JP5151955B2 - 配管設置支援装置 - Google Patents

Description

本発明は配管設置支援装置に係り、特に施設内に既に設置された配管をつなぐ配管の設置を支援する配管設置支援装置に関する。

施設内に既に設置された配管（以下、既設置配管という）をつなぐ配管（以下、取付配管という）は、加工代を含めた設計データよりも長い状態であえて製作されている。そのため、この取付配管の設置作業においては、２本の既設置配管が設置されている施設内で取付配管を実際に吊り上げ、既設置配管と取付配管との干渉状態の確認や取付配管の加工量を検討するという方法が一般的に行われている。

また、取付配管を実際に吊り上げる以外の方法として、三次元計測器を用いて既設置配管と取付配管の端面形状を計測し、計測結果と計測者の経験とに基づいて加工量を指示するという人力を主体とした作業が行われている。

類似技術として、特許文献１には、プラント製品設計において部品を追加する過程で、追加部品と既設置の配管等との干渉の有無をＣＡＤ上で確認する技術が開示されている。また、特許文献２には、配管断面の形状を検討する方法が開示されている。
特開２００２−２３６７１１号公報 特開２００６−２７７４０５号公報

しかしながら、一般的に行われている取付配管を実際に吊り上げる方法では、配管重量などの関係で多大な労力をかけて配管の吊り上げなどの作業を実施しているため、配管吊作業、干渉チェック、加工量指示等を複数回行うことが困難であり、詳細な検討を行うことができないという問題がある。

また、取付配管を実際に吊り上げる方法による現物での干渉検討や、三次元計測器で計測した数値情報（三次元座標データ）の解析に基づく加工量指示には、加工指示に反映できるだけの現場実績が必要となるため、容易に加工指示を行うことはできないうえ、経験が少ない作業者の場合には正しい判断ができない虞がある。また、目に見える形で配管干渉状態を確認することができないという問題もある。

特許文献１、２に記載の発明においては、配管の干渉検討に使用するＣＡＤデータは設計時のもの、すなわち現場の状況を反映せずに作成されたものであるため、あらかじめ現場状況を考慮し、加工代を持って現場に納品されている配管の干渉検討には使用できないという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、配管の現状を再現したデータに基づいて取付配管設置時の配管の干渉状態や加工量の検討が可能な配管設置支援装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に係る配管設置支援装置は、施設内に配設された２本の既設置配管の端面及び前記端面近傍の直線部の任意の位置の断面の形状と、前記２本の既設置配管を連結する取付配管の端面及び前記端面近傍の配管直線部の断面の形状とに関する３次元計測結果を点情報の集合体である点群データとして取得する取得手段と、前記取得手段により取得された点群データに基づいて、前記端面の形状及び軸芯の方向を含む３次元データを前記既設置配管及び前記取付配管のそれぞれに対して生成する３次元データ生成手段と、前記取付配管の軸芯の方向と前記既設置配管の軸芯の方向とが一致するように、前記取付配管用の座標系を回転し、前記取付配管の前記既設置配管側の端面中心と、前記既設置配管の端面中心との距離が基準未満となるように連結する位置に前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データを配置する自動配置手段と、前記自動配置手段により前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データが配置された状態で、前記既設置配管の３次元データと前記取付配管の３次元データとの干渉部分の長さを前記取付配管の加工量として算出する加工量算出手段と、前記加工量算出手段により算出された加工量を表示手段及び外部機器の少なくとも１つへ出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る配管設置支援装置によれば、施設内に配設された２本の既設置配管の端面及び端面近傍の直線部の任意の位置の断面の形状と、２本の既設置配管を連結する取付配管の端面及び端面近傍の配管直線部の断面の形状とに関する３次元計測結果を点情報の集合体である点群データとして取得し、これらの点群データに基づいて、端面の形状及び軸芯の方向を含む３次元データを既設置配管及び取付配管のそれぞれに対して生成する。既設置配管の軸芯の方向及び取付配管の軸芯の方向に基づいて、取付配管が２本の既設置配管を最も適切に連結する位置に既設置配管及び取付配管の３次元データを配置し、既設置配管の３次元データと取付配管の３次元データとの干渉部分の長さを取付配管の加工量として算出し、この加工量を表示手段及び外部機器の少なくとも１つへ出力する。これにより、配管吊作業などを行うことなく、現場での配管加工指示などの配管設置の支援を行うことができる。また、取付配管が２本の既設置配管を、取付配管の既設置配管側の端面中心と、既設置配管の端面中心との距離が基準未満となるように連結する位置に、既設置配管及び取付配管の３次元データを配置するため、経験の無い作業者が作業を行う場合においても適切な加工量を算出することができる。

請求項２に係る配管設置支援装置は、請求項１に記載の配管設置支援装置において、前記３次元データ生成手段は、端面及び前記端面近傍の配管直線部の断面の形状に基づいて前記軸芯の方向を算出することを特徴とする。

請求項２に係る配管設置支援装置によれば、端面及び端面近傍の配管直線部の断面の形状に基づいて軸芯の方向を算出する。これにより、端面が配管に対して傾斜を持って切断されている場合においても、軸芯の方向を正確に算出することができる。

請求項３に係る配管設置支援装置は、請求項１又は２に記載の配管設置支援装置において、前記３次元データ生成手段は、前記既設置配管の端面及び前記取付配管の端面の形状に関する点群データを連結して略円形のデータを生成し、当該生成した略円形のデータの円周上にそれぞれ評価点を配置し、前記加工量算出手段は、前記既設置配管の端面の形状に関する点群データを連結して生成された略円形のデータの円周上に配置された評価点と、前記取付配管の端面の形状に関する点群データを連結して生成された略円形のデータの円周上に配置された評価点との間の距離を加工量として算出することを特徴とする。

請求項３に係る配管設置支援装置によれば、既設置配管の端面及び取付配管の端面の形状に関する点群データを連結して略円形のデータを生成し、生成した略円形のデータの円周上にそれぞれ評価点を配置する。そして、評価点間の距離を加工量として算出する。これにより、加工量を容易に算出することができる。

請求項４に係る配管設置支援装置は、請求項１から３のいずれかに記載の配管設置支援装置において、前記自動配置手段は、前記既設置配管の端面と軸芯とが交差する点と、前記取付配管の所望の端面と軸芯とが交差する点とを一致させた時に、前記取付配管の軸芯と前記２本の既設置配管の軸芯とが略一致する場合には、前記取付配管が前記２本の既設置配管を、前記取付配管の前記既設置配管側の端面中心と、前記既設置配管の端面中心との距離が基準未満となるように連結する位置に、前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データが配置されていると判断する判断手段を備えたことを特徴とする。

請求項４に係る配管設置支援装置によれば、既設置配管の端面と軸芯とが交差する点と、取付配管の所望の端面と軸芯とが交差する点とを一致させた時に、取付配管の軸芯と２本の既設置配管の軸芯とが略一致する場合（例えば、軸芯のズレが数ｍｍ以下の場合）を、取付配管が２本の既設置配管を最も適切に連結する位置であると判断することができる。

請求項５に係る配管設置支援装置は、請求項１から４のいずれかに記載の配管設置支援装置において、前記自動配置手段は、前記既設置配管の端面と軸芯とが交差する点と、前記取付配管の所望の端面と軸芯とが交差する点とを一致させた時に、前記取付配管の軸芯が前記２本の既設置配管の軸芯とそれぞれ交差する場合には、前記取付配管が前記２本の既設置配管を、前記取付配管の前記既設置配管側の端面中心と、前記既設置配管の端面中心との距離が基準未満となるように連結する位置に、前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データが配置されていると判断する判断手段を備えたことを特徴とする。

請求項５に係る配管設置支援装置によれば、既設置配管の端面と軸芯とが交差する点と、取付配管の所望の端面と軸芯とが交差する点とを一致させた時に、取付配管の軸芯が２本の既設置配管の軸芯とそれぞれ交差する場合を、取付配管が２本の既設置配管を最も適切に連結する位置であると判断することができる。

請求項６に係る配管設置支援装置は、請求項４又は５に記載の配管設置支援装置において、前記自動配置手段は、前記既設置配管及び／又は前記取付配管の３次元データを任意の距離だけ並行移動させ、又は任意の角度だけ回転させる移動手段と、前記判断手段により前記取付配管が前記２本の既設置配管を、前記取付配管の前記既設置配管側の端面中心と、前記既設置配管の端面中心との距離が基準未満となるように連結する位置に、前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データが配置されていないと判断された場合には、前記既設置配管及び／又は前記取付配管の３次元データを平行移動又は回転移動させるように前記移動手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項６に係る配管設置支援装置によれば、取付配管が２本の既設置配管を最も適切に連結する位置に既設置配管及び取付配管の３次元データが配置されていないと判断すると、既設置配管及び／又は取付配管の３次元データを任意の距離だけ並行移動させ、又は任意の角度だけ回転させる。これにより、取付配管が２本の既設置配管を最も適切に連結する位置に既設置配管及び取付配管の３次元データを自動的に配置することができる。

請求項７に係る配管設置支援装置は、請求項６に記載の配管設置支援装置において、前記取得手段は、前記取付配管の両端の相対的な位置関係を取得し、前記３次元データ生成手段は、前記取付配管の両端の端面の形状及び軸芯の方向を含む３次元データを前記取得された両端の相対的な位置関係を再現して配置し、前記移動手段は、前記両端の相対的な位置関係を再現して配置された前記取付配管の両端の３次元データを一体として平行移動又は回転移動させることを特徴とする。

請求項７に係る配管設置支援装置によれば、取付配管の両端の相対的な位置関係を維持しながら取付配管の両端の３次元データを平行移動又は回転移動する。これにより、配管の両端の位置関係を維持しながら配管の設置位置の検討を行うことができる。

本発明によれば、配管の現状を再現したデータに基づいて取付配管設置時の配管の干渉状態や加工量の検討をすることができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る配管設置支援装置の好ましい実施の形態について説明する。

この配管設置支援装置１は、主として、３次元ＣＡＤ装置１０と、立体である物体にレーザ光等を照射して形状や位置を３次元で計測する非接触式の３次元計測器２０と、取付配管の先端の切断加工等を行う配管加工機３０とで構成される。

３次元ＣＡＤ装置１０は、主として、ＣＰＵ１１と、メモリ１２と、表示制御手段１３と、入力手段１４と、３次元計測データ取得手段１５と、３次元データ生成手段１６と、加工量算出手段１７と、画像生成手段１８と、表示手段１９で構成される。

ＣＰＵ１１は、バスを介して３次元ＣＡＤ装置１０内の各ブロックに接続されており、各ブロックの動作を制御する。また、ＣＰＵ１１は、３次元ＣＡＤ装置１０と、３次元計測器２０及び配管加工機３０との間でデータのやり取りを行う。

メモリ１２は、制御プログラム、各種のアプリケーションソフト等が格納される記憶領域や、プログラム実行時の作業領域を含んでいる。

表示制御手段１３は、画像生成手段１８で生成された画像の中から表示手段１９に表示する画像を選択して表示させる。表示手段１９は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）モニタや液晶モニタにより構成される。

入力手段１４は、キーボード及びマウスで構成され、操作者からの操作入力を受け付けて、操作入力に応じた信号をＣＰＵ１１に入力する。なお、ポインティングデバイスとしては、マウスのほか、タッチパネルやタッチパッド等を用いることができる。

３次元計測データ取得手段１５は、図２に示すように、既設置配管及び取付配管のそれぞれについて、端面の形状及び位置と、端面近傍の配管の直線部の任意の位置における断面の形状及び位置の計測データを３次元計測器２０から取得する。なお、既設置配管及び取付配管の端面及び断面の計測データは、各点が三次元座標データを有する複数の点情報の集合体である点群データとして取得される。なお、３次元計測器２０が点群データを取得する方法については後に詳述する。なお、点群データは３次元座標（後に詳述）であるため、本実施の形態においては既設置配管が施設内のどの位置に配置されているかという絶対的な位置を取得するが、取付配管によって連結される２本の既設置配管の相対的な位置関係、及び取付配管の両端の相対的な位置関係が分かるのであれば３次元座標を取得する場合に限定されない。

さらに、３次元計測データ取得手段１５は、３次元計測器２０から取得した３次元データの一覧表、たとえば既設置配管又は取付配管の名称、点群データの種類（端面又は断面）、点群データの３次元座標などが関連付けられた一覧表を生成する。生成された一覧表は、３次元計測データ取得手段１５からメモリ１２に出力され、メモリ１２に保存される。

３次元データ生成手段１６は、３次元計測データ取得手段１５が取得した３次元データに基づいて、既設置配管の先端部の３次元データ及び取付配管の先端部の３次元データを生成する。

加工量算出手段１７は、既設置配管と取付配管とが重複する部分である干渉部分を加工部分として認識し、加工量を算出する。

このようにして構成された配管設置支援装置１の作用について説明する。図３は、図２に示す状況において、配管設置支援装置１の全体の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、ＣＰＵ１１は、３次元計測器２０に指示を出し、３次元計測器２０は、既設置配管の端面及び端面近傍の配管の直線部の任意の位置における断面のそれぞれについて点群データを取得する（ステップＳ１）。さらに、ＣＰＵ１１は、３次元計測器２０に指示を出し、３次元計測器２０は、取付配管の先端の端面及び端面近傍の配管の直線部の任意の位置における断面の形状を計測し、それぞれについて点群データを取得する（ステップＳ２）。

図４は、ステップＳ１，２における３次元計測器２０の取得する処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として３次元計測器２０に内蔵されたＣＰＵ（図示せず）により行われる。

施設内に３次元計測器２０をセットする（ステップＳ２０）。計測は地軸が基準であるため、地軸と３次元計測器２０のＺ軸とを一致させることにより３次元計測器２０の水平調整を行う（ステップＳ２１）。

３次元計測器２０は、計測者からの入力に基づいて、端面近傍の配管の直線部の断面の計測か否かを判断する（ステップＳ２２）。

端面近傍の配管の直線部の断面の計測である場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）には、３次元計測器２０は、３次元計測器２０に内蔵されたレーザ照射部（図示せず）から端面近傍の配管の直線部の任意の位置、すなわち断面の形状を計測したい位置にラインレーザーを照射する。ラインレーザーを照射することにより、端面近傍の直線部の任意の位置の断面を確実に指定することができる。そして、計測ターゲット取付処理（ステップＳ２４）へ進む。端面近傍の配管の直線部の断面の計測で無い場合、すなわち端面の計測である場合（ステップＳ２２でＮＯ）には、直接ステップＳ２４へ進む。

計測位置の確認のため、計測者は、端面又は端面近傍の配管の直線部の断面の計測を行う位置に計測用のターゲットを取り付ける（ステップＳ２４）。

３次元計測器２０は、図５に示すように、ターゲット（計測点）の斜距離Ｄ、水平角α及び垂直角βを計測し（ステップＳ２５）、数式１に示すような３次元座標算出式に基づいて計測点の３次元座標（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）を算出する（ステップＳ２６）。

３次元計測器２０は、最低計測点数以上の計測点が計測されたかどうかを判断する（ステップＳ２７）。理論的な最低計測点数は、真円の場合には３点であり、楕円の場合は４点であるが、φ３００〜φ１０００程度の配管の場合には、８点〜１６点を計測することが望ましい。したがって、本実施の形態では、最低計測点数は８点とする。

最低計測点数以上の計測点が計測されていない場合（ステップＳ２７でＮＯ）には、再度ターゲットの取り付け（ステップｓ２４）〜３次元座標算出（ステップＳ２６）の各処理を行う。

最低計測点数以上の計測点が計測された場合には、計測結果を一元管理するため、３次元計測器２０は、計測結果を３次元ＣＡＤ装置１０に出力する（ステップＳ２８）。

これにより、点群データを取得する処理を終了し、図６に示すように配管の外周にそった８点の計測点の３次元座標が取得される。なお、図４においては計測用のターゲット取付処理（ステップＳ２４）を行う例を示したが、３次元計測器２０の仕様として計測用のターゲットが必要の無い場合などには、ステップＳ２４は省略が可能である。

ＣＰＵ１１は、３次元計測データ取得手段１５に指示を出し、３次元計測データ取得手段１５は、ステップＳ１、Ｓ２で３次元計測器２０が取得したデータを３次元計測器２０から取得し、メモリ１２に保存する（ステップＳ３）。また、３次元計測データ取得手段１５は、ステップＳ３で取得したデータの一覧表を生成し、メモリ１２に保存する（ステップＳ４）。

ＣＰＵ１１は、３次元データ生成手段１６に指示を出し、３次元データ生成手段１６は、メモリ１２に記憶された点群データを取得し、図７に示すように８点の計測点を連結することにより、既設置配管及び取付配管のそれぞれについて先端端面及び端面近傍の配管の直線部の任意の位置における断面の各形状の略円形（２次元）のＣＡＤデータを生成する（ステップＳ５）。

３次元データ生成手段１６は、ステップＳ５で生成された既設置配管の先端端面及び端面近傍の配管の直線部の任意の位置における断面の略円形のＣＡＤデータに基づいて、各既設置配管毎に先端部の３次元ＣＡＤデータを生成し、計測点の３次元座標に基づいて既設置配管の３次元ＣＡＤデータを仮想空間内の既設置配管の座標系に配置する（ステップＳ６）。

すなわち、３次元データ生成手段１６は、図８（ａ）に示すように、既設置配管毎に、端面の略円形のＣＡＤデータ及び端面近傍の配管の直線部の任意の位置における断面の略円形のＣＡＤデータを選択し、これらに基づいて既設置配管の軸芯の位置及び方向を算出する。これにより、端面が配管に対して傾斜を持って切断されている場合においても、軸芯の方向を正確に算出することができる。

軸芯方向は、通常、数式２に示すようなベクトル式で与えられる。また、軸芯の位置は、端面を示す略円形のＣＡＤデータの中心として求められる。ベクトル式や軸芯の位置は既設置配管の点群データと関連付けてメモリ１２の一覧表に保存される。

３次元データ生成手段１６は、端面の略円形のＣＡＤデータを軸芯方向に伸ばすことにより略円筒形の３次元ＣＡＤデータを生成する。

そして、３次元データ生成手段１６は、計測された３次元座標を再現するように、全ての既設置配管の３次元ＣＡＤデータを仮想空間内の既設置配管の座標系に配置する。例えば、図２に示す場合においては、図８（ｂ）に示すように、２本の既設置配管の３次元ＣＡＤデータが仮想空間内に配置される。これにより、実際の配管設置状況を仮想空間内に忠実に再現することができる。

次に、３次元データ生成手段１６は、ステップＳ６と同様の方法により、取付配管の端面及び端面近傍の配管の直線部の任意の位置における断面の略円形のＣＡＤデータに基づいて取付配管の先端部の３次元ＣＡＤデータ（軸芯のベクトル式を含む）を生成し、計測点の３次元座標に基づいて取付配管の３次元ＣＡＤデータを仮想空間内の取付配管の座標系に配置する（ステップＳ７）。その結果、取付配管の両端の先端部の相対的な位置関係を再現した３次元データを生成することができる。

３次元データ生成手段１６は、取付配管の座標系に配置された取付配管の両端の３次元ＣＡＤデータを選択し、これを一体化する（ステップＳ８）。これにより、取付配管の両端の先端の３次元データを一組のデータとして扱うことができる。したがって、仮想空間内でこの座標系を移動させることで、取付配管の両端の先端部の３次元データを同時に、かつ同様に移動させることができる。

なお、既設置配管の座標系と取付配管の座標系とは同じ座標系でもよいし、別の座標系でもよいが、本実施の形態では別の座標系に配置することとする。また、複数の取付配管がある場合には、全ての取付配管を同じ座標系に配置してもよいし、取付配管毎に異なる座標系に配置してもよいが、本実施の形態では取付配管毎に異なる座標系に配置することとする。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ６で生成された既設置配管の座標系に、ステップＳ８で生成された取付配管の座標系を挿入する（ステップＳ９）。これにより、既設置配管の座標系と、取付配管の座標系との２つの座標系を含む仮想空間が生成され、実際の配管端面の位置や面倒れ状況などをＣＡＤシステム上で再現することができる。なお、本実施の形態では、既設置配管の座標系に取付配管の座標系を挿入したが、取付配管の座標系に既設置配管の座標系を挿入してもよい。

そして、取付配管の配置位置を検討するステップ（ステップＳ１０）へ進む。取付配管の配置位置を検討するステップは、操作者が手動で行う場合と、ＣＰＵ１１が自動で行う場合とが考えられる。以下、操作者が手動で行う場合と、ＣＰＵ１１が自動で行う場合とについてそれぞれ説明する。

＜操作者が手動で行う場合＞
ＣＰＵ１１は、画像生成手段１８に指示を出し、画像生成手段１８は、ステップＳ９で仮想空間に配置された既設置配管及び取付配管の３次元ＣＡＤデータをＸＹ平面、ＹＺ平面、及びＸＺ平面のそれぞれに投影した投影図を生成する。また、画像生成手段１８は、仮想空間に配置された既設置配管及び取付配管の３次元ＣＡＤデータをそのまま図示した３次元画像（既設置配管の３次元画像及び取付配管の３次元画像が重ねて表示された３次元画像）を生成する。操作者が入力手段１４を操作して所望の画像を入力すると、表示制御手段１３は、画像生成手段１８が生成した投影図及び３次元画像のなかから操作者が選択した図を選択し、表示手段１９に出力する。これにより表示手段１９に仮想空間を示す画像が表示され、操作者が既設置配管と取付配管の位置関係を確認することができる。

その結果、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、操作者は、ＣＡＤシステム上で既設置配管等の配置位置の確認や、加工代を持つ取付配管の干渉状況などの検討をすることができる。

操作者が表示手段１９に表示された画像を確認しながら入力手段１４を操作して取付配管の座標系を平行・回転移動させると、入力手段１４からＣＰＵ１１にその指示が入力され、ＣＰＵ１１は取付配管の座標系を移動させることにより取付配管の位置を移動させる。図９（ａ）に示す検討開始状態から取付配管を平行移動及び回転移動させると図９（ｂ）に示す状態となり、この状態から取付配管を回転移動させると図９（ｃ）に示す状態となる。このようにして操作者が配置位置の検討を行い、取付配管が最適な位置、すなわち取付配管が既設置配管（１）と既設置配管（２）とを最も適切に連結する位置に配置されたら、操作者が入力手段１４を操作して操作終了を示す指示を入力すると、当該ステップ（ステップＳ１０）を終了する。

なお、ステップＳ９において取付配管の両端の３次元データが一体化され、一組のデータとして移動が可能となっているので、平行・回転移動を行う際にどちらかの先端部の３次元データのみが移動するということは無く、従属してもう一方の先端面の３次元データも移動する。これにより、移動を指示していない側のＣＡＤ端面データの移動に気を使う必要がなくなり，配置位置の検討が容易になる。

＜ＣＰＵ１１が自動で行う場合＞
図１０は、ＣＰＵ１１が自動で取付配管の配置位置を検討し、最適な位置に取付配管を配置する処理の流れを示すフローチャートである。

まず、ＣＰＵ１１は、図１１に示すように、取付配管の一方の端面の端面中心と、その端面と接続される既設置配管（ここでは、既設置配管（１））の端面中心とを一致させるように、数式３を用いて取付配管用の座標系を平行移動する（ステップＳ３０）。ここで、端面中心とは、端面と軸芯とが交差する点である。

ＣＰＵ１１は、取付配管の軸芯の方向と、既設置配管（１）の軸芯の方向とが一致するように、すなわち既設置配管（１）のベクトル式のベクトル成分と、取付配管のベクトル式のベクトル成分とが一致するように、ステップＳ３０で既設置配管（１）の端面中心と一致させた側の取付配管の端面中心（以下、既設置配管（１）側の端面中心という。また、反対側の端面中心を既設置配管（２）側の端面中心という）を軸に数式３を用いて取付配管用の座標系を回転する（ステップＳ３１）。

ＣＰＵ１１は、図１１に示すように、取付配管の既設置配管（２）側の端面中心と、その端面と接続される既設置配管（ここでは、既設置配管（２））の端面中心との距離ａが基準（１ｍｍ程度）以上か否かを判断する（ステップＳ３２）。取付配管の既設置配管（２）側の端面中心と、既設置配管（２）の端面中心とは、完全に一致する必要は無く、配管の肉厚等の条件にもよるが１ｍｍ程度離れていても配管の接続に問題はない。そのため、ステップＳ３２では、基準を配管の接続に問題がない程度（１ｍｍ程度）を基準としている。

取付配管の既設置配管（２）側の端面中心と、既設置配管（２）の端面中心との距離ａが基準未満である場合（ステップＳ３２で基準未満）には、ＣＰＵ１１は、取付配管が最適な位置にあると判断し、最適な位置に取付配管を配置する処理を終了する。

取付配管の既設置配管（２）側の端面中心と、既設置配管（２）の端面中心との距離ａが基準以上である場合（ステップＳ３２で基準以上）には、図１２に示すように、既設置配管（１）側の端面中心と取付配管の既設置配管（１）側の端面中心とを合致させると共に、取付配管の軸芯と、既設置配管（２）の軸芯とが交差し、かつ取付配管の既設置配管（２）側の端面中心と、既設置配管（２）の端面中心との距離ｂが最小となるように、既設置配管（１）側の端面中心を軸に取付配管を回転させる（ステップＳ３３）。

取付配管の既設置配管（２）側の端面中心と、既設置配管（２）の端面中心との距離ｂが基準（数ｍｍ程度）以上であるか否かを判断する（ステップＳ３４）。

取付配管の既設置配管（２）側の端面中心と、既設置配管（２）の端面中心との距離ｂが基準未満である場合（ステップＳ３４で基準未満）には、ＣＰＵ１１は、取付配管が最適な位置にあると判断し、最適な位置に取付配管を配置する処理を終了する。

取付配管の既設置配管（２）側の端面中心と、既設置配管（２）の端面中心との距離ｂが基準以上である場合（ステップＳ３４で基準以上）には、図１３に示すように、ＣＰＵ１１は、取付配管の軸芯と既設置配管（１）及び既設置配管（２）の軸芯とが交差し、かつ取付配管の既設置配管（１）側の端面中心と既設置配管（１）の端面中心との距離ｃ及び取付配管の既設置配管（２）側の端面中心と既設置配管（２）の端面中心との距離ｄが最小となるように、取付配管の軸芯の方向に沿って取付配管を平行移動させる（ステップＳ３５）。この位置が取付配管の最適な位置である。そして、ＣＰＵ１１は、最適な位置に取付配管を配置する処理を終了する。これにより、取付配管を自動的に最適な位置に配置することができる。

なお、ステップＳ３２、Ｓ３５の処理においては、より適切な処理を行うため、既設置配管（２）の軸芯と取付配管の既設置配管（２）側の端面中心とが一致するという条件を更に追加するようにしてもよい。

取付配管の配置位置を検討するステップ（ステップＳ１０）が終了したら、最適な位置に配置された取付配管の点群データの３次元座標、軸芯のベクトル式をメモリ１２に保存する。

ＣＰＵ１１は、取付配管の干渉状況等の検討、すなわち図１４に示すように、既設置配管と取付部分が重複する部分、すなわち干渉部分があるかどうかを確認する（ステップＳ１１）。この処理は、３次元ＣＡＤデータが重なるか否かを検討することにより行われる。

そして、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１１において干渉部分があることが確認された場合には、加工量算出手段１７に指示を出し、加工量算出手段１７は加工量を算出する（ステップＳ１２）。

図１５は、加工量算出手段１７が加工量を算出する処理の流れを示すフローチャートである。

加工量算出手段１７は、加工量を算出する配管（例えば、既設置配管（１）、既設置配管（２）及び取付配管）の端面に評価点をつける処理（ステップＳ４０〜Ｓ４５）を行う。

まず、加工量算出手段１７は、メモリ１２に保存された一覧表から既設置配管の点群データ及び軸芯のベクトル式と、最適な位置に配置された取付配管の点群データの３次元座標、軸芯のベクトル式を取得し（ステップＳ４０）、その中から既設置配管（１）、既設置配管（２）及び取付配管の端面を構成する点（本実施の形態では、８個の計測点）と、軸芯のベクトル式を指定する（ステップＳ４１）。

加工量算出手段１７は、ステップＳ４１で指定したベクトル式に基づいて、軸芯が地軸と一致するように端面の点群データの座標を変換する（ステップＳ４２）。座標変換は数式３を用いて行うことができる。

加工量算出手段１７は、座標変換後の８個の計測点の座標に基づいて、端面を示す円の中心位置と円半径を算出し（ステップＳ４３）、算出された中心位置と円半径とに基づいて端面を示す円の円周上に所定の数（例えば８点、１６点、３２点・・・）の評価点を等間隔に設置する（ステップＳ４４）。評価点とは、後に説明する加工量算出時（ステップＳ４７）の基準となる点であり、数が多いほど正確な加工量が算出可能であるが、本実施の形態では８個の評価点を設置する。

ステップＳ４４で設置された評価点の座標を逆座標変換し、ステップＳ４２で座標変換する前の座標（現座標）へ戻す（ステップＳ４５）。これにより、既設置配管（１）、既設置配管（２）及び取付配管の端面に評価点をつける処理を終了する。

なお、ステップＳ４４で評価点を配置するときの基準点を決めておく（例えば、軸芯が地軸と一致するように座標変換された状態でＸ軸又はＹ軸の値が一番大きい点を基準とする、現座標でＺ軸の値が一番大きい点を基準とする等）ことにより、ステップＳ４５で現座標に戻した後の既設置配管の評価点と取付配管の評価点の位置とを揃えることができる。

次に、加工量算出手段１７は、既設置配管（１）及び既設置配管（２）の評価点と、取付配管の評価点との間で最短距離にある評価点を探索し、対応付けを行う（ステップＳ４６）。そして、対応付けが行われた評価点間の距離を加工量として算出する（ステップＳ４７）。

ステップＳ４６、Ｓ４７の処理について、図１６を用いて説明する。取付配管の端面に設置された評価点ｔ１と、既設置配管に設置された評価点ｋ１〜ｋ８（図１６では評価点ｋ６〜ｋ８は視認不可）との距離を算出する。評価点ｔ１と最も距離の小さい評価点は評価点ｋ１であるため、評価点ｔ１と評価点ｋ１とを対応付ける。同様にして、評価点ｔ２〜ｔ８についての対応付けを行い、評価点ｔ２〜ｔ８はそれぞれ評価点ｋ２〜ｋ８と対応付けられる。

そして、評価点ｔ１と評価点ｋ１との距離、評価点ｔ２と評価点ｋ２との距離・・・評価点ｔ８と評価点ｋ８との距離（加工量）をそれぞれ数式４を用いて算出する。

このように、評価点間の距離を用いて加工量を算出することにより、図１７に示すように、既設置配管と取付配管の端面間に傾斜がある場合にも容易に加工量を算出することができる。

加工量算出手段１７は、算出した加工量を点群データと共にメモリ１２に保存する。また、加工量算出手段１７は、算出した加工量を表示制御手段１３を介して表示手段１９に出力する。これにより、表示手段１９に加工量が表示され、実配管を加工する際の加工量として現場への指示に用いることができる。

また、加工量算出手段１７は、算出された加工量を配管加工機３０へ出力する。これにより、算出された加工量をそのまま配管加工機３０で使用することができ、配管加工が容易となる。

本実施の形態によれば、実際の配管の設置位置等を仮想空間内に再現することで、既設置配管に取付配管を設置したときの干渉部分を確認し、かつ取付配管の加工量を自動的に算出することができる。したがって、配管吊作業などを行うことなく、干渉の検討や現場での配管加工指示などの配管設置の支援を行うことができる。

また、本実施の形態によれば、取付配管の両端面の先端部の３次元画像を一組として扱うことにより、取付配管の片方の先端部の３次元画像を移動した際にもう一方の先端部の３次元画像も従属して移動するため、手動で配置位置の検討をする場合において、片方の先端部の３次元データの移動後に移動を指示していない側の先端部の３次元画像の移動を実施するという面倒な点に気を使うことなく、配置位置の検討を容易に行うことができる。

また、本実施の形態によれば、配管の先端部のＣＡＤデータを先端の断面形状のみでなく配管軸芯の方向も含めた３次元データとして表現するため、より高い精度での配管形状の表現や、干渉・加工量指示の検討が可能となる。

また、本実施の形態によれば、端面と端面近傍の直線部の任意の位置における断面の点群データを取得することにより、軸芯の方向を算出することができる。そのため、配置位置の検討を軸芯の位置を用いて自動的に行うことができる。

なお、本実施の形態では、ステップＳ４４で評価点を配置するときの基準点が決められていることにより、既設置配管の評価点と取付配管の評価点の位置を揃えることができるが、基準点を決めない場合等には、図１８に示すように、既設置配管の評価点と取付配管の評価点位置がそろわない場合もある。このような場合には、取付配管の評価点から取付配管の端面の法線方向に伸ばした線と、既設置配管とが交差する点と、取付配管の評価点との距離を求めるようにすればよい。

また、本実施の形態では、既設置配管及び取付配管の先端部の３次元データを生成したが、配管全体の３次元データを生成するようにしてもよい。配管全体の３次元データを生成するには、配管の途中の複数個所で断面を取得することにより配管の軸芯を求め、これに基づいて３次元データを生成すればよい。これにより、取付配管の両端の先端部の３次元画像を一体として扱うことなくこれと同様の効果、すなわち、干渉部分の検討や加工量の確認作業が正確に実施できるという効果を得ることができる。ただし、取付配管全体のデータを取得するとデータ量が増大することと、干渉する可能性のある部分、すなわち直線部の軸芯のみを必要であることより、先端部の３次元データのみを生成する方法が望ましい。

また、本実施の形態では、取付配管の両端の先端部の３次元データを取付配管の座標系に配置し、取付配管の座標系を移動させることにより取付配管の両端の先端部の３次元データを一体として移動させたが、取付配管の両端の先端部の３次元データが一体として移動するのであればどのような方法でもかまわない。例えば、取付配管の両端の先端部をそれぞれ別の座標系に配置し、その後別の座標系に配置された両端の先端部の３次元画像を関連付け、一方を移動させると関連付けられたもう一方も移動するとしてもよい。

また、本実施の形態では、取付配管の平行移動及び回転移動は、取付配管用の座標系を座標変換することにより行ったが、座標系全体を平行移動及び回転移動させる方法に限らず、入力された平行移動及び回転移動の量に応じて点群データの位置を平行移動、回転移動することにより行なってもよい。

また、本実施の形態では、取付配管用の座標系を移動させることにより、配置位置の検討を行ったが、既設置配管用の座標系を移動させるようにしてもよい。

なお、本発明は、配管設置支援装置としての提供に限らず、配管設置支援装置などの装置に適用するプログラムとして提供することも可能である。

第１の実施の形態に係る配管設置支援装置１の全体構成図である。 配管の干渉を確認する必要がある状況を説明する図である。 配管設置支援装置１の処理の流れを示すフローチャートである。 ３次元計測器２０による測定の処理の流れを示すフローチャートである。 ３次元計測器２０による計測点の計測方法を説明する図である。 ３次元計測器２０により測定された点群データを説明する図である。 点群データから略円形のＣＡＤデータを生成する過程を説明する図である。 ３次元のＣＡＤデータを生成する過程を説明する図である。 既設置配管と取付配管との干渉の検討を説明する図であり、（ａ）は検討開始状態を示し、（ｂ）は（ａ）の状態から取付配管を平行移動及び回転移動した状態を示し、（ｃ）は（ｂ）の状態から取付配管を回転移動させた状態を示す。 自動で最適な位置に取付配管を配置する処理の流れを示すフローチャートである。 自動で最適な位置に取付配管を配置する過程を説明する図である。 自動で最適な位置に取付配管を配置する過程を説明する図である。 自動で最適な位置に取付配管を配置する過程を説明する図である。 既設置配管と取付配管との干渉の検討を説明する図である。 加工量を算出する処理の流れを示すフローチャートである。 加工量を算出する方法を説明する図である。 加工量を算出する方法を説明する図である。 加工量を算出する別の方法を説明する図である。

符号の説明

１０：３次元ＣＡＤ装置、１１：ＣＰＵ、１２：メモリ、１３：表示制御手段、１４：入力手段、１５：３次元計測データ取得手段、１６：３次元データ生成手段、１７：加工量算出手段、１８：画像生成手段、１９：表示手段、２０：３次元計測器、３０：配管加工機

Claims (8)

1. 施設内に配設された２本の既設置配管の端面及び前記端面近傍の直線部の任意の位置の断面の形状と、前記２本の既設置配管を連結する取付配管の端面及び前記端面近傍の配管直線部の断面の形状とに関する３次元計測結果を点情報の集合体である点群データとして取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された点群データに基づいて、前記端面の形状及び軸芯の方向を含む３次元データを前記既設置配管及び前記取付配管のそれぞれに対して生成する３次元データ生成手段と、
   前記取付配管の軸芯の方向と前記既設置配管の軸芯の方向とが一致するように、前記取付配管用の座標系を回転し、前記取付配管の前記既設置配管側の端面中心と、前記既設置配管の端面中心との距離が基準未満となるように連結する位置に前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データを配置する自動配置手段と、
   前記自動配置手段により前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データが配置された状態で、前記既設置配管の３次元データと前記取付配管の３次元データとの干渉部分の長さを前記取付配管の加工量として算出する加工量算出手段と、
   前記加工量算出手段により算出された加工量を表示手段及び外部機器の少なくとも１つへ出力する出力手段と、を備えたことを特徴とする配管設置支援装置。
2. 前記３次元データ生成手段は、端面及び前記端面近傍の配管直線部の断面の形状に基づいて前記軸芯の方向を算出することを特徴とする請求項１に記載の配管設置支援装置。
3. 前記３次元データ生成手段は、前記既設置配管の端面及び前記取付配管の端面の形状に関する点群データを連結して略円形のデータを生成し、当該生成した略円形のデータの円周上にそれぞれ評価点を配置し、
   前記加工量算出手段は、前記既設置配管の端面の形状に関する点群データを連結して生成された略円形のデータの円周上に配置された評価点と、前記取付配管の端面の形状に関する点群データを連結して生成された略円形のデータの円周上に配置された評価点との間の距離を加工量として算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の配管設置支援装置。
4. 前記自動配置手段は、前記既設置配管の端面と軸芯とが交差する点と、前記取付配管の所望の端面と軸芯とが交差する点とを一致させた時に、前記取付配管の軸芯と前記２本の既設置配管の軸芯とが略一致する場合には、前記取付配管が前記２本の既設置配管を、前記取付配管の前記既設置配管側の端面中心と、前記既設置配管の端面中心との距離が基準未満となるように連結する位置に、前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データが配置されていると判断する判断手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の配管設置支援装置。
5. 前記自動配置手段は、前記既設置配管の端面と軸芯とが交差する点と、前記取付配管の所望の端面と軸芯とが交差する点とを一致させた時に、前記取付配管の軸芯が前記２本の既設置配管の軸芯とそれぞれ交差する場合には、前記取付配管が前記２本の既設置配管を、前記取付配管の前記既設置配管側の端面中心と、前記既設置配管の端面中心との距離が基準未満となるように連結する位置に、前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データが配置されていると判断する判断手段を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の配管設置支援装置。
6. 前記自動配置手段は、
   前記既設置配管及び／又は前記取付配管の３次元データを任意の距離だけ並行移動させ、又は任意の角度だけ回転させる移動手段と、
   前記判断手段により前記取付配管が前記２本の既設置配管を、前記取付配管の前記既設置配管側の端面中心と、前記既設置配管の端面中心との距離が基準未満となるように連結する位置に、前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データが配置されていないと判断された場合には、前記既設置配管及び／又は前記取付配管の３次元データを平行移動又は回転移動させるように前記移動手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の配管設置支援装置。
7. 前記取得手段は、前記取付配管の両端の相対的な位置関係を取得し、
   前記３次元データ生成手段は、前記取付配管の両端の端面の形状及び軸芯の方向を含む３次元データを前記取得された両端の相対的な位置関係を再現して配置し、
   前記移動手段は、前記両端の相対的な位置関係を再現して配置された前記取付配管の両端の３次元データを一体として平行移動又は回転移動させることを特徴とする請求項６に記載の配管設置支援装置。
8. 前記既設置配管の３次元データ及び前記取付配管の３次元データを直交する３方向に投影することにより３枚の平面画像を生成し及び／又は前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データから前記既設置配管及び前記取付配管の３次元画像を生成する画像生成手段と、
   前記３枚の平面画像のうちの少なくとも１枚を前記表示手段に表示する及び／又は前記既設置配管及び前記取付配管の３次元画像を重ねて前記表示手段に表示する表示制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の配管設置支援装置。

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