JP3857796B2 - 配管間距離等測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、離隔して配設された配管の端面間の距離や角度を測定することができる配管間距離等測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、製鉄所や、化学プラントや、船舶における複雑な配管設備は、多数の配管の端部同士をフランジ結合によって接続することによって行われている。ところで、配管の途中には、所定角度に屈曲された部分もあり、この部分の接続は、通常、両側の直管部分の配管がなされた後に行われている。
【０００３】
具体的には、角度計測器や巻尺を用いて、作業者が一方の配管のフランジから他方の配管のフランジまでの角度と距離を粗測定し、これらの測定データに基づいて、工場で任意角度に湾曲した配管を仮止め状態で特別に製造し、それを現場に運び込んで修正した後、再び工場において本溶接を行ってから、再度現場に持ち込んで本来の据え付け作業を行っていた。しかし、本溶接時に、若干の溶接誤差が生じる場合があり、これにより、現場と工場との往復をさらに何回か強いられる場合もあった。
【０００４】
そこで、図１０及び図１１に示すように、軸線ａ1 、ａ2 が同一平面上にない２つの配管８０、８１の端部に、基準位置にボルト孔８２、８３を有する第１及び第２のフランジ８４、８５を取付け、これらのフランジ８４、８５の中心ｐ0 、ｐ3 間の直線距離ｌや角度を演算によって正確に求め、この直線距離ｌに基づいて、基準位置にボルト孔８２、８３を保持した状態で、両端がフランジ８４、８５にそれぞれ接続される曲管８６を製作し、この曲管８６を用いて配管８０、８１を接続する方法が提示されている。
【０００５】
上記した配管間距離測定方法を図１１を参照して説明すると、まず、各種測定器を用いて、第１のフランジ８４の中心ｐ0 からその軸線ａ1 上の点ｐ1 までの直線距離ｌ1 と、前記第２のフランジ８５の中心ｐ3 からその軸線ａ2 上の点ｐ2 までの直線距離ｌ2 と、前記点ｐ1 と点ｐ2 との間の直線距離ｌ3 と、点ｐ1 から見て点ｐ2 を決定づける軸線ａ1 回りの旋回角度θa と、点ｐ2 から見て点ｐ1 を決定づける軸線ａ2 回りの旋回角度θb と、軸線ａ1 と点ｐ1 と点ｐ2 とを結ぶ軸線ａ3 とのなす角度φa 及び軸線ａ2 と軸線ａ3 とのなす角度φb を測定する。その後、これらの測定値をマイクロコンピュータによって演算処理し、配管８０、８１のフランジ８４、８５の中心ｐ0 、ｐ3 間の直線距離ｌや角度を求めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した配管間距離測定方法は、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、第１のフランジ８４の中心ｐ0 と、第２のフランジ８５の中心ｐ3 との間の直線距離ｌを求めるためには、直線距離ｌ1 、ｌ2 、ｌ3 及び旋回角度θa 、θb 、軸線のなす角度φa 、φb 、即ち、７つの変数を測定する必要がある。
【０００７】
このように、上記した従来の配管間距離測定方法では、多くの変数を設定する必要があるため、測定結果に誤差を生じる可能性が高くなり、その演算結果においても誤差を生じることになり、正確な直線距離ｌや角度を求めることができない場合がある。
また、変数ごとに測定器を設ける必要があるため、配管間距離等測定装置の全体構成が大型化、複雑化し、製作費用も高くなる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、測定すべき変数を可及的に少なくすることによって、構造を簡単かつ軽量化して取り扱い性を向上することができると共に、安価に製作することができる配管間距離等測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の配管間距離等測定装置は、所定位置にボルト孔をそれぞれ有する第１、第２のフランジ間の距離と角度を三次元的に測定する装置であって、前記第１のフランジにその基部が取付けられ、前記第１のフランジの軸線にそのガイド方向が平行となった第１のガイド部材と、前記第１のガイド部材に摺動可能に取付けられた第１の摺動ブロックと、前記第２のフランジにその基部が取付けられ、前記第２のフランジの軸線にそのガイド方向が平行となった第２のガイド部材と、前記第２のガイド部材に摺動可能に取付けられた第２の摺動ブロックと、前記第１、第２の摺動ブロックに取付けられて、一方が前記第１のフランジの軸線と交叉し、他方が前記第２のフランジの軸線と交叉する位置で、しかも、前記第１、第２のガイド部材に所定の固定角度（φ1 、φ2 ）で連結される直線状の連結ロッドと、前記第１の摺動ブロックに取付けられた前記連結ロッドの前記第１のフランジの基準位置に対する旋回角度（θ1 ）を検知する第１の角度センサと、前記第２の摺動ブロックに取付けられた前記連結ロッドの前記第２のフランジの基準位置に対する旋回角度（θ2 ）を検知する第２の角度センサと、前記連結ロッドが前記第１のフランジの軸線に交叉する前記第１のガイド部材上の長さ位置を検知する第１の距離センサと、前記連結ロッドが前記第２のフランジの軸線に交叉する前記第２のガイド部材上の長さ位置を検知する第２の距離センサと、前記連結ロッドが、前記第１のフランジの軸線と交叉する位置と、前記第２のフランジの軸線と交叉する位置との距離を測定する第３の距離センサとを具備する。
【００１０】
請求項２記載の配管間距離等測定装置は、請求項１記載の配管間距離等測定装置において、前記固定角度（φ1 、φ2 ）は、それぞれ９０度である。
【００１１】
請求項３記載の配管間距離等測定装置は、請求項１又は２記載の配管間距離等測定装置において、前記第１、第２のフランジの基準位置は、それぞれのフランジの何れか一個のボルト孔の中心又は何れか隣り合う２個のボルト孔間の中心位置である。
【００１２】
請求項４記載の配管間距離等測定装置は請求項１〜３のいずれか１項に記載の配管間距離等測定装置において、前記第１、第２のガイド部材の基部は、前記第１、第２のフランジに直接取付けられるフランジ固定部材に横方向に移動自在に取付けられた中心位置決めブロック上に取付けられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
【００１４】
まず、図１〜図８を参照して、本発明の第１の実施の形態に配管間距離等測定装置Ａについて説明する。
図１に示すように、相互に接続されるべき配管１０、１１が三次元空間内に配置されており、これらの配管１０、１１の軸線Ａ1 、Ａ2 は相互に交叉しない状態にある。
【００１５】
図１〜図３に示すように、配管１０、１１の対応する端部には、それぞれ第１及び第２のフランジ１２、１３がそれぞれ同心円的に取付けられており、第１及び第２のフランジ１２、１３は、配管１０、１１と軸線Ａ1 、Ａ2 を共有している。また、第１及び第２のフランジ１２、１３はそれぞれ所定位置、即ち、基準位置に、円周方向に間隔をあけて複数のボルト孔１４、１５を設けている。
【００１６】
そして、第１及び第２のフランジ１２、１３の上面には、それぞれ、フランジ固定部材の一例であるフランジ固定プレート１６、１７が固定状態に取付けられており、フランジ固定プレート１６、１７上には横方向に移動自在に（本実施の形態では摺動自在に）中心位置決めブロック１８、１９が取付けられている。そして、中心位置決めブロック１８、１９上には、直線状の長尺杆からなる第１及び第２のガイド部材２０、２１の基部が取付けられている。また、第１及び第２のガイド部材２０、２１は、そのガイド方向が第１及び第２のフランジ１２、１３の軸線Ａ1 、Ａ2 と平行になっている。
【００１７】
上記した構成をさらに詳しく説明すると、中心位置決めブロック１８、１９の上部には、軸線Ａ1 、Ａ2 回りに回転自在な回転盤２２、２３が取付けられており、軸線Ａ1 、Ａ2 から偏心した位置に第１及び第２のガイド部材２０、２１の基部が突設されている。
第１及び第２のガイド部材２０、２１には、それぞれ、第１及び第２の摺動ブロック２４、２５が、軸線Ａ1 、Ａ2 と同一方向に摺動自在に取付けられている。
【００１８】
そして、図１及び図８に示すように、この第１及び第２の摺動ブロック２４、２５を介して、直線状の連結ロッド２８の両端が第１及び第２のガイド部材２０、２１に所定の固定角度φ1 、φ2 で連結されている。即ち、第１及び第２の摺動ブロック２４、２５には、それぞれロッド挿通孔２６、２７が設けられており、ロッド挿通孔２６には連結ロッド２８の一端（一方）が摺動自在に挿通され、ロッド挿通孔２７には連結ロッド２８の他端（他方）が摺動自在に挿通されている。そして、連結ロッド２８の軸線Ａ3 の一端は第１のフランジ１２の軸線Ａ1 と固定角度φ1 で交叉すると共に、その他端は第２のフランジ１３の軸線Ａ2 と固定角度φ2 で交叉している。なお、図８において、それぞれの交叉点がＰ1 、Ｐ2 で表されている。
ここに、固定角度φ1 、φ2 は、例えば、９０°、６０°、４５°とすることができ、好ましくは、後述する理由によって、９０°とする。
【００１９】
中心位置決めブロック１８、１９内には、それぞれ、第１及び第２の摺動ブロック２４、２５に連結された連結ロッド２８の両端の第１及び第２のフランジ１２、１３の基準位置に対する旋回角度θ1 、θ2 を検知するエンコーダからなる第１及び第２の角度センサ２９、３０が取付けられている。ここで、基準位置として、第１及び第２のフランジ１２、１３に設けられたボルト孔１４、１５の中心や、何れか隣り合う２個のボルト孔１４、１５間の中心位置を用いる。
【００２０】
第１の摺動ブロック２４には、連結ロッド２８が第１のフランジ１２の軸線Ａ1 に交叉する第１のガイド部材２０上の長さ位置（距離）Ｌ1 を検知するリニアエンコーダからなる第１の距離センサ３１が取付けられており、第２の摺動ブロック２５には、連結ロッド２８が第２のフランジ１３の軸線Ａ2 に交叉する第２のガイド部材２１上の長さ位置（距離）Ｌ2 を検知するリニアエンコーダからなる第２の距離センサ３２が取付けられている。
【００２１】
また、第１の摺動ブロック２４には、連結ロッド２８が、第１のフランジ１２の軸線Ａ1 と交叉する位置と、第２のフランジ１３の軸線Ａ2 と交叉する位置との距離Ｌ3 を測定するリニアエンコーダからなる第３の距離センサ３３が取付けられている。
【００２２】
なお、図５は、上記した連結ロッド２８の変形例に係る連結ロッド３４を示しており、連結ロッド３４の両端は第１の摺動ブロック３５と第２の摺動ブロック３６にそれぞれ挿着されており、かつ、連結ロッド３４に平行して、マグネスケール（株式会社ソニーの登録商標）からなる第３の距離センサ３７が配設されており、その両端はそれぞれ第１の摺動ブロック３５と第２の摺動ブロック３６に挿着されている。
【００２３】
図６に、上記した連結ロッド２８のもう一つの変形例に係る連結ロッド３８を示しており、連結ロッド３８の両端は第１の摺動ブロック３９と第２の摺動ブロック４０にそれぞれ挿着されており、かつ、連結ロッド３８に平行して、バーニア尺からなる第３の距離センサ４１が配設されている。
【００２４】
図７に、配管間距離等測定装置Ａに用いる制御装置Ｂをブロック図で示す。
図示するように、マイクロコンピュータ４２の入力インターフェース４３には、第１の角度センサ２９、第２の角度センサ３０、第１の距離センサ３１、第２の距離センサ３２、第３の距離センサ３３が接続されており、出力インターフェース４４には、旋回角度θ1 、θ2 、距離Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、及び、第１、第２のフランジ１２、１３の中心Ｐ0 、Ｐ3 間の直線距離Ｌや角度を表示するディスプレイ装置４５が接続されている。
【００２５】
次に、上記した構成を有する配管間距離等測定装置Ａを用いた配管間距離測定方法について、図１、図８及び図９を参照して説明する。
まず、図１に示すように、配管間距離等測定装置Ａを配管１０、１１の間に配設すると共に、フランジ固定プレート１６、１７を第１及び第２のフランジ１２、１３に固着連結することによって、第１及び第２のガイド部材２０、２１を第１及び第２のフランジ１２、１３に取付ける。
【００２６】
中心位置決めブロック１８、１９をフランジ固定プレート１６、１７に対して横移動し、それぞれの交叉点Ｐ1 、Ｐ2 を第１及び第２のフランジ１２、１３の軸線Ａ1 、Ａ2 に合わせる。
【００２７】
その後、第１及び第２の摺動ブロック２４、２５と連結ロッド２８を操作して、連結ロッド２８を第１及び第２の摺動ブロック２４、２５に設けたロッド挿通孔２６、２７内に挿通する。
これによって、図８に示すように、距離Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 及び旋回角度θ1 、θ2 が一義的に決定されることになり、これらの値は、第１及び第２の角度センサ２９、３０及び第１〜第３の距離センサ３１〜３３によって容易に読み取られると共に、制御装置Ｂに入力インターフェース４３を介して入力されることになる。なお、固定角度φ1 、φ2 は既知であり、予め、マイクロコンピュータ４２のメモリに記憶されている。
【００２８】
マイクロコンピュータ４２は、上記した入力データ及びメモリから読み出したデータに基づいてベクトル演算（図８において、（→ｄ）＝（→ａ）＋（→ｂ）＋（→ｃ））を行い、第１、第２のフランジ１２、１３の中心Ｐ0 、Ｐ3 間の直線距離Ｌや角度を含んだベクトル（→ｄ）を速やかに演算すると共に、その値をディスプレイ装置４５上に表示することができる。
【００２９】
このように、本実施の形態では、連結ロッド２８の両端がそれぞれ軸線Ａ1 、Ａ2 となす角度を固定角度φ1 、φ2 としたので、固定角度φ1 、φ2 を測定するための手段を不要とすることができ、配管間距離等測定装置Ａの構造を簡単かつ軽量なものとすることができ、その取り扱い性を向上することができる。即ち、配管間距離等測定装置Ａを容易に現場へ搬入、搬出することができ、第１及び第２のフランジ１２、１３間に容易に取付けることができ、従来技術と異なり、ワイヤを用いる必要がないので、余分な神経を使う必要がなく、測定作業を容易に行うことができ、さらに、安価に製作することができる。
また、連結ロッド２８の両端がそれぞれ軸線Ａ1 、Ａ2 となす角度を固定角度φ1 、φ2 としたので、測定かつ演算すべき変数を可及的に少なくすることができ、第１、第２のフランジ１２、１３の中心Ｐ0 、Ｐ3 間の直線距離Ｌを正確に求めることができ、配管１０、１１間に介設される接続管を正確かつ効率よく製作することができる。
【００３０】
本実施の形態においては、連結ロッド２８が第１のフランジ１２の軸線Ａ1 と交叉する位置と、第２のフランジ１３の軸線Ａ2 と交叉する位置との距離Ｌ3 を最短距離とすることができる点で、固定角度φ1 、φ2 を９０°とするのが好ましい。このように、距離Ｌ3 を最短距離とすることによって、配管間距離等測定装置Ａの構造をコンパクトにすることができると共に、第１、第２のフランジ１２、１３の中心Ｐ0 、Ｐ3 間の直線距離Ｌを含んだベクトル（→ｄ）の演算もより簡単に行うことができる。
【００３１】
なお、距離Ｌ3 の最短距離化との関連において、同一平面上にない２直線を最短で結ぶ線分は、２直線にそれぞれ直交することを、以下説明する。
図９に示すように、同一平面上にない２直線ｇ1 、ｇ2 は以下の式（１）で表すことができる。
【００３２】
【数１】
【００３３】
ここに、直線ｇ1 は点Ｘ1 （ｘ1 、ｙ1 、ｚ1 ）を通り、その方向比は、ｕ1 : ｖ1 : ｗ1 である。また、直線ｇ2 は点Ｘ2 （ｘ2 、ｙ2 、ｚ2 ）を通り、その方向比は、ｕ2 : ｖ2 : ｗ2 である。なお、ここで、ｕ1 、ｖ1 、ｗ1 及びｕ2 、ｖ2 、ｗ2 はそれぞれ方向ベクトルである。
また、直線ｇ1 を含み、直線ｇ2 に平行な平面Ｒは、図９に示すように表される。
平面Ｒは点（ｘ、ｙ、ｚ）を通るので、その方程式は次式（２）で表すことが出来る。
【００３４】
【数２】
【００３５】
なお、ここで、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ平面Ｒ上の法線ベクトルである。
平面Ｒが直線ｇ1 を含み、直線ｇ2 に平行な条件は、次式（３）、（４）で表すことができる。
【００３６】
【数３】
【００３７】
式（２）、（３）、（４）からａ、ｂ、ｃを消去すると、平面Ｒの方程式は次式（５）で表すことができる。
【００３８】
【数４】
【００３９】
直線ｇ1 、ｇ2 間の最短距離は、図９から明らかなように、直線ｇ1 、ｇ2 の共通垂線Ｈ1 Ｈ2 に等しい。また、この最短距離は、次式（６）で表すことができる。
【００４０】
【数５】
【００４１】
以上、本発明を、幾つかの実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の配管間距離等測定装置においては、連結ロッドの両端がそれぞれ第１及び第２のフランジの軸線となす角度を固定角度としたので、配管間距離等測定装置の構造を簡単かつ軽量なものとすることができ、その取り扱い性を向上することができる。即ち、配管間距離等測定装置を容易に現場へ搬入、搬出することができ、第１及び第２のフランジ間に容易に取付けることができ、従来技術と異なり、ワイヤを用いる必要がないので、余分な神経を使う必要がなく、測定作業を容易に行うことができ、さらに、安価に製作することができる。
また、測定かつ演算すべき変数を可及的に少なくすることができ、第１、第２のフランジの中心間の直線距離を迅速かつ正確に求めることができ、三次元空間に配設された配管間に介設される接続管を正確かつ効率よく製作することができる。
【００４３】
請求項２記載の配管間距離等測定装置においては、両固定角度を９０度としたので、連結ロッドが第１のフランジの軸線と交叉する位置と、連結ロッドが第２のフランジの軸線と交叉する位置との距離を最短距離とすることができ、配管間距離等測定装置の構造をさらに簡単な構造とすることができ、配管間距離等測定装置をより安価に製作することができる。また、第１、第２のフランジの中心間の直線距離や角度の演算をより簡単かつ正確に行うことができる。
【００４４】
請求項３記載の配管間距離等測定装置においては、第１、第２のフランジの基準位置は、それぞれのフランジの何れか一個のボルト孔の中心又は何れか隣り合う２個のボルト孔間の中心位置とすることによって、容易に旋回角度を測定することができ、この面からも、第１、第２のフランジの中心間の直線距離や角度の演算をより簡単かつ正確に行うことができる。
【００４５】
請求項４記載の配管間距離等測定装置においては、第１、第２のガイド部材の基部は、第１、第２のフランジに直接取付けられるフランジ固定部材に横方向に摺動自在に取付けられた中心位置決めブロック上に取付けられているので、第１、第２のフランジの大きさ如何にかかわらず、連結ロッドに沿った軸線とガイド部材に沿った軸線の交叉点を第１及び第２のフランジの軸線に容易に合わせることができ、配管間距離等測定装置の取り扱い性をこの面からも向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る配管間距離等測定装置の斜視図である。
【図２】第１のガイド部材の背面図である。
【図３】第１のガイド部材の平面図である。
【図４】第１のガイド部材の側面図である。
【図５】連結ロッドの変形例の説明図である。
【図６】連結ロッドの変形例の説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る配管間距離等測定装置に用いる制御装置のブロック図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る配管間距離等測定装置の各部の動作を示すベクトル図である。
【図９】同一平面上にない２直線を最短距離で結ぶ線分は、２直線にそれぞれ直交することを示す説明図である。
【図１０】相互に交叉をしない２つの配管を曲管を用いて接続する場合の斜視図である。
【図１１】従来の配管間距離等測定装置の各部の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ 配管間距離等測定装置 Ａ1 軸線
Ａ2 軸線 Ａ3 軸線
Ｂ 制御装置 Ｌ 直線距離
Ｌ1 距離 Ｌ2 距離
Ｌ3 距離 Ｐ0 中心
Ｐ1 交叉点 Ｐ2 交叉点
Ｐ3 中心 Ｒ 平面
Ｘ1 点 Ｘ2 点
Ｈ1 Ｈ2 共通垂線 ｇ1 直線
ｇ2 直線 φ1 固定角度
φ2 固定角度 θ1 旋回角度
θ2 旋回角度 １０ 配管
１１ 配管 １２ 第１のフランジ
１３ 第２のフランジ １４ ボルト孔
１５ ボルト孔 １６ フランジ固定プレート
１７ フランジ固定プレート １８ 中心位置決めブロック
１９ 中心位置決めブロック ２０ 第１のガイド部材
２１ 第２のガイド部材 ２２ 回転盤
２３ 回転盤 ２４ 第１の摺動ブロック
２５ 第２の摺動ブロック ２６ ロッド挿通孔
２７ ロッド挿通孔 ２８ 連結ロッド
２９ 第１の角度センサ ３０ 第２の角度センサ
３１ 第１の距離センサ ３２ 第２の距離センサ
３３ 第３の距離センサ ３４ 連結ロッド
３５ 第１の摺動ブロック ３６ 第２の摺動ブロック
３７ 第３の距離センサ ３８ 連結ロッド
３９ 第１の摺動ブロック ４０ 第２の摺動ブロック
４１ 第３の距離センサ ４２ マイクロコンピュータ
４３ 入力インターフェース ４４ 出力インターフェース
４５ ディスプレイ装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、離隔して配設された配管の端面間の距離や角度を測定することができる配管間距離等測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、製鉄所や、化学プラントや、船舶における複雑な配管設備は、多数の配管の端部同士をフランジ結合によって接続することによって行われている。ところで、配管の途中には、所定角度に屈曲された部分もあり、この部分の接続は、通常、両側の直管部分の配管がなされた後に行われている。
【０００３】
具体的には、角度計測器や巻尺を用いて、作業者が一方の配管のフランジから他方の配管のフランジまでの角度と距離を粗測定し、これらの測定データに基づいて、工場で任意角度に湾曲した配管を仮止め状態で特別に製造し、それを現場に運び込んで修正した後、再び工場において本溶接を行ってから、再度現場に持ち込んで本来の据え付け作業を行っていた。しかし、本溶接時に、若干の溶接誤差が生じる場合があり、これにより、現場と工場との往復をさらに何回か強いられる場合もあった。
【０００４】
そこで、図１０及び図１１に示すように、軸線ａ1 、ａ2 が同一平面上にない２つの配管８０、８１の端部に、基準位置にボルト孔８２、８３を有する第１及び第２のフランジ８４、８５を取付け、これらのフランジ８４、８５の中心ｐ0 、ｐ3 間の直線距離ｌや角度を演算によって正確に求め、この直線距離ｌに基づいて、基準位置にボルト孔８２、８３を保持した状態で、両端がフランジ８４、８５にそれぞれ接続される曲管８６を製作し、この曲管８６を用いて配管８０、８１を接続する方法が提示されている。
【０００５】
上記した配管間距離測定方法を図１１を参照して説明すると、まず、各種測定器を用いて、第１のフランジ８４の中心ｐ0 からその軸線ａ1 上の点ｐ1 までの直線距離ｌ1 と、前記第２のフランジ８５の中心ｐ3 からその軸線ａ2 上の点ｐ2 までの直線距離ｌ2 と、前記点ｐ1 と点ｐ2 との間の直線距離ｌ3 と、点ｐ1 から見て点ｐ2 を決定づける軸線ａ1 回りの旋回角度θa と、点ｐ2 から見て点ｐ1 を決定づける軸線ａ2 回りの旋回角度θb と、軸線ａ1 と点ｐ1 と点ｐ2 とを結ぶ軸線ａ3 とのなす角度φa 及び軸線ａ2 と軸線ａ3 とのなす角度φb を測定する。その後、これらの測定値をマイクロコンピュータによって演算処理し、配管８０、８１のフランジ８４、８５の中心ｐ0 、ｐ3 間の直線距離ｌや角度を求めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した配管間距離測定方法は、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、第１のフランジ８４の中心ｐ0 と、第２のフランジ８５の中心ｐ3 との間の直線距離ｌを求めるためには、直線距離ｌ1 、ｌ2 、ｌ3 及び旋回角度θa 、θb 、軸線のなす角度φa 、φb 、即ち、７つの変数を測定する必要がある。
【０００７】
このように、上記した従来の配管間距離測定方法では、多くの変数を設定する必要があるため、測定結果に誤差を生じる可能性が高くなり、その演算結果においても誤差を生じることになり、正確な直線距離ｌや角度を求めることができない場合がある。
また、変数ごとに測定器を設ける必要があるため、配管間距離等測定装置の全体構成が大型化、複雑化し、製作費用も高くなる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、測定すべき変数を可及的に少なくすることによって、構造を簡単かつ軽量化して取り扱い性を向上することができると共に、安価に製作することができる配管間距離等測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の配管間距離等測定装置は、所定位置にボルト孔をそれぞれ有する第１、第２のフランジ間の距離と角度を三次元的に測定する装置であって、前記第１のフランジにその基部が取付けられ、前記第１のフランジの軸線にそのガイド方向が平行となった第１のガイド部材と、前記第１のガイド部材に摺動可能に取付けられた第１の摺動ブロックと、前記第２のフランジにその基部が取付けられ、前記第２のフランジの軸線にそのガイド方向が平行となった第２のガイド部材と、前記第２のガイド部材に摺動可能に取付けられた第２の摺動ブロックと、前記第１、第２の摺動ブロックに取付けられて、一方が前記第１のフランジの軸線と交叉し、他方が前記第２のフランジの軸線と交叉する位置で、しかも、前記第１、第２のガイド部材に所定の固定角度（φ1 、φ2 ）で連結される直線状の連結ロッドと、前記第１の摺動ブロックに取付けられた前記連結ロッドの前記第１のフランジの基準位置に対する旋回角度（θ1 ）を検知する第１の角度センサと、前記第２の摺動ブロックに取付けられた前記連結ロッドの前記第２のフランジの基準位置に対する旋回角度（θ2 ）を検知する第２の角度センサと、前記連結ロッドが前記第１のフランジの軸線に交叉する前記第１のガイド部材上の長さ位置を検知する第１の距離センサと、前記連結ロッドが前記第２のフランジの軸線に交叉する前記第２のガイド部材上の長さ位置を検知する第２の距離センサと、前記連結ロッドが、前記第１のフランジの軸線と交叉する位置と、前記第２のフランジの軸線と交叉する位置との距離を測定する第３の距離センサとを具備する。
【００１０】
請求項２記載の配管間距離等測定装置は、請求項１記載の配管間距離等測定装置において、前記固定角度（φ1 、φ2 ）は、それぞれ９０度である。
【００１１】
請求項３記載の配管間距離等測定装置は、請求項１又は２記載の配管間距離等測定装置において、前記第１、第２のフランジの基準位置は、それぞれのフランジの何れか一個のボルト孔の中心又は何れか隣り合う２個のボルト孔間の中心位置である。
【００１２】
請求項４記載の配管間距離等測定装置は請求項１〜３のいずれか１項に記載の配管間距離等測定装置において、前記第１、第２のガイド部材の基部は、前記第１、第２のフランジに直接取付けられるフランジ固定部材に横方向に移動自在に取付けられた中心位置決めブロック上に取付けられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
【００１４】
まず、図１〜図８を参照して、本発明の第１の実施の形態に配管間距離等測定装置Ａについて説明する。
図１に示すように、相互に接続されるべき配管１０、１１が三次元空間内に配置されており、これらの配管１０、１１の軸線Ａ1 、Ａ2 は相互に交叉しない状態にある。
【００１５】
図１〜図３に示すように、配管１０、１１の対応する端部には、それぞれ第１及び第２のフランジ１２、１３がそれぞれ同心円的に取付けられており、第１及び第２のフランジ１２、１３は、配管１０、１１と軸線Ａ1 、Ａ2 を共有している。また、第１及び第２のフランジ１２、１３はそれぞれ所定位置、即ち、基準位置に、円周方向に間隔をあけて複数のボルト孔１４、１５を設けている。
【００１６】
そして、第１及び第２のフランジ１２、１３の上面には、それぞれ、フランジ固定部材の一例であるフランジ固定プレート１６、１７が固定状態に取付けられており、フランジ固定プレート１６、１７上には横方向に移動自在に（本実施の形態では摺動自在に）中心位置決めブロック１８、１９が取付けられている。そして、中心位置決めブロック１８、１９上には、直線状の長尺杆からなる第１及び第２のガイド部材２０、２１の基部が取付けられている。また、第１及び第２のガイド部材２０、２１は、そのガイド方向が第１及び第２のフランジ１２、１３の軸線Ａ1 、Ａ2 と平行になっている。
【００１７】
上記した構成をさらに詳しく説明すると、中心位置決めブロック１８、１９の上部には、軸線Ａ1 、Ａ2 回りに回転自在な回転盤２２、２３が取付けられており、軸線Ａ1 、Ａ2 から偏心した位置に第１及び第２のガイド部材２０、２１の基部が突設されている。
第１及び第２のガイド部材２０、２１には、それぞれ、第１及び第２の摺動ブロック２４、２５が、軸線Ａ1 、Ａ2 と同一方向に摺動自在に取付けられている。
【００１８】
そして、図１及び図８に示すように、この第１及び第２の摺動ブロック２４、２５を介して、直線状の連結ロッド２８の両端が第１及び第２のガイド部材２０、２１に所定の固定角度φ1 、φ2 で連結されている。即ち、第１及び第２の摺動ブロック２４、２５には、それぞれロッド挿通孔２６、２７が設けられており、ロッド挿通孔２６には連結ロッド２８の一端（一方）が摺動自在に挿通され、ロッド挿通孔２７には連結ロッド２８の他端（他方）が摺動自在に挿通されている。そして、連結ロッド２８の軸線Ａ3 の一端は第１のフランジ１２の軸線Ａ1 と固定角度φ1 で交叉すると共に、その他端は第２のフランジ１３の軸線Ａ2 と固定角度φ2 で交叉している。なお、図８において、それぞれの交叉点がＰ1 、Ｐ2 で表されている。
ここに、固定角度φ1 、φ2 は、例えば、９０°、６０°、４５°とすることができ、好ましくは、後述する理由によって、９０°とする。
【００１９】
中心位置決めブロック１８、１９内には、それぞれ、第１及び第２の摺動ブロック２４、２５に連結された連結ロッド２８の両端の第１及び第２のフランジ１２、１３の基準位置に対する旋回角度θ1 、θ2 を検知するエンコーダからなる第１及び第２の角度センサ２９、３０が取付けられている。ここで、基準位置として、第１及び第２のフランジ１２、１３に設けられたボルト孔１４、１５の中心や、何れか隣り合う２個のボルト孔１４、１５間の中心位置を用いる。
【００２０】
第１の摺動ブロック２４には、連結ロッド２８が第１のフランジ１２の軸線Ａ1 に交叉する第１のガイド部材２０上の長さ位置（距離）Ｌ1 を検知するリニアエンコーダからなる第１の距離センサ３１が取付けられており、第２の摺動ブロック２５には、連結ロッド２８が第２のフランジ１３の軸線Ａ2 に交叉する第２のガイド部材２１上の長さ位置（距離）Ｌ2 を検知するリニアエンコーダからなる第２の距離センサ３２が取付けられている。
【００２１】
また、第１の摺動ブロック２４には、連結ロッド２８が、第１のフランジ１２の軸線Ａ1 と交叉する位置と、第２のフランジ１３の軸線Ａ2 と交叉する位置との距離Ｌ3 を測定するリニアエンコーダからなる第３の距離センサ３３が取付けられている。
【００２２】
なお、図５は、上記した連結ロッド２８の変形例に係る連結ロッド３４を示しており、連結ロッド３４の両端は第１の摺動ブロック３５と第２の摺動ブロック３６にそれぞれ挿着されており、かつ、連結ロッド３４に平行して、マグネスケール（株式会社ソニーの登録商標）からなる第３の距離センサ３７が配設されており、その両端はそれぞれ第１の摺動ブロック３５と第２の摺動ブロック３６に挿着されている。
【００２３】
図６に、上記した連結ロッド２８のもう一つの変形例に係る連結ロッド３８を示しており、連結ロッド３８の両端は第１の摺動ブロック３９と第２の摺動ブロック４０にそれぞれ挿着されており、かつ、連結ロッド３８に平行して、バーニア尺からなる第３の距離センサ４１が配設されている。
【００２４】
図７に、配管間距離等測定装置Ａに用いる制御装置Ｂをブロック図で示す。
図示するように、マイクロコンピュータ４２の入力インターフェース４３には、第１の角度センサ２９、第２の角度センサ３０、第１の距離センサ３１、第２の距離センサ３２、第３の距離センサ３３が接続されており、出力インターフェース４４には、旋回角度θ1 、θ2 、距離Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 、及び、第１、第２のフランジ１２、１３の中心Ｐ0 、Ｐ3 間の直線距離Ｌや角度を表示するディスプレイ装置４５が接続されている。
【００２５】
次に、上記した構成を有する配管間距離等測定装置Ａを用いた配管間距離測定方法について、図１、図８及び図９を参照して説明する。
まず、図１に示すように、配管間距離等測定装置Ａを配管１０、１１の間に配設すると共に、フランジ固定プレート１６、１７を第１及び第２のフランジ１２、１３に固着連結することによって、第１及び第２のガイド部材２０、２１を第１及び第２のフランジ１２、１３に取付ける。
【００２６】
中心位置決めブロック１８、１９をフランジ固定プレート１６、１７に対して横移動し、それぞれの交叉点Ｐ1 、Ｐ2 を第１及び第２のフランジ１２、１３の軸線Ａ1 、Ａ2 に合わせる。
【００２７】
その後、第１及び第２の摺動ブロック２４、２５と連結ロッド２８を操作して、連結ロッド２８を第１及び第２の摺動ブロック２４、２５に設けたロッド挿通孔２６、２７内に挿通する。
これによって、図８に示すように、距離Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 及び旋回角度θ1 、θ2 が一義的に決定されることになり、これらの値は、第１及び第２の角度センサ２９、３０及び第１〜第３の距離センサ３１〜３３によって容易に読み取られると共に、制御装置Ｂに入力インターフェース４３を介して入力されることになる。なお、固定角度φ1 、φ2 は既知であり、予め、マイクロコンピュータ４２のメモリに記憶されている。
【００２８】
マイクロコンピュータ４２は、上記した入力データ及びメモリから読み出したデータに基づいてベクトル演算（図８において、（→ｄ）＝（→ａ）＋（→ｂ）＋（→ｃ））を行い、第１、第２のフランジ１２、１３の中心Ｐ0 、Ｐ3 間の直線距離Ｌや角度を含んだベクトル（→ｄ）を速やかに演算すると共に、その値をディスプレイ装置４５上に表示することができる。
【００２９】
このように、本実施の形態では、連結ロッド２８の両端がそれぞれ軸線Ａ1 、Ａ2 となす角度を固定角度φ1 、φ2 としたので、固定角度φ1 、φ2 を測定するための手段を不要とすることができ、配管間距離等測定装置Ａの構造を簡単かつ軽量なものとすることができ、その取り扱い性を向上することができる。即ち、配管間距離等測定装置Ａを容易に現場へ搬入、搬出することができ、第１及び第２のフランジ１２、１３間に容易に取付けることができ、従来技術と異なり、ワイヤを用いる必要がないので、余分な神経を使う必要がなく、測定作業を容易に行うことができ、さらに、安価に製作することができる。
また、連結ロッド２８の両端がそれぞれ軸線Ａ1 、Ａ2 となす角度を固定角度φ1 、φ2 としたので、測定かつ演算すべき変数を可及的に少なくすることができ、第１、第２のフランジ１２、１３の中心Ｐ0 、Ｐ3 間の直線距離Ｌを正確に求めることができ、配管１０、１１間に介設される接続管を正確かつ効率よく製作することができる。
【００３０】
本実施の形態においては、連結ロッド２８が第１のフランジ１２の軸線Ａ1 と交叉する位置と、第２のフランジ１３の軸線Ａ2 と交叉する位置との距離Ｌ3 を最短距離とすることができる点で、固定角度φ1 、φ2 を９０°とするのが好ましい。このように、距離Ｌ3 を最短距離とすることによって、配管間距離等測定装置Ａの構造をコンパクトにすることができると共に、第１、第２のフランジ１２、１３の中心Ｐ0 、Ｐ3 間の直線距離Ｌを含んだベクトル（→ｄ）の演算もより簡単に行うことができる。
【００３１】
なお、距離Ｌ3 の最短距離化との関連において、同一平面上にない２直線を最短で結ぶ線分は、２直線にそれぞれ直交することを、以下説明する。
図９に示すように、同一平面上にない２直線ｇ1 、ｇ2 は以下の式（１）で表すことができる。
【００３２】
【数１】
ここに、直線ｇ1 は点Ｘ1 （ｘ1 、ｙ1 、ｚ1 ）を通り、その方向比は、ｕ1 : ｖ1 : ｗ1 である。また、直線ｇ2 は点Ｘ2 （ｘ2 、ｙ2 、ｚ2 ）を通り、その方向比は、ｕ2 : ｖ2 : ｗ2 である。なお、ここで、ｕ1 、ｖ1 、ｗ1 及びｕ2 、ｖ2 、ｗ2 はそれぞれ方向ベクトルである。
また、直線ｇ1 を含み、直線ｇ2 に平行な平面Ｒは、図９に示すように表される。
平面Ｒは点（ｘ、ｙ、ｚ）を通るので、その方程式は次式（２）で表すことが出来る。
【００３４】
【数２】
なお、ここで、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ平面Ｒ上の法線ベクトルである。
平面Ｒが直線ｇ1 を含み、直線ｇ2 に平行な条件は、次式（３）、（４）で表すことができる。
【００３６】
【数３】
式（２）、（３）、（４）からａ、ｂ、ｃを消去すると、平面Ｒの方程式は次式（５）で表すことができる。
【００３８】
【数４】
直線ｇ1 、ｇ2 間の最短距離は、図９から明らかなように、直線ｇ1 、ｇ2 の共通垂線Ｈ1 Ｈ2 に等しい。また、この最短距離は、次式（６）で表すことができる。
【００４０】
【数５】
以上、本発明を、幾つかの実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の配管間距離等測定装置においては、連結ロッドの両端がそれぞれ第１及び第２のフランジの軸線となす角度を固定角度としたので、配管間距離等測定装置の構造を簡単かつ軽量なものとすることができ、その取り扱い性を向上することができる。即ち、配管間距離等測定装置を容易に現場へ搬入、搬出することができ、第１及び第２のフランジ間に容易に取付けることができ、従来技術と異なり、ワイヤを用いる必要がないので、余分な神経を使う必要がなく、測定作業を容易に行うことができ、さらに、安価に製作することができる。
また、測定かつ演算すべき変数を可及的に少なくすることができ、第１、第２のフランジの中心間の直線距離を迅速かつ正確に求めることができ、三次元空間に配設された配管間に介設される接続管を正確かつ効率よく製作することができる。
【００４３】
請求項２記載の配管間距離等測定装置においては、両固定角度を９０度としたので、連結ロッドが第１のフランジの軸線と交叉する位置と、連結ロッドが第２のフランジの軸線と交叉する位置との距離を最短距離とすることができ、配管間距離等測定装置の構造をさらに簡単な構造とすることができ、配管間距離等測定装置をより安価に製作することができる。また、第１、第２のフランジの中心間の直線距離や角度の演算をより簡単かつ正確に行うことができる。
【００４４】
請求項３記載の配管間距離等測定装置においては、第１、第２のフランジの基準位置は、それぞれのフランジの何れか一個のボルト孔の中心又は何れか隣り合う２個のボルト孔間の中心位置とすることによって、容易に旋回角度を測定することができ、この面からも、第１、第２のフランジの中心間の直線距離や角度の演算をより簡単かつ正確に行うことができる。
【００４５】
請求項４記載の配管間距離等測定装置においては、第１、第２のガイド部材の基部は、第１、第２のフランジに直接取付けられるフランジ固定部材に横方向に摺動自在に取付けられた中心位置決めブロック上に取付けられているので、第１、第２のフランジの大きさ如何にかかわらず、連結ロッドに沿った軸線とガイド部材に沿った軸線の交叉点を第１及び第２のフランジの軸線に容易に合わせることができ、配管間距離等測定装置の取り扱い性をこの面からも向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る配管間距離等測定装置の斜視図である。
【図２】第１のガイド部材の背面図である。
【図３】第１のガイド部材の平面図である。
【図４】第１のガイド部材の側面図である。
【図５】連結ロッドの変形例の説明図である。
【図６】連結ロッドの変形例の説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る配管間距離等測定装置に用いる制御装置のブロック図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る配管間距離等測定装置の各部の動作を示すベクトル図である。
【図９】同一平面上にない２直線を最短距離で結ぶ線分は、２直線にそれぞれ直交することを示す説明図である。
【図１０】相互に交叉をしない２つの配管を曲管を用いて接続する場合の斜視図である。
【図１１】従来の配管間距離等測定装置の各部の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ 配管間距離等測定装置 Ａ1 軸線
Ａ2 軸線 Ａ3 軸線
Ｂ 制御装置 Ｌ 直線距離
Ｌ1 距離 Ｌ2 距離
Ｌ3 距離 Ｐ0 中心
Ｐ1 交叉点 Ｐ2 交叉点
Ｐ3 中心 Ｒ 平面
Ｘ1 点 Ｘ2 点
Ｈ1 Ｈ2 共通垂線 ｇ1 直線
ｇ2 直線 φ1 固定角度
φ2 固定角度 θ1 旋回角度
θ2 旋回角度 １０ 配管
１１ 配管 １２ 第１のフランジ
１３ 第２のフランジ １４ ボルト孔
１５ ボルト孔 １６ フランジ固定プレート
１７ フランジ固定プレート １８ 中心位置決めブロック
１９ 中心位置決めブロック ２０ 第１のガイド部材
２１ 第２のガイド部材 ２２ 回転盤
２３ 回転盤 ２４ 第１の摺動ブロック
２５ 第２の摺動ブロック ２６ ロッド挿通孔
２７ ロッド挿通孔 ２８ 連結ロッド
２９ 第１の角度センサ ３０ 第２の角度センサ
３１ 第１の距離センサ ３２ 第２の距離センサ
３３ 第３の距離センサ ３４ 連結ロッド
３５ 第１の摺動ブロック ３６ 第２の摺動ブロック
３７ 第３の距離センサ ３８ 連結ロッド
３９ 第１の摺動ブロック ４０ 第２の摺動ブロック
４１ 第３の距離センサ ４２ マイクロコンピュータ
４３ 入力インターフェース ４４ 出力インターフェース
４５ ディスプレイ装置
Claims (4)
- 所定位置にボルト孔をそれぞれ有する第１、第２のフランジ間の距離と角度を三次元的に測定する装置であって、
前記第１のフランジにその基部が取付けられ、前記第１のフランジの軸線にそのガイド方向が平行となった第１のガイド部材と、
前記第１のガイド部材に摺動可能に取付けられた第１の摺動ブロックと、
前記第２のフランジにその基部が取付けられ、前記第２のフランジの軸線にそのガイド方向が平行となった第２のガイド部材と、
前記第２のガイド部材に摺動可能に取付けられた第２の摺動ブロックと、
前記第１、第２の摺動ブロックに取付けられて、一方が前記第１のフランジの軸線と交叉し、他方が前記第２のフランジの軸線と交叉する位置で、しかも、前記第１、第２のガイド部材に所定の固定角度（φ1 、φ2 ）で連結される直線状の連結ロッドと、
前記第１の摺動ブロックに取付けられた前記連結ロッドの前記第１のフランジの基準位置に対する旋回角度（θ1 ）を検知する第１の角度センサと、
前記第２の摺動ブロックに取付けられた前記連結ロッドの前記第２のフランジの基準位置に対する旋回角度（θ2 ）を検知する第２の角度センサと、
前記連結ロッドが前記第１のフランジの軸線に交叉する前記第１のガイド部材上の長さ位置を検知する第１の距離センサと、
前記連結ロッドが前記第２のフランジの軸線に交叉する前記第２のガイド部材上の長さ位置を検知する第２の距離センサと、
前記連結ロッドが、前記第１のフランジの軸線と交叉する位置と、前記第２のフランジの軸線と交叉する位置との距離を測定する第３の距離センサとを具備する配管間距離等測定装置。 - 前記固定角度（φ1 、φ2 ）は、それぞれ９０度である請求項１記載の配管間距離等測定装置。
- 前記第１、第２のフランジの基準位置は、それぞれのフランジの何れか一個のボルト孔の中心又は何れか隣り合う２個のボルト孔間の中心位置である請求項１又は２記載の配管間距離等測定装置。
- 前記第１、第２のガイド部材の基部は、前記第１、第２のフランジに直接取付けられるフランジ固定部材に横方向に移動自在に取付けられた中心位置決めブロック上に取付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配管間距離等測定装置。
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