡ４)。
【００５４】
これを直線Ａ１Ｂ１とＣ１Ｄ１が共に予め設定された設計公差内に収まるまで繰り返し計算を行い、設計公差内に収まったところで次のステップ、すなわちステップＳＡ５に移行する。
【００５５】
このステップＳＡ５では、次の処理を実行する。
まず、上記のステップにより得られた点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１の座標を、適当な平行移動と回転移動をさせることにより、直線Ａ１Ｂ１、Ｃ１Ｄ１の形状を保ったまま、点Ａ１を点Ａ上に、点Ｂ１を点Ｂ上に移動させる。但し、このときＡＢ≠Ａ１Ｂ１の場合は、点Ａ１、Ｂ１を直線ＡＢ上で、且つ直線Ａ１Ｂ１の中点と、直線ＡＢの中点が一致するように配置する。
【００５６】
そして、こうして移動された各点の座標をＡ１’、Ｂ１’、Ｃ１’、Ｄ１’とする。但し、点Ｃ１’、Ｄ１’の位置は直線ＡＤを軸として回転可能なので、一意には決まらない。そこで、点Ｃ１’が点Ａ、Ｂ、Ｃを含む平面上の点で、かつ直線ＡＤに対してＣ側にあるように設定してやる。
【００５７】
こうして、Ａ１→Ａ１’、Ｂ１→Ｂ１’、Ｃ１→Ｃ１’、Ｄ１→Ｄ１’と移動させることによって開先面を設定するための座標に、測定した３次元モデルを移動する(ステップＳＡ５)のである。
【００５８】
この座標系で、直管部の点Ａ１’Ｂ１’と、点Ｃ１’Ｄ１’を軸とする配管１の円筒と開先平面ＰＡ、ＰＤの交線を求めることにより、開先加工を表す曲線(楕円)が得られ(ステップＳＡ６)、この曲線を先程の点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１から点Ａ１’、Ｂ１’、Ｃ１’、Ｄ１’に移した変換の逆変換により移動させることにより、求める３次元モデルでの開先面の輪郭の像を得ることができる(ステップＳＡ７)。
【００５９】
次に、図６はアズビルト配管を対象として、現地での据付状態の測定から開先面の設定を行うまでのプログラムのフローチャートである。
ここで、上記したように、アズビルト配管の３次元モデルを測定する場合、異なるのは測定対象が配管ではなく、据付けられた配管の取合い部分であるという点だけで、測定システムの配置は基本的には図１に準ずる。
【００６０】
図７は、この場合の３次元計測により得られたアズビルト配管１３のモデルから、仮の設計モデルを設定するための説明図で、図１に示したレーザを用いた寸法計測などの３次元計測により、現地の取合い配管の開先面の位置と、配管の軸のモデルが得られる。
【００６１】
そして、この図７において、取合い部の直管の軸と開先平面の交点で、配管の設計値モデルの端点Ａ、Ｄに対応する点を、夫々点Ａ２、Ｄ２とする。
【００６２】
図６に戻り、まず、上記した点Ａ２、Ｄ２の座標と、配管の軸のデータを取り込む(ステップＳＢ１)。
【００６３】
次に、点Ａ２、Ｄ２から、それぞれの取合い配管１３の、軸の延長線上で、距離ＡＢ、ＣＤだけ離れた点をそれぞれＢ２、Ｃ２とし、その座標を演算する(ステップＳＢ２)。但し、距離ＡＢ、ＣＤは、夫々曲管(配管１)の設計寸法から得られる。ここで、取合い配管１３の開先面をＰＡ２、ＰＤ２とするが、通常、Ａ２Ｂ２⊥ＰＡ２、Ｄ２Ｃ２⊥ＰＤ２である。
【００６４】
次に、こうして得られた点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の座標データと開先面ＰＡ２、ＰＤ２のデータを設計値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの代りに、仮の設計モデルの座標として出力し(ステップＳＢ３)、更に、図５のフローチャート中、ステップＳＡ１〜ＳＡ７の処理に代入し、開先面設定のプログラムを実行させる(ステップＳＡ４)ことにより、アズビルト配管データに適合する開先面の設定を行うことができる。
【００６５】
次に、図３におけるステップＳ８〜ステップＳ１１による処理について、図８を用いて説明する。
この図８において、まず１４は、この実施形態において、レーザにより配管端面近辺を走査して得られた点集合、すなわちクラウドを示したものである。
【００６６】
そして、このクラウド１４の中から、ステップＡ８の処理で得られた開先面の輪郭の像１５の近傍で、開先輪郭をまたいで存在する距離の近い任意の２点１６を選び出し、これらの点１６を結ぶ直線と開先輪郭の交点の座標を演算する(ステップＳ９)。
【００６７】
このときの交点は、図１から明らかなように、レーザ測定装置２によるレーザの照射が可能な配管１の表面上にある点であるから、この座標点に向けてレーザ光を照射するように、演算処理５により走査角度を逆演算し(ステップＳ１０)、走査機構３を制御し、レーザ測定装置２をその方向に向け、開先輪郭上のある１点に向けてレーザ光を照射させ、レーザ光点により指示された位置にケガキ作業を施すのである(ステップＳ１１)。
【００６８】
これらステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１の処理は複数回繰り返され、開先面を指定するためのケガキが行われ、この結果、ケガキ線で開先位置が描かれた配管１を得ることができ、この後、開先加工工程に送られるのである。
【００６９】
従って、この実施形態によれば、立体曲管の寸法測定が自動的に行われ、設計値との比較検査記録が出力できるので、寸法測定作業を迅速且つ正確に行うことができ、検査記録の管理の効率化が図れる。
【００７０】
また、加工によって生じた曲げ角度誤差を吸収するための開先面も自動的に設定され、開先面がレーザ光点により指示されるので、ケガキ作業の精度と効率が大幅に向上される。
【００７１】
次に、図９は、本発明の一実施形態による測定システムの詳細ブロック図で、図において、設計データベース６とＬＡＮ７、プロッタ８、それにネットワークーク９は、図１と同じである。
【００７２】
そして、まず、この図９におけるレーザ検出器２Ａとレーザ照射装置２Ｂが、図１のレーザ測定装置２に含まれ、鉛直面内仰角ポテンションメータ３Ａと水平面内回転角ポテンションメータ３Ｂ、それにサーボモータ３Ｃが走査機構３に含まれている。
【００７３】
また、この図９のＡ／Ｄ変換器５Ａとインプット・ボード５Ｂ、制御用パソコン５Ｃ、演算・制御ソフト５Ｄ、アウトプット・ボード５Ｅ、それにＤ／Ａ変換器５Ｆが、図１の演算処理装置５に含まれる。
【００７４】
鉛直面内仰角ポテンションメータ３Ａと水平面内回転角ポテンションメータ３Ｂにより検出されたレーザ光の照射方向を決める走査機構３の仰角と方位を表わす情報と、レーザ検出器２Ａで検出された距離情報はＡ／Ｄ変換器５Ａに入力され、ディジタル変換された上でインプットボード５Ｂを介して制御用パソコン５Ｃに取り込まれる。
【００７５】
レーザ光検出器２Ａから制御用パソコン５Ｃに取り込まれた波形データは、内蔵されている演算・制御ソフト５Ｄにより処理され、レーザ光照射装置２Ｂから照射点までの距離に演算された後、この距離と方位のデータから座標点に演算され、座標点の集合であるクラウドから配管の近似円筒モデルが作成される。
【００７６】
また、制御用パソコン５Ｃは、設計データベース６からＬＡＮ７を経由して配管製作用の設計情報を取り込み、内蔵される演算・制御ソフト５Ｄにより、曲管寸法の測定値が設計値の公差内に収まっているかの検証を行い、ネットワークーク９を介して結果をプロッタ２６に供給し、検査記録として出力させる。
【００７７】
更にまた、制御用パソコン５Ｃは、その演算・制御ソフト５Ｄにより、配管寸法の測定結果から適切な開先面を演算し、開先面上の点にレーザ光を照射するために必要な制御データを出力する。
【００７８】
そして、この出力データは、アウトプットボード５ＥからＤ／Ａ変換器５Ｆを経由し、アナログ信号として走査機構３のサーボモータ３Ｃに供給され、この結果、走査機構３によりレーザ照射装置２Ｂからのレーザ照射方向が制御され、レーザ照射装置２Ｂからレーザを配管１に照射することにより、レーザ光点によるケガキ位置の指示が得られることになる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によるレーザを用いた配管寸法測定システムによれば、立体曲管の寸法測定が自動的に得られ、設計値との比較検査記録が出力できるので、寸法測定作業を迅速且つ正確に行うことができ、検査記録の管理の効率化が図れる。
【００８０】
また、加工によって生じた曲げ角度の誤差を吸収するための開先面が容易に設定でき、開先面をレーザ光点により指示させることができるので、ケガキ作業の精度と効率が大幅に向上される。
【００８１】
更に、開先面が現地の据付け状態に合せて設定できるので、現地での据付け精度の向上が図れ、この結果、配管組み立ての下拵え作業工数が大幅に削減され、製品の品質とコスト削減効果が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による配管寸法測定システムの一実施形態の設置状態の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態による配管の計測部位と、測定によって得られる立体曲げ配管モデルの説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による作業処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による開先加工位置設定処理の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態による開先面設定用プログラムの一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態によるアズビルト配管のモデルから開先面を設定するプログラムのフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態によるアズビルト配管のモデルから仮の設計配管モデル設定する処理の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態によりレーザ測定で得られた配管表面のクラウドと設定された開先面輪郭とからレーザを照射する位置を設定する処理の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態によるシステムの一例を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１ 配管(曲管)
１Ｍ 曲管モデル
２ レーザ測定装置
３ 走査機構
４ ネットワーク
５ 演算処理装置
６ 設計データベース
７ ＬＡＮ
８ プロッタ
９ ネットワーク
１０ レーザ照射イメージ
１２ 曲管の端部
１３ アズビルト配管のモデル
１４ 開先面の輪郭近傍のクラウド
１５ 開先面の輪郭
１６ 開先輪郭をまたいで存在する距離の近い２点
２Ａ レーザ検出器
２Ｂ レーザ照射装置
３Ａ 鉛直面内仰角ポテンションメータ
３Ｂ 水平面内回転角ポテンションメータ
３Ｃ サーボモータ
５Ａ Ａ／Ｄ変換器
５Ｂ インプットボード
５Ｃ 制御用パソコン
５Ｄ 演算・制御ソフト
５Ｅ アウトプットボード
５Ｆ Ｄ／Ａ変換器
Ｖ 水平面内の回転(方位)
Ｈ 鉛直面内の回転(仰角)
▲１▼、▲２▼、▲３▼ 曲管の直管部分のモデル
▲４▼、▲５▼ 曲管の端部のモデル
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体曲げ加工された配管の寸法測定システムに係り、特に原子力発電プラントや火力発電プラントなどにおける配管の寸法計測に好適な寸法測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電プラントや火力発電プラントなどの大型のプラント設備では、その容量にもよるが、一般に大径の管による大規模な立体配管路の設置を要し、しかも、その曲げ部分が立体的になっていることもあり、従って、プラント設置の現場での管材の曲げ加工は極めて困難である。
【０００３】
そこで、配管に必要な管路を、立体的な曲げ加工を要する曲げ管部分と、直線のままの部分に分け、曲げ管部分については、予め工場などで曲げ加工して曲管とした上で設置箇所に運び込み、同じく予め所定の長さに加工してある直管と接合して、必要な配管路を作成するという工法が広く採用されている。
【０００４】
ここで、これら直管や曲管を作成し用意することを、配管組み立ての下拵え作業というが、このとき、立体曲げ加工された曲管については、その寸法測定が不可欠であり、従って、配管組み立ての下拵え作業には、この寸法測定も含まれている。
【０００５】
ところで、この配管組み立ての下拵え作業における寸法測定について、従来技術では、高周波ベンダやコールドベンダなどの曲げ加工装置で２回以上曲げ加工を行った曲管に対して、設計値との比較による寸法検査と、設計指示されている開先位置の製品へのケガキ(罫がき)作業、両端の余長部が長い場合での余長部の切断加工を行った後、開先加工を行っている。
【０００６】
ここで、この従来技術による寸法検査では、曲げ加工終了後の曲管の直管部分の長さと曲げ角度を、作業員が作業盤上でスケールなどの計測具を用い測定し、指定寸法及び曲げ角度が、配管施工図に図示してある公差内に収まっているか否かを判定するものである。
【０００７】
以下、この曲管のことを単に配管というが、以上のようにして、寸法検査に合格した配管(曲管)は、配管施工図に図示された開先加工面に対応する曲管表面の複数点に、ケガキ針によるケガキ作業が施こされるが、このケガキ作業に際しては、据付時の曲げ角度誤差が吸収できるような開先面の設定を実施する。
【０００８】
また、このとき開先加工位置までの余長部がかなり長い場合には、開先加工時間を短縮するため、予め余長部が適切な長さになるように切断した後、開先加工機にケガキを基準にしてセットし、開先加工作業を行うのが一般的である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、配管組み立ての下拵え作業における寸法検査とケガキ位置の測定が手作業に依存している点に配慮がされておらず、作業工数が多く製作リードタイムの短縮が困難であるという問題があった。
すなわち、従来技術では、寸法検査とケガキ位置の測定が定盤上での手による作業であることから、多くの作業工程を要する上、大きな誤差を伴い易い。
【００１０】
また、検査記録も全て手作業になっていることから、記録の転記にも多大の工数を必要とし、このとき誤記の有無のチェックも必要となり、それらが製作リードタイムの短縮についての隘路事項になってしまうのである。
【００１１】
また、このように、手作業であることから、曲げ角度誤差の吸収に必要な開先面の補正作業についての精度もそれほど期待できず、実際の据付時に接続される配管の取り合い位置が大きくずれてしまうという課題を有しており、そのため据付現場における計画の見直しなど変更処理業務が発生し、これも従来技術での配管据付工程を遅延させる要因の一つとなっている。
【００１２】
本発明の目的は、寸法検査、ケガキ位置の指定作業を自動化することで、作業時間を大幅に短縮でき、製品の品質と安全性の向上に寄与できる配管寸法測定システムを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、測定対象配管の表面をレーザ光で走査して、該測定対象配管の３次元モデルを作成する手段と、前記３次元モデルの表面位置データを設計データと照合し、前記測定対象配管の曲げ角度、長さが設計公差内に収まっているのかを検証する手段と、設定された配管の開先面輪郭の位置データと前記配管の表面位置データから、前記配管の開先面上で且つ当該配管表面上の点の方向を算出し、その位置に向けてレーザ光を照射する手段とが設けられていることにより達成される。
【００１４】
このとき、前記測定対象配管の直管部分の長さを設定する手段と、前記測定対象配管の両端の開先面の向きを設計された開先面に適合させる手段とを設け、前記開先面の面間距離を設計値に一致させるようにしてもよい。
【００１５】
また、このとき、現地で据付けた配管の取合い面を測定する手段と、前記開先面の面間距離と当該開先面の向きが現地の取合いに一致するように配管開先面の設定をする手段とが設けられているようにしてもよい。
【００１６】
こ結果、例えば、本発明では、配管の寸法測定にレーザを用いた形状測定装置を用い、レーザ測定により得られた配管モデルの寸法と、設計データベースから引き出した設計情報を比較し、測定した配管の寸法が設計情報との公差内にあるかを判定する装置により構成され、自動で配管の寸法検査を実施することが特徴とする。
【００１７】
また、本発明では、立体曲げ加工後の配管をレーザ光測定装置により配管表面の点を測定し、数値制御部において配管の直管部長さと曲げ角度を算出した結果が、測定寸法が設計データベースなどに持っている設計寸法の公差内にあるかどうかを判定し、検査結果を電子データとして出力することができるため、検査記録の記入作業、管理作業の合理化が可能となる。
【００１８】
次に、本発明では、上記で問題のなかった配管について、曲げ加工後の配管両端の、開先面の面間寸法が設計値の面間寸法とできるだけ一致するように直管部長さを適切に補正し、開先面の向きについては、両端の開先面が設計値の取り合いにフィットするような面の設定する手段を備えることを特徴とし、この結果、曲げ加工で生じた加工誤差を補正して、据付時に取合い面とフィットするような開先面を設定することが可能となる。
【００１９】
更に、本発明では、設定する開先面の面間寸法と開先面の向きを設計値と合致させるのではなく、現地で施工した配管の取合い面の面間寸法と開先面の向きを測定した結果と合致させる手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、現地での据付作業が進捗し、当該曲げ管の両端が決定した状態で、据付誤差を持った取合い面に対してフィットするような、適切な開先面を設定することが可能となる。
【００２１】
また、本発明では、開先面の輪郭線上の、任意の複数点の位置を算出し、その位置に向けてレーザ光を照射する演算処理装置をもつことを特徴とする。
本発明によれば、開先面にある配管表面上の点に向けてレーザが照射されるので、レーザの位置に合わせてケガキすることで、開先面を指示するためのケガキを正確かつ迅速に行うことが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による配管寸法測定システムについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を設置して測定状態にした場合の一例を示したもので、ここで、１が測定対象である配管(曲管)で、例えば図示のように立体曲げ加工されているものである。
【００２３】
次に、２はレーザ測定装置で、レーザ光の照射部と受光部を備え、走査機構３により矢印Ｈで示す水平方向と矢印Ｖで示す垂直方向に動かされ、レーザ光照射イメージ１０で示すように、配管１にレーザ光を照射し、レーザ測定装置２から配管１の表面の各測定点までの距離を計測する。
このとき、レーザ測定装置２と走査機構３は、ネットワーク４を介して、演算処理装置５により制御される。
【００２４】
そして、レーザ測定装置２の走査方向を表わす情報と、レーザ測定装置２から得られた配管１の表面の各測定点までの距離を表わす情報は、ネットワーク４を介して演算処理装置５に送られ、ここで配管１の円筒と中心線を持つ３Ｄモデルが得られる。
【００２５】
このとき、演算処理装置５では、計測された配管１の寸法と、設計データベース６からＬＡＮ７を介して引き出された当該配管の設計寸法を比較し、公差内に収まっているのかを検証する。そして、検査結果はプロッタ８により出力することができる。
【００２６】
この後、演算処理装置５は、寸法検査によって得られた寸法と、設計寸法、又はプラントなどの現地に据付け済みの配管(アズビルト配管と呼ばれることもある)情報とから適切な開先面を演算し、配管１の該当する開先面に向けてレーザ光が照射できるようにするため、この開先面の演算結果に基づいて、走査機構３に走査方向を制御する信号を供給し、レーザ測定装置２から配管１にレーザ光を照射し、レーザ光点を該当する開先面位置に映出させる。
【００２７】
図２は、上記のようにして計測され、得られた立体曲げ配管の寸法データを表わすモデル１Ｍを示したものであるが、ここで、配管１の寸法検査で得られる値として、図示のような２回曲げ配管の場合は、各直管部分の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、各曲げ部分の角度θ１、θ２、θ３がある。
【００２８】
このとき、通常のプラント用では、曲げ加工後の配管の両端部に開先加工を施すのが通例なので、その端部１２は長めに作られており、このため、曲げ加工後の寸法検査で重要になるのは、長さＬ２と角度θ１、θ２、θ３である。
【００２９】
ここで、この図２は、配管の測定によって得られた、レーザ測定装置２からの距離と、走査機構３による照射方向のデータから、演算処理装置５の処理によって、配管表面の計測点の座標が得られ、計測点を走査することによって得られる配管表面上の点座標の集合(クラウド)から、前述の寸法データを得るための解説図である。
【００３０】
ところで、図２に示した各々の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３と角度θ１、θ２、θ３を求めるためには、レーザ測定装置２から見渡せる配管１の全面を計測する必要はなく、直管部分の代表区間▲１▼と▲２▼、▲３▼の３箇所と、端面の部分▲４▼と▲５▼を測定すればよい。
【００３１】
すなわち、直管部分の代表区間▲１▼、▲２▼、▲３▼のクラウドから、グローバル誤差最小化法を用い、それらを最もよく近似する円筒のモデルを算出することにより、まず、円筒の中心軸のなす角度θ１、θ２、θ３と、長さＬ２を求めることができ、次に、端面１２と円筒の中心軸の交点から円筒中心軸上にある配管の端点を決定し、それらの結果から長さＬ１、Ｌ３を得ることができる。
【００３２】
図３は、このときの本発明の実施形態による寸法検査の作業フローを示したもので、まず、寸法測定を行う配管を定盤上に固定し(ステップＳ１)、配管を効率よく測定できる位置にレーザ測定装置２を設置する(ステップＳ２)。
【００３３】
次に、レーザ測定装置２に所定の較正作業(キャリブレーション)を施し(ステップＳ３)、その後、配管の寸法計測を行う(ステップＳ４)。そして、計測した測定データはネットワーク４を介して演算処理装置５に供給される。
【００３４】
演算処理装置５では、入力された測定データに基づいてクラウドを得、近似円筒からなる３次元モデルを算出し、配管の軸の像を得ることにより、配管の寸法である長さＬ２と角度θ１、θ２、θ３を求める(ステップＳ５)。
【００３５】
次いで演算処理装置５は、ＬＡＮ７を介して、３次元設計データベース６から各データＬ２、θ１、θ２、θ３の設計値を引き出し、計測寸法が予め設定してある設計値の公差内に収まっているか否かを判定する(ステップＳ６)。
【００３６】
ここで、計測寸法が設計値の公差内に収まっていたときは、次のステップに進み、計測寸法が設計の公差内に収まっていない場合は、当該配管の再生が指示が出される(ステップＳ７)。また、このときの計測結果と判定結果は、何れの場合もプロッタ８により出力され(ステップＳ７)、検査記録として残される。
【００３７】
寸法計測の結果、公差内に収まっていた配管については、測定データと配管設計寸法のデータをもとに開先面の位置と、その方向の設定演算を行い(ステップＳ８)、開先面の位置が設定されたら、開先面と配管表面の交線(開先加工線)上に任意の数点を設定し(ステップＳ９)、それらの点にレーザ光を照射させるのに必要な走査方向の演算を行う(ステップＳ１０)。
【００３８】
そして、レーザ測定装置２によるレーザ光の照射方向を制御し、その方向に向けてレーザ光を照射し、レーザ光が配管１に当り、光点が現われている位置に合せてケガキを実施する(ステップＳ１１)のである。
これらのステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１の作業を数回繰り返し、開先加工位置がケガキされた配管１は、次の程に送られることになる。
【００３９】
ところで、以上は、プラントなどに新たに配管を行う場合であるが、上記したアズビルト配管の開先面に、適合(フィット)させるべき配管１の開先面を指定する場合は、基本的には上記の場合と同じであるが、この場合は、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５と同じ作業を現地で行うようにする。
【００４０】
つまり、この場合は、現地にあるアズビルト配管の、対象配管１と取合う両端面がよく見える位置に、レーザ測定装置２などの３次元測定装置を設置し(ステップＳ１２)、較正した後(ステップＳ１３)、取合い両端面付近の３次元測定を実施する(ステップＳ１４)のである。
【００４１】
そして、これにより、まず、アズビルト配管の端部のモデルを作成し(ステップＳ１５)、次いで、この端部のモデルに基づいて仮の設計モデルを作成(ステップＳ１６)する。そして、この後、この仮の設計モデルをベースにして、曲げ管の開先面の設定を行うのである。
従って、この場合も、ステップＳ１６以降は、上記のステップＳ８からステップＳ１１の処理により開先面の設定を行うことになる。
【００４２】
次に、この実施形態において、計測された曲管モデル１Ｍの寸法測定値から開先面の位置と方向を求める方法について、図４により説明する。
まず、ここでは、曲管寸法の設計値を表すため、端部の開先加工を行う面と配管の中心軸の交点をＡ、この交点Ａから最初の曲げ部の仮想交点をＢ、第２の曲げ部の仮想交点をＣ、交点Ａと反対の開先加工を行う面と、配管の中心軸の交点をＤとする。
【００４３】
次に、配管の寸法測定を行った結果、得られる３次元モデルの、設計値に対応する点をそれぞれ、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１及びＤ１とする。ここで、寸法検査に合格した配管に対して各点Ａ１、Ｄ１の位置を決定する必要がある。
【００４４】
また、配管の据付時に要求される主要寸法として、取り合い点となる面間寸法ＡＤがあり、開先位置を決定するときは、これを可能な限り設計値に一致させる必要がある。
【００４５】
また、取り合い位置Ａ１、Ｄ１を決定する方法としては、ＡＤ＝Ａ１Ｄ１で、且つＡＢ：Ａ１Ｂ１＝ＣＤ：Ｃ１Ｄ１となるように、各点を設定する方法があるが、この場合は、直管部長さＡ１Ｂ１及びＣ１Ｄ１がそれぞれ許容される寸法公差内にあることを確認する必要がある。
【００４６】
そして、少なくとも何れか一方が許容公差内にない場合には、面間距離Ａ１Ｄ１を許容誤差範囲内で変化させ、Ａ１Ｄ１≒ＡＤ、ＡＢ：Ａ１Ｂ１＝ＣＤ：Ｃ１Ｄ１で再設定し、Ａ１Ｂ１及びＣ１Ｄ１が共に公差内に収まるように各点を設定する作業を繰り返し、直管部長さＡ１Ｂ１及びＣ１Ｄ１がそれぞれ許容される寸法公差内になったところでＡ１、Ｂ１の位置を決定する。
【００４７】
次に、同じく図４を用いて、今度は開先面の向きを設定する方法について説明する。
この場合、設計値からなるモデルの各点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは座標上に固定し、ここで、点Ａ、Ｄでの開先面をそれぞれ平面ＰＡ、平面ＰＤとする。このとき、通常は、ＡＢ⊥ＰＡ、ＤＣ⊥ＰＤである。
【００４８】
ここで、ＡＤ＝Ａ１Ｄ１の場合、計測によって得られたモデルをＡ＝Ａ１、Ｄ＝Ｄ１となるように配置し、ＡＤ≠Ａ１Ｄ１であった場合は、点Ａ１、Ｄ１を、直線ＡＤ上で、且つＡ、１Ａ＝Ｄ、１Ｄとなるように配置する(但しＡ１はＡ側に配置する)。このとき、点Ｂ１、Ｃ１は直線Ａ１Ｄ１を軸とした円弧ＲＢ、ＲＣ上を回転することができるだけの自由度を持っている。
【００４９】
ここで、いま、点Ｃ１を、点ＡＢＣを含む平面上の、直線ＡＤに対してＣ側に配置したとすると、線分ＤＣと線分Ｄ１Ｃ１のなす角を最小値にすることができる。
通常、配管曲げ加工の角度公差は０．５°程度であるので、Ｃ１点から点Ｃまでの距離か最小になるように設定すれば、Ｂ１点もある程度、点Ｂに近い位置に配置される。
【００５０】
こうして、配置位置が決まった点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１及びＤ１に対して、線分Ａ１Ｂ１を軸とする直管と平面ＰＡの交線及び線分Ｃ１Ｄ１を軸とする直管と平面ＰＤの交線が、求める開先の輪郭であり、この輪郭に合せて開先加工を行えば、据付時に、配管の取合い位置と取合い開先面の角度をフィットさせることができる。
【００５１】
図５は、本発明の実施形態において、開先面の位置と方向を求めるためのプログラムの一例を示すフローチャートである。
まず、レーザ測定によって得られた計測値の中の点Ｂ１、Ｃ１の座標と直線Ａ１Ｂ１及び直線Ｃ１Ｄ１の方向を取り込む。一方、設計モデルのデータからは、の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの座標のデータを取り込む(ステップＳＡ１)。
【００５２】
次に、点Ａ１、Ｄ１をそれぞれ計測モデルの直管部分で移動させ、Ａ１Ｄ１＝ＡＤ、ＡＢ：Ａ１Ｂ１＝ＣＤ：Ｃ１Ｄ１となる点Ａ１、Ｄ１を設定する(ステップＳＡ２)。
【００５３】
ここで、直線Ａ１Ｂ１と直線Ｃ１Ｄ１が共に予め設定されている設計公差内に入っている場合は、そのまま次のステップに進むが、少なくとも一方が設計公差内に入っていない場合には、点Ａ１、Ｄ１の再設定を行う。すなわち、直線ＡＤの設計公差より十分小さい値の角度ΔＬを任意に設定し、点Ａ１、Ｄ１を計測モデルの直管部で移動させて、Ａ１Ｄ１＝ＡＤ±ｎΔＬ(ｎ＝１、２、３、・・・)となるように設定するのである(ステップＳＡ４)。
【００５４】
これを直線Ａ１Ｂ１とＣ１Ｄ１が共に予め設定された設計公差内に収まるまで繰り返し計算を行い、設計公差内に収まったところで次のステップ、すなわちステップＳＡ５に移行する。
【００５５】
このステップＳＡ５では、次の処理を実行する。
まず、上記のステップにより得られた点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１の座標を、適当な平行移動と回転移動をさせることにより、直線Ａ１Ｂ１、Ｃ１Ｄ１の形状を保ったまま、点Ａ１を点Ａ上に、点Ｂ１を点Ｂ上に移動させる。但し、このときＡＢ≠Ａ１Ｂ１の場合は、点Ａ１、Ｂ１を直線ＡＢ上で、且つ直線Ａ１Ｂ１の中点と、直線ＡＢの中点が一致するように配置する。
【００５６】
そして、こうして移動された各点の座標をＡ１’、Ｂ１’、Ｃ１’、Ｄ１’とする。但し、点Ｃ１’、Ｄ１’の位置は直線ＡＤを軸として回転可能なので、一意には決まらない。そこで、点Ｃ１’が点Ａ、Ｂ、Ｃを含む平面上の点で、かつ直線ＡＤに対してＣ側にあるように設定してやる。
【００５７】
こうして、Ａ１→Ａ１’、Ｂ１→Ｂ１’、Ｃ１→Ｃ１’、Ｄ１→Ｄ１’と移動させることによって開先面を設定するための座標に、測定した３次元モデルを移動する(ステップＳＡ５)のである。
【００５８】
この座標系で、直管部の点Ａ１’Ｂ１’と、点Ｃ１’Ｄ１’を軸とする配管１の円筒と開先平面ＰＡ、ＰＤの交線を求めることにより、開先加工を表す曲線(楕円)が得られ(ステップＳＡ６)、この曲線を先程の点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１から点Ａ１’、Ｂ１’、Ｃ１’、Ｄ１’に移した変換の逆変換により移動させることにより、求める３次元モデルでの開先面の輪郭の像を得ることができる(ステップＳＡ７)。
【００５９】
次に、図６はアズビルト配管を対象として、現地での据付状態の測定から開先面の設定を行うまでのプログラムのフローチャートである。
ここで、上記したように、アズビルト配管の３次元モデルを測定する場合、異なるのは測定対象が配管ではなく、据付けられた配管の取合い部分であるという点だけで、測定システムの配置は基本的には図１に準ずる。
【００６０】
図７は、この場合の３次元計測により得られたアズビルト配管１３のモデルから、仮の設計モデルを設定するための説明図で、図１に示したレーザを用いた寸法計測などの３次元計測により、現地の取合い配管の開先面の位置と、配管の軸のモデルが得られる。
【００６１】
そして、この図７において、取合い部の直管の軸と開先平面の交点で、配管の設計値モデルの端点Ａ、Ｄに対応する点を、夫々点Ａ２、Ｄ２とする。
【００６２】
図６に戻り、まず、上記した点Ａ２、Ｄ２の座標と、配管の軸のデータを取り込む(ステップＳＢ１)。
【００６３】
次に、点Ａ２、Ｄ２から、それぞれの取合い配管１３の、軸の延長線上で、距離ＡＢ、ＣＤだけ離れた点をそれぞれＢ２、Ｃ２とし、その座標を演算する(ステップＳＢ２)。但し、距離ＡＢ、ＣＤは、夫々曲管(配管１)の設計寸法から得られる。ここで、取合い配管１３の開先面をＰＡ２、ＰＤ２とするが、通常、Ａ２Ｂ２⊥ＰＡ２、Ｄ２Ｃ２⊥ＰＤ２である。
【００６４】
次に、こうして得られた点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の座標データと開先面ＰＡ２、ＰＤ２のデータを設計値Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの代りに、仮の設計モデルの座標として出力し(ステップＳＢ３)、更に、図５のフローチャート中、ステップＳＡ１〜ＳＡ７の処理に代入し、開先面設定のプログラムを実行させる(ステップＳＡ４)ことにより、アズビルト配管データに適合する開先面の設定を行うことができる。
【００６５】
次に、図３におけるステップＳ８〜ステップＳ１１による処理について、図８を用いて説明する。
この図８において、まず１４は、この実施形態において、レーザにより配管端面近辺を走査して得られた点集合、すなわちクラウドを示したものである。
【００６６】
そして、このクラウド１４の中から、ステップＡ８の処理で得られた開先面の輪郭の像１５の近傍で、開先輪郭をまたいで存在する距離の近い任意の２点１６を選び出し、これらの点１６を結ぶ直線と開先輪郭の交点の座標を演算する(ステップＳ９)。
【００６７】
このときの交点は、図１から明らかなように、レーザ測定装置２によるレーザの照射が可能な配管１の表面上にある点であるから、この座標点に向けてレーザ光を照射するように、演算処理５により走査角度を逆演算し(ステップＳ１０)、走査機構３を制御し、レーザ測定装置２をその方向に向け、開先輪郭上のある１点に向けてレーザ光を照射させ、レーザ光点により指示された位置にケガキ作業を施すのである(ステップＳ１１)。
【００６８】
これらステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１の処理は複数回繰り返され、開先面を指定するためのケガキが行われ、この結果、ケガキ線で開先位置が描かれた配管１を得ることができ、この後、開先加工工程に送られるのである。
【００６９】
従って、この実施形態によれば、立体曲管の寸法測定が自動的に行われ、設計値との比較検査記録が出力できるので、寸法測定作業を迅速且つ正確に行うことができ、検査記録の管理の効率化が図れる。
【００７０】
また、加工によって生じた曲げ角度誤差を吸収するための開先面も自動的に設定され、開先面がレーザ光点により指示されるので、ケガキ作業の精度と効率が大幅に向上される。
【００７１】
次に、図９は、本発明の一実施形態による測定システムの詳細ブロック図で、図において、設計データベース６とＬＡＮ７、プロッタ８、それにネットワークーク９は、図１と同じである。
【００７２】
そして、まず、この図９におけるレーザ検出器２Ａとレーザ照射装置２Ｂが、図１のレーザ測定装置２に含まれ、鉛直面内仰角ポテンションメータ３Ａと水平面内回転角ポテンションメータ３Ｂ、それにサーボモータ３Ｃが走査機構３に含まれている。
【００７３】
また、この図９のＡ／Ｄ変換器５Ａとインプット・ボード５Ｂ、制御用パソコン５Ｃ、演算・制御ソフト５Ｄ、アウトプット・ボード５Ｅ、それにＤ／Ａ変換器５Ｆが、図１の演算処理装置５に含まれる。
【００７４】
鉛直面内仰角ポテンションメータ３Ａと水平面内回転角ポテンションメータ３Ｂにより検出されたレーザ光の照射方向を決める走査機構３の仰角と方位を表わす情報と、レーザ検出器２Ａで検出された距離情報はＡ／Ｄ変換器５Ａに入力され、ディジタル変換された上でインプットボード５Ｂを介して制御用パソコン５Ｃに取り込まれる。
【００７５】
レーザ光検出器２Ａから制御用パソコン５Ｃに取り込まれた波形データは、内蔵されている演算・制御ソフト５Ｄにより処理され、レーザ光照射装置２Ｂから照射点までの距離に演算された後、この距離と方位のデータから座標点に演算され、座標点の集合であるクラウドから配管の近似円筒モデルが作成される。
【００７６】
また、制御用パソコン５Ｃは、設計データベース６からＬＡＮ７を経由して配管製作用の設計情報を取り込み、内蔵される演算・制御ソフト５Ｄにより、曲管寸法の測定値が設計値の公差内に収まっているかの検証を行い、ネットワークーク９を介して結果をプロッタ２６に供給し、検査記録として出力させる。
【００７７】
更にまた、制御用パソコン５Ｃは、その演算・制御ソフト５Ｄにより、配管寸法の測定結果から適切な開先面を演算し、開先面上の点にレーザ光を照射するために必要な制御データを出力する。
【００７８】
そして、この出力データは、アウトプットボード５ＥからＤ／Ａ変換器５Ｆを経由し、アナログ信号として走査機構３のサーボモータ３Ｃに供給され、この結果、走査機構３によりレーザ照射装置２Ｂからのレーザ照射方向が制御され、レーザ照射装置２Ｂからレーザを配管１に照射することにより、レーザ光点によるケガキ位置の指示が得られることになる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によるレーザを用いた配管寸法測定システムによれば、立体曲管の寸法測定が自動的に得られ、設計値との比較検査記録が出力できるので、寸法測定作業を迅速且つ正確に行うことができ、検査記録の管理の効率化が図れる。
【００８０】
また、加工によって生じた曲げ角度の誤差を吸収するための開先面が容易に設定でき、開先面をレーザ光点により指示させることができるので、ケガキ作業の精度と効率が大幅に向上される。
【００８１】
更に、開先面が現地の据付け状態に合せて設定できるので、現地での据付け精度の向上が図れ、この結果、配管組み立ての下拵え作業工数が大幅に削減され、製品の品質とコスト削減効果が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による配管寸法測定システムの一実施形態の設置状態の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態による配管の計測部位と、測定によって得られる立体曲げ配管モデルの説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による作業処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による開先加工位置設定処理の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態による開先面設定用プログラムの一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態によるアズビルト配管のモデルから開先面を設定するプログラムのフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態によるアズビルト配管のモデルから仮の設計配管モデル設定する処理の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態によりレーザ測定で得られた配管表面のクラウドと設定された開先面輪郭とからレーザを照射する位置を設定する処理の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態によるシステムの一例を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１ 配管(曲管)
１Ｍ 曲管モデル
２ レーザ測定装置
３ 走査機構
４ ネットワーク
５ 演算処理装置
６ 設計データベース
７ ＬＡＮ
８ プロッタ
９ ネットワーク
１０ レーザ照射イメージ
１２ 曲管の端部
１３ アズビルト配管のモデル
１４ 開先面の輪郭近傍のクラウド
１５ 開先面の輪郭
１６ 開先輪郭をまたいで存在する距離の近い２点
２Ａ レーザ検出器
２Ｂ レーザ照射装置
３Ａ 鉛直面内仰角ポテンションメータ
３Ｂ 水平面内回転角ポテンションメータ
３Ｃ サーボモータ
５Ａ Ａ／Ｄ変換器
５Ｂ インプットボード
５Ｃ 制御用パソコン
５Ｄ 演算・制御ソフト
５Ｅ アウトプットボード
５Ｆ Ｄ／Ａ変換器
Ｖ 水平面内の回転(方位)
Ｈ 鉛直面内の回転(仰角)
▲１▼、▲２▼、▲３▼ 曲管の直管部分のモデル
▲４▼、▲５▼ 曲管の端部のモデル
Claims (3)
- 測定対象配管の表面をレーザ光で走査して、該測定対象配管の３次元モデルを作成する手段と、
前記３次元モデルの表面位置データを設計データと照合し、前記測定対象配管の曲げ角度、長さが設計公差内に収まっているのかを検証する手段と、
設定された配管の開先面輪郭の位置データと前記配管の表面位置データから、前記配管の開先面上で且つ当該配管表面上の点の方向を算出し、その位置に向けてレーザ光を照射する手段とが設けられていることを特徴とする配管寸法測定システム。 - 請求項１に記載の発明において、
前記測定対象配管の直管部分の長さを設定する手段と、
前記測定対象配管の両端の開先面の向きを設計された開先面に適合させる手段とを設け
前記開先面の面間距離が設計値に一致させるように構成されていることを特徴とする配管寸法測定システム。 - 請求項２に記載の発明において、
現地で据付けた配管の取合い面を測定する手段と、
前記開先面の面間距離と当該開先面の向きが現地の取合いに一致するように配管開先面の設定をする手段とが設けられていることを特徴とする配管寸法測定システム。
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