JP4013820B2

JP4013820B2 - パイプラインの形状計測評価方法

Info

Publication number: JP4013820B2
Application number: JP2003125126A
Authority: JP
Inventors: 淳一四辻; 章生長棟
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: JP2004333149A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプライン中を走行して管内の検査を行う管内検査装置（以下、検査ピグと呼ぶ）を用いてパイプラインの敷設形状を計測し、その計測結果に基づいてパイプラインの敷設状態を評価するパイプラインの形状計測評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
長距離パイプラインにおいては、施工後の地理、環境状況等の変化に伴い、初期の施工時の位置から微妙な変化が生じる場合がある。これらは、短期間でのパイプラインの破損劣化に結びつくものではないが、長期的には、パイプラインを構成する各要素に不要な応力等が印加されることになるため、パイプラインの線形状（パイプラインを構成する配管の中心の軌跡の形状）を計測し、その線形状の計測結果に基づいて敷設状態を評価することは、パイプラインの維持管理において非常に重要である。また、地震等の災害が生じた場合には、パイプラインの線形状が大きく変化する可能性があり、この点からもパイプライン線形状計測及ぶ評価は重要である。
【０００３】
パイプラインでも地表に露出しているもの等は比較的簡易に線形状の計測を行うことが可能であるが、地下、海底に埋設されているパイプラインに関しては、地表から正確な線形状を計測することは不可能であり、従来、管内検査ピグを利用した線形計測技術の開発が行われている。
【０００４】
管内検査ピグによるパイプライン線形状計測においては、パイプラインを走行する際のピグの絶対位置又は、相対位置の変化を計測することにより線形計測を行うが、ピグ本体はパイプライン配管（金属管）内部に配置されるため、外部からの信号（地磁気や外部からの電磁気、電磁波信号等）を検出して、計測を行うことは困難であり、自律位置計測システムが必要となる。そこで、ピグ本体内部にジャイロユニットを配置することにより走行時の地球座標に対するジャイロ（ピグ本体）の姿勢を計測し、ピグ本体の走行による移動距離とジャイロの姿勢から地球座標に対する位置を算出する方法が開発されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
その際、従来のジャイロを用いた線形計測では、ピグ本体はパイプラインに対して常に一定の姿勢である、すなわちピグ本体の方向とパイプラインの中心軸とが常に平行であると考え、ジャイロの計測姿勢から求められる地球座標に対するピグ本体の方向とパイプライン内面に接触させたローラ式距離計等により計測されるピグ本体の移動距離からパイプラインの線形を求めている。
【０００６】
なお、［発明が解決しようとする課題］の欄において、本出願人の未公開先行出願について説明するが、その出願番号をここに記載しておく。すなわち、特願２００３−０７５９０１号（未公開出願１）である。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２８５１６５７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際のパイプライン内のピグ走行においては、ピグ本体のパイプライン配管に対する姿勢が変化しており、特に、ベンド部を通過する際には一時的に大きく姿勢が変化するので、算出線形に誤差を生じる。ピグ本体の姿勢変化による計測誤差は、その後の算出線形の方向のズレとなり、累積し、特に長距離の計測では、累積誤差は非常に大きくなる。
【０００９】
これに対して、ジャイロ（ピグ本体）のパイプライン配管内での姿勢を計測し補正を行う方法が考えられている。例えば、ピグ本体外周に光波距離計や超音波距離計あるいは渦流方式の距離計を設置し、管内面までの距離を計測することにより管内でのピグ本体の姿勢を計測し、補正を行う方法である。
【００１０】
また、出願人は、前記非公開文献１において、管内でのピグ本体の姿勢を確実に安定して計測するために、ピグ本体と管内面との距離を計測する距離計測手段として、ピグ本体の円周方向に等間隔に３つ以上複数配置されたセンサを１組としたものを、ピグ本体の走行方向に所定間隔を開けて２組以上配置したセンサユニットを有し、パイプラインの内面と常に接触を維持する機構を備えた接触式距離計測装置を用いる方法を提案している。
【００１１】
しかしながら、このようにしてジャイロ（ピグ本体）のパイプライン配管内での姿勢を計測し補正を行うことにより、パイプラインの線形状を精度良く計測したとしても、その計測結果からパイプラインの敷設状態を評価した際に、適切でない評価を行った場合が時々あった。例えば、配管の敷設状態に異常がなくとも異常があると評価してしまう場合である。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、パイプライン配管内を走行する検査ピグを用いてパイプラインの形状を計測し、その計測結果に基づいてパイプラインの敷設状態を適切に評価することができるパイプラインの形状計測評価方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
発明者は、パイプラインの敷設状態を適切に評価することができない場合があることについて種々検討した結果、以下のような知見を得た。
【００１４】
すなわち、実際のパイプラインの施工においては、事前に準備、加工された既知の形状、長さの配管を組合せ、予定された敷設経路に配管を敷設する。この時、配管同士は溶接あるいはフランジにより接合されるが、実際の現場施工においては、接合部において配管同士の中心軸を完全に一致させることは不可能であり、接合部において中心軸方向のズレ、すなわち曲がりが発生することになる。この曲がりは接合部における不整合であり、配管自体に変形、応力が発生しているものではないが、これまでのジャイロピグを用いた線形計測では、計測された線形状を評価する際に、接合部における不整合については考慮していないため、配管の敷設状態に異常がなくとも異常があると評価してしまうことがあるということである。
【００１５】
そこで、本発明は、上記の知見に基づいて、前記課題を解決するために以下の特徴を有するものである。
【００１６】
［１］パイプライン配管内を走行する検査ピグを用いて当該パイプラインの線形状を計測し、その計測結果に基づいて当該パイプラインの敷設状態を評価するパイプラインの形状計測評価方法であって、パイプラインを構成する配管間の接合部を検出する配管接合部検出手段を備えた検査ピグを用いて、パイプラインを構成する配管毎について線形状を計測し、その配管毎の線形状の計測結果と過去の配管毎の線形状を比較し、その間の変化が所定の範囲内であれば、当該パイプラインの敷設状態は異常が無いと評価することを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
【００１７】
［２］前記［１］に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、配管毎の線形状の計測結果から各配管の曲率を算出し、算出された各配管の曲率と過去の各配管の曲率を比較し、その間の変化が所定の範囲内であれば、当該パイプラインの敷設状態は異常が無いと評価することを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
【００１８】
［３］前記［１］又は［２］に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、各配管の両端部での配管中心軸の方向を算出することにより、各配管の振れ角（両端部の中心軸線のなす角度）を算出し、算出された各配管の振れ角と過去の各配管の振れ角を比較し、その間の変化が所定の範囲内であれば、当該パイプラインの敷設状態は異常が無いと評価することを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
【００１９】
［４］前記［１］から［３］のうちのいずれかに記載のパイプラインの形状計測評価方法において、パイプラインを構成する配管毎の線形状の計測を任意の期間をおいて複数回行い、複数回の計測結果の変化から各配管に掛かる応力を推定して当該パイプラインの敷設状態を評価することを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
【００２０】
［５］前記［１］から［４］のうちのいずれかに記載のパイプラインの形状計測評価方法において、検査ピグは、ピグ本体内部に固定された３軸ジャイロセンサユニットと、ピグ本体のパイプライン配管内での走行距離を計測する走行距離計測手段と、ピグ本体のパイプライン配管に対する姿勢を計測する姿勢計測手段とを備えていることを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
【００２１】
［６］前記［５］に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、前記姿勢計測手段は、ピグ本体とパイプラインの内面との距離を計測する距離計測手段であって、ピグ本体の円周方向に等間隔に３つ以上複数配置されたセンサを１組としたものを、ピグ本体の走行方向に所定間隔を開けて２組以上配置したセンサユニットを有し、パイプラインの内面と常に接触を維持する機構を備えた接触式距離計測装置であることを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
【００２２】
［７］前記［６］に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、前記接触式距離計測装置は、一端がピグ本体の外面に設置された回転軸に接続されたロッド（アーム）と、ロッド（アーム）の他端が常にピグ本体の半径方向（パイプライン内面に向かう方向）に広がるように、当該ロッド（アーム）に力を印加する機構と、当該ロッド（アーム）の前記回転軸周りの回転角を計測する機構を有することを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
【００２３】
［８］前記［６］又は［７］に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、前記配管接合部検出手段は、前記接触式距離計測装置の出力に基づいてパイプラインの配管継ぎ目を検出する機能を有していることを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態において用いるパイプラインの検査ピグの概要を示す図である。
【００２５】
ピグ本体１の外周部にはシールカップ３が配置されており、ピグ本体１が配管内に挿入されると、シールカップの３外周は配管内面と密着し、シールカップ３前後の配管内の差圧によりピグ本体１に駆動力が発生し、配管内を走行する。シールカップはピグ本体１の前後２ヶ所に設置されているが、これはシールカップが１ヶ所では走行時のシールカップ３の変形等により配管内面との間に空隙が生じ、走行に支障が出る可能性があるので、これを防止するためである。
【００２６】
ピグ本体１の外部には、走行距離計測手段１７，１８が配置されている。走行距離計測手段１７，１８は本体外面に回転軸を有し、他端に車輪を有するロッドであり、ロッド先端の車輪が常に配管内面と接触する機構を有している。先端部の車輪は配管内の走行に伴って回転するので、車輪の回転数を計測すれば、車輪の外周長からピグ本体１の走行距離を算出できる。
【００２７】
この実施の形態においては、走行距離計測手段１７，１８は対向する位置に２個設置しているが、これは、パイプラインのベンド部の通過時には車輪の配管円周方向の接触位置により（配管ベンドの外側か内側かにより）計測される距離が異なるので、異なる走行距離を平均化し、ピグ本体の走行距離を算出するためである。より精度を向上させるためには走行距離計測手段の数を増やすことも可能である。走行距離計測手段の計測値はケーブル２２を介して本体２内に設置される信号処理・記録装置１９に伝送され、記録される。
【００２８】
ピグ本体１内のバッテリ２０は、走行距離計測手段１７，１７への電源を供給するとともに、ケーブル２２を介して、ピグ本体２に設置される機器への電源を供給する。
【００２９】
ピグ本体２は連結部２１を介して本体１と接続されており、本体１が駆動されると連動して配管内を走行する。ここで、本体１と２は分離されているが、これはパイプラインのベンド部の通過性を確保する（本体筐体の配管内面への接触を避ける）ためであり、配管の内径とベンドの曲率から決まる条件が許せば、ピグ本体を１つとすることも可能である。
【００３０】
ピグ本体２内には３軸ジャイロセンサユニット４が、ジャイロユニットの計測軸の１軸とピグ本体の中心軸とが平行となるように配置され、走行時にジャイロユニットとピグ本体２との相対位置関係がずれない様に固定されている。ピグ本体２の外周には、前後方向（走行方向）２ヶ所にそれぞれ、円周方向に等分された方向に６方向距離計測手段５〜１０、１１〜１６が設置されている。
【００３１】
図２に、ピグ本体のパイプライン配管に対する姿勢を計測する姿勢計測手段として用いるための距離計測手段の詳細を示す。図２において、３０はロッド、３１は接触用車輪、３２は電磁誘導式スリーブセンサ、３３はセンサとロッドを接続するリンケージ、３４はロッドの回転軸を示す。
【００３２】
図２（ａ）は、距離測定手段５〜１０を前方から見た概要図である。図に示されるように、距離測定手段５〜１０は、ピグ本体２の円周方向に６０°おきに配設されており、そのロッド３０の先端に設けられた接触用車輪３１が、パイプライン内周面に接触するようになっている。
【００３３】
図２（ｂ）に、個々の距離測定手段の機構部の概要を示す。距離計測手段はロッド３０先端に、配管内面と接触させるための接触用車輪３１を有し、ピグ本体側の回転軸３４を中心に回転するようになっている。また、ロッド３０の一端にはリンケージ３３が接続され、ロッド３０の回転は、リンケージ３３を介して電磁誘導式スリーブセンサ３２のセンサロッド３２ａに接続されている。
【００３４】
パイプライン内面との距離が変化し、ロッド３０が回転軸３４を中心に回転すると、リンケージ３３により回転運動が直線運動に変換され、センサロッド３２ａが電磁誘導式スリーブセンサ３２のセンサスリーブ内を移動する。この結果距離の変化（ロッド角度の変化）に応じて電磁誘導式スリーブセンサ３２の出力が変化し、電磁誘導式スリーブセンサ３２の出力値からロッド３０の回転角度を算出することが可能となる。
【００３５】
図示を省略しているが、ロッド３０にはスプリング等により常にパイプライン内周面方向に広がるように力が印加されており、この印加される力は、パイプライン内で本体２の位置を保持するためにも使用されている。
【００３６】
そして、パイプラインを構成する配管間の接合部（溶接部）には内面ビードが形成されているので、距離計測手段がパイプライン内面との距離を測定する時に、内面ビード通過時に測定距離に急激な変化が検出される。特に同じ位置に設けられた距離計測手段の計測結果が同時に１〜２ｍｍのオーダで減少した場合には、配管の溶接部における内面の凸部（ビード部）を通過したと判断することが可能である。よって、この変化を検出することにより、配管間の接合部を検出することができる。図５に、距離計側手段による距離測定値の変化を示す。図中、パルス状に変化しているのが溶接線（ビード部）に相当する部分であり、これにより容易に溶接線を検知することができる。
【００３７】
３軸ジャイロセンサユニット４、走行距離計測手段１７，１８、距離計測手段５〜１６の各計測データは信号処理・記録装置１９に入力される。この実施の形態においては、信号処理・記録装置１９に、データを一定周期で記録保存し、ピグ本体の走行終了後に保存データを読み出し、保存データからパイプラインの線形算出を行っているが、信号処理装置によりリアルタイムに線形の算出を行って、記録装置に線形のデータを記録することも可能である。
【００３８】
以下、上記の検査ピグを用いてパイプラインの線形計測を行う際の原理を、図３、図４を用いて説明する。図３に示す例では、ピグ本体進行方向の間隔Ｌの位置Ａ点及びＢ点のそれぞれにおいて、円周方向の直交する４方向に計８つの距離計測手段を備えているものとし、ジャイロ本体（ピグ本体）の進行方向中心軸をＺ軸、進行方向と直交する断面方向内の距離計測手段の計測方向をそれぞれＸ軸、Ｙ軸とする。
【００３９】
そして、各距離計測手段により得られる配管内面までの計測距離を、それぞれＸＡ１、ＸＡ２、ＹＡ１、ＹＡ２、ＸＢ１、ＸＢ２、ＹＢ１、ＹＢ２とする。また、各距離計測手段はピグ本体のＺ軸（中心軸）から等距離には位置されているものとする。ここで、配管の長手方向（中心軸）をｚ軸、配管断面の垂直方向をｙ軸、水平方向をｘ軸とする。そして、簡単のためにＸ軸とｘ軸、Ｙ軸とｙ軸の方向は一致しているものとする（一致していない場合は、配管についてＸ軸方向にｘ軸を、Ｙ軸方向にｙ軸をとればよい）。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、走行中に計測される距離計測手段の距離計測結果がすべて等しい計測値となる場合（ＸＡ１＝ＸＡ２＝ＹＡ１＝ＹＡ２＝ＸＢ１＝ＸＢ２＝ＹＢ１＝ＹＢ２）には、ピグ本体のＺ軸と配管ｚ軸とが一致し、ピグ本体が配管の中央を走行している場合であると判断することができる。
【００４１】
また、各断面（Ａ断面及びＢ断面）における４つの距離計測結果が異なる場合には、Ａ点断面あるいはＢ点断面のピグ本体のＺ軸と配管のｚ軸とはずれていると判断できるが、図３（ｂ）に示すように、Ａ点及びＢ点の同一方向距離計測手段の距離計測結果が等しい（ＸＡ１＝ＸＡ２、ＹＡ１＝ＹＡ２、ＸＢ１＝ＸＢ２、ＹＢ１＝ＹＢ２）場合には、ピグ本体のＺ軸とｚ軸は平行であり、ピグ全体が配管内で偏芯していると判断することができる。
【００４２】
図３（ｃ）に示すように、対向するＸ軸方向の距離計測結果が等しく（ＸＡ１＝ＸＡ１、ＸＢ１＝ＸＢ２）、Ｙ軸方向の距離計測結果が異なる場合（ＹＡ１≠ＹＡ２、ＹＢ１≠ＹＢ２、ＹＡ１≠ＹＢ１、ＹＡ２≠ＹＢ２）には、ピグ本体のＸ軸周りにピグ本体が回転した状態であると判断でき、その際の回転角度αx（Ｚ軸とｚ軸との角度）は以下の式で表される。
【００４３】
αx＝tan^-1（（Ａ、Ｂ点におけるピグ中心の配管中心からのずれ）／（Ａ−Ｂ点間隔））＝tan^-1（（ＹＡ１−ＹＢ１）／Ｌ）＝tan^-1（（ＹＡ２-ＹＢ２）／Ｌ）
この時、ピグ本体はピグ本体の中心軸（Ｚ軸）と配管の中心軸（ｚ軸）がＸ軸を中心に角度αxの角度で傾斜（回転）した姿勢で配管内を走行していることになる。ピグ本体の走行を配管の座標（ｘｙｚ軸座標）から見るとピグ本体はｚ軸に沿って移動しているが、ピグ本体（３軸ジャイロセンサユニット）の座標（ＸＹＺ軸座標）から見るとＺ軸のみではなく、Ｙ軸方向にも移動していることになる。
【００４４】
この時のピグ本体のＺＹ座標における移動距離は、ｚ軸（管）に沿ったピグ本体の移動距離から算出することができる。また、ピグ本体のジャイロは絶対座標系（地球座標）に対する自分の座標系の方向を計測できるので、ジャイロの計測結果と、ピグ本体の姿勢（傾斜）の計測結果と組み合わせると、ピグ本体（ジャイロ）が地球座標に対してその方向に移動したかが分かり、移動距離と組み合わせることによって、地球座標におけるピグ本体の移動軌跡、すなわちパイプライン線形を算出することができる。
【００４５】
また、対向するＹ軸方向の距離計測結果が等しく（ＹＡ１＝ＹＡ２、ＹＢ１＝ＹＢ２）、Ｘ軸方向の距離計測結果が異なる場合（ＸＡ１≠ＸＡ２、ＸＢ１≠ＸＢ２、ＸＡ１≠ＸＢ１、ＸＡ２≠ＸＢ２）には、ピグ本体のＹ軸周りにピグ本体が回転した状態であると判断でき、その際の回転角度αy（Ｚ軸とｚ軸との角度）は以下の式で表される。
【００４６】
αy＝tan^-1（（Ａ、Ｂ点におけるピグ中心の配管中心からのずれ）／（Ａ−Ｂ点間隔））＝tan^-1（（ＸＡ１−ＸＢ１）／Ｌ）＝tan^-1（（ＸＡ２−ＸＢ２）／Ｌ）
実際のピグの走行においては、ピグ本体の中心軸（Ｚ軸）と配管の中心軸（ｚ軸）とは、ＸＹ平面の任意の軸を中心に傾斜（回転）する可能性がある。その場合、Ｘ軸、Ｙ軸方向の対になる距離計測結果がすべて異なることになる。そして、この計測結果からＸ軸及びＹ軸周りの傾斜αx、αyを求めることにより、ピグ本体の傾斜を求めることができる。また、この時のＺ軸とｚ軸とのなす角α自体は、以下の式で表される。
【００４７】
α＝tan^-1（（Ａ、Ｂ点におけるピグ中心の配管中心からのずれ）／（Ａ−Ｂ点間隔））＝tan^-1（((ＹＡ１−ＹＢ１)² +（ＸＡ１−ＸＢ１）²)^-1/2／Ｌ）
この実施の形態においては、ピグ本体２の円周上に配置された６個×２組の距離計測手段を用いているが、この場合には、Ａ点又はＢ点における直交座標系（ＸＹＺ座標系）を定め、６点の計測結果からピグ中心とパイプライン中心との位置関係を求めてやればよい。
【００４８】
図２では、配管内面までの距離計測手段はピグ本体の外周に直交する４方向に設置しているが、円周方向に等間隔に３つ以上配置すればピグ本体中心軸の配管中心軸に対する角度を算出することができる。
【００４９】
図２に示されるような距離計測手段により、ピグ本体の中心線とパイプラインの中心線の角度のずれを計測する方法を図４に示す。
【００５０】
第１のロッドの長さをＬ１、第２のロッドの長さをＬ２、第１のロッドと第２のロッドのピグ本体側回転軸間距離をＬ０とし、ピグ本体（中心軸）に対するそれぞれのロッドの角度をθ１、θ２とする。この時第１のロッド及び第２のロッドの先端の車輪がそれぞれ配管内面に接触しているとすると、２つの車輪の中心軸を結ぶ直線は配管の内面に平行となり、ピグ本体に対する各車輪の位置が分かればピグ本体に対する配管の角度を知ることができる。
【００５１】
ピグ本体中心軸と配管内面の角度（ピグ本体の配管中心軸に対する回転角度）θ３は以下の式で表される。
θ３＝tan^-1（ｈ３／Ｌ３）
Ｌ３＝Ｌ０−Ｌ１cos（θ１）＋Ｌ２cos（θ２）
ｈ３＝Ｌ２sin（θ２）−Ｌ１sin（θ１）
同様に、第３のロッド、第４のロッドに関しても、ピグ本体の配管中心軸に対する回転角度を算出することができる。
【００５２】
ここでは、ピグ本体の回転面と配管内面までの距離計測手段とは同一平面にあるものとしているが、距離計測手段を円周方向に等間隔に３つ以上配置することによりピグ本体の配管に対する姿勢を算出することができる。
【００５３】
上記のようにして、ピグ本体の配管に対する姿勢を算出し、それに基づいて補正を行うことにより、パイプラインの線形状を精度よく測定することができる。
【００５４】
そして、同時に配管間の接合部を検出することにより、パイプラインを構成する配管毎の線形状を計測することができる。
【００５５】
上記の方法により計測したパイプライン線形の例を図６に示す。実際のパイプラインの線形形状は直交３軸の座標で与えられるが、図は簡易的に走行距離（水平面内の変位距離）と深度の関係を示したものである。図６（ｂ）は、図６（ａ）の一部を拡大した図である。
【００５６】
図に示したものは、パイプライン敷設上では一定深度に敷設された直線とされる部分であるが、実際に計測された形状では、深度方向の変位が発生した複雑な曲線となっている。図６では走行距離と深度との関係を示したが、水平面内の形状を見た場合も、同様に直線からの変位が発生している。
【００５７】
図６中のマークで示した部分が、検出された溶接線を示し、溶接線により区切られる部分がパイプラインを構成する１本１本の配管を示す。
【００５８】
図中に示すように、配管同士の溶接部において線形状の屈曲が生じていることが判別できる。これは実施工時に、配管の軸線同士を完全に一致させることができないために生じた屈曲である。また、溶接線で区切られる配管１本に関しても、配管毎に異なる湾曲を有していることが判別できる。
【００５９】
実際のパイプラインの形状は図に示したように接合部での屈曲と配管自体の湾曲の連続となっている。その敷設状態を評価する際に、全体の曲率を求めたのでは、接合部の屈曲の影響を含めたものとなるが、接合部での屈曲自体は施工により発生したものであり、配管に対して直接応力を発生させるものではないため、過剰な曲率の評価となる。そこで、このような接合部の屈曲を考慮して、配管１本毎の曲率を算出して評価することにより、パイプラインの敷設状態を適切に評価することが可能となる。
【００６０】
図７に、図６に示した直線部分の線形状に基づいて配管毎の曲率を算出した結果を示す。曲率の算出は、計測された配管の３次元線形座標データ列から細かく（配管の部分部分毎に）算出することも可能であるが、ここでは、図８に示すように配管１本の３次元座標データ列から近似曲線を求め、その近似曲線の曲率を求めている。実際の配管においては、配管１本の中で曲率や湾曲方向が複雑に変化することはほとんど無いので、近似曲線により、配管１本毎の曲率を求めることで十分評価はできると考えられる。
【００６１】
この例では、曲率から求められる各配管の曲率半径は１ｋｍ以上であり、各配管の敷設状態の評価としては、ほぼ直線であり異常の無いものと判断できる。
【００６２】
なお、ここでは３次元的な湾曲形状をしている配管の曲率を求めているが、水平面内、及び鉛直面内（配管の始点と終点を含む鉛直面）での配管形状から水平方向及び鉛直方向の曲率を別々に求め、評価することも可能であり、この場合、水平方向及び鉛直方向の曲率から施工状態における配管の変形方向を判別し、変形の原因（地盤沈下等）を推定することも可能となる。
【００６３】
また、配管両端部の軸線の３次元座標内での方向を求めれば、接合部における屈曲に関して、配管同士のなす角度を算出することが可能である。配管端部の軸線方向は、配管端部の任意幅の３次元座標列データを直線で近似することにより容易に求めることが可能である。
【００６４】
また、ベンド部に関して、上記の直線部の場合と同様に線形状を計測し、その線形状からベンド部の曲率を求めることが可能である。
【００６５】
特にベンド部に関しては、ベンド入口部及び出口部の配管の軸線方向を求めることにより、ベンドの振れ角を算出し、配管加工時の、あるいは施工時のベンド振れ角からのズレを算出し、ベンド部に変形や応力集中が生じていないかを簡易に判断することが可能となる。
【００６６】
図９に、水平ベンド部の水平面内での形状計測結果の例を示す。図に示した計測形状から求められるベンドの振れ角は４４°である。このベンド部は、施工上は４５°の振れ角を有するベンドであり約１°の誤差があるが、これはベンドの加工上は許容範囲（±２°）内であり、ベンド部分が大きく変形していないことが確認できる。
【００６７】
そして、上記のような線形状の計測と曲率の算出を、一定期間（例えば３〜４年）毎に行い、それを比較することにより、パイプライン埋設部の地盤沈下、変位に伴うパイプライン線形の変化を検出し、発生している応力を推定することも可能となる。
【００６８】
なお、距離計測手段として上記の実施の形態のように接触式距離計測装置を用いるのが好適であるが、光波距離計や超音波距離計あるいは渦流方式の距離計を用いることでもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、パイプラインを構成する配管毎について線形状を計測しているので、パイプラインの配管間の接合部における不整合がある場合でも、パイプラインの敷設状態を適切に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態において用いる検査ピグの概要を示す図である。
【図２】距離計測手段の詳細を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるパイプラインの線形計測の原理を示す図である。
【図４】検査ピグの中心軸とパイプラインの中心軸軸のずれを算出する方法を示す図である。
【図５】配管と配管の溶接部の検出方法を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態において、直線部で計測した配管毎の線形状の例を示す図である。
【図７】図６の配管毎の線形状から配管毎の曲率を算出した図である。
【図８】配管毎の線形状から配管毎の曲率を算出する際に、線形状を曲線で近似する方法の例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態において、水平ベンド部での形状計測結果の例を示す図である。
【符号の説明】
１、２…ピグ本体（筐体）、３…シールカップ、４…３軸ジャイロセンサユニット、５〜１６…距離計測手段、１７、１８…走行距離計測手段、１９…信号処理・記録装置、２０…バッテリ、２１…連結部、２２…ケーブル、３０…ロッド、３１…接触用車輪、３２…電磁誘導式スリーブセンサ、３３…リンケージ、３４…ロッドの回転軸

Claims

パイプライン配管内を走行する検査ピグを用いて当該パイプラインの線形状を計測し、その計測結果に基づいて当該パイプラインの敷設状態を評価するパイプラインの形状計測評価方法であって、パイプラインを構成する配管間の接合部を検出する配管接合部検出手段を備えた検査ピグを用いて、パイプラインを構成する配管毎について線形状を計測し、その配管毎の線形状の計測結果と過去の配管毎の線形状を比較し、その間の変化が所定の範囲内であれば、当該パイプラインの敷設状態は異常が無いと評価することを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
請求項１に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、配管毎の線形状の計測結果から各配管の曲率を算出し、算出された各配管の曲率と過去の各配管の曲率を比較し、その間の変化が所定の範囲内であれば、当該パイプラインの敷設状態は異常が無いと評価することを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
請求項１又は請求項２に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、各配管の両端部での配管中心軸の方向を算出することにより、各配管の振れ角（両端部の中心軸線のなす角度）を算出し、算出された各配管の振れ角と過去の各配管の振れ角を比較し、その間の変化が所定の範囲内であれば、当該パイプラインの敷設状態は異常が無いと評価することを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、パイプラインを構成する配管毎の線形状の計測を任意の期間をおいて複数回行い、複数回の計測結果の変化から各配管に掛かる応力を推定して当該パイプラインの敷設状態を評価することを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、検査ピグは、ピグ本体内部に固定された３軸ジャイロセンサユニットと、ピグ本体のパイプライン配管内での走行距離を計測する走行距離計測手段と、ピグ本体のパイプライン配管に対する姿勢を計測する姿勢計測手段とを備えていることを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
請求項５に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、前記姿勢計測手段は、ピグ本体とパイプラインの内面との距離を計測する距離計測手段であって、ピグ本体の円周方向に等間隔に３つ以上複数配置されたセンサを１組としたものを、ピグ本体の走行方向に所定間隔を開けて２組以上配置したセンサユニットを有し、パイプラインの内面と常に接触を維持する機構を備えた接触式距離計測装置であることを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
請求項６に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、前記接触式距離計測装置は、一端がピグ本体の外面に設置された回転軸に接続されたロッド（アーム）と、ロッド（アーム）の他端が常にピグ本体の半径方向（パイプライン内面に向かう方向）に広がるように、当該ロッド（アーム）に力を印加する機構と、当該ロッド（アーム）の前記回転軸周りの回転角を計測する機構を有することを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。
請求項６又は請求項７に記載のパイプラインの形状計測評価方法において、前記配管接合部検出手段は、前記接触式距離計測装置の出力に基づいてパイプラインの配管継ぎ目を検出する機能を有していることを特徴とするパイプラインの形状計測評価方法。