JP5452989B2

JP5452989B2 - 配管加工量提示装置及び配管加工量提示システム

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Publication number: JP5452989B2
Application number: JP2009139343A
Authority: JP
Inventors: 大横山; 俊行山縣; 伸一江幡; 一行竹内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: JP2010286031A

Description

本発明は配管加工量提示装置及び配管加工量提示システムに係り、特に施設内に既に設置された配管をつなぐ取付配管の加工量を提示する配管加工量提示装置及び配管加工量提示システムに関する。

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。

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。

特許文献２には、配管に取り付けて配管端面を加工する管端加工機が開示されている。

特開２００２−２３６７１１号公報特開平１１−１３８４０３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。

特許文献２に記載の発明においては、加工量を検討した結果と連係して配管の加工を行うことができないという問題がある。また、特許文献２に記載の発明においては、端面に傾斜や凹凸がある場合でも端面からの詳細な距離を考慮せずに加工を行うため、正確な加工が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、配管上に加工位置を提示することができ、加工位置に沿ってケガキ等をすることで配管の加工が容易となる配管加工量提示装置及び配管加工量提示システム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、本発明に係る配管加工量提示装置は、配管の端面から配管の加工量だけオフセットした位置を加工位置として前記配管上に提示可能な提示手段と、前記提示手段が長手方向に沿って移動可能に設けられる棒状のアームと、前記アームが中心から放射方向に伸びるように設けられた取付手段であって、当該取付手段の中心が配管の中心軸と略一致するように前記取付手段を前記配管内部に固定する固定機構を有する取付手段と、を備えた配管加工量提示装置であって、前記提示手段は、配管端面に当接させる第１のスライダーと、配管外周面上で前記加工位置を指し示すための第２のスライダーと、前記第１のスライダーと前記第２のスライダーとをスライド可能に連結するスライド機構であって、前記第２のスライダーを配管外周面に沿って配管の中心軸方向にスライドさせるスライド機構と、を有し、前記アームは、可撓性を有する合成樹脂で構成されることを特徴とする。

本発明に係る配管加工量提示装置によれば、取付手段の中心が配管の中心軸と略一致するように取付手段を配管内部に固定し、取付手段の中心から放射方向に伸びるように棒状のアームを取付手段に設け、アームの長手方向に沿って移動可能に提示手段をアームに設け、提示手段は、配管の端面から配管の加工量だけオフセットした位置を加工位置として配管上に提示する。これにより、配管上に加工位置を提示することができ、加工位置に沿ってケガキ等をすることで配管の加工が容易となる。

本発明に係る配管加工量提示装置によれば、第１のスライダーを配管端面及び配管外周面に当接させ、第２のスライダーを配管外周面に沿って配管の中心軸方向にスライドさせることにより、第２のスライダーが配管外周面上で加工位置を指し示す。これにより、配管端面から加工量だけオフセットした加工位置を正確に配管上に提示することができる。また、端面に傾斜等がある場合においても正確な加工位置の提示が可能となる。

本発明に係る配管加工量提示装置によれば、アームが可撓性を有する合成樹脂で構成されるため、配管端面に凹凸がある場合においても提示手段を確実に配管に設置し、正確な加工量を配管上に提示することができる。

本発明に係る配管加工量提示装置は、前記取付手段の中心軸に対して前記アームが回転自在となるように、前記アームを前記取付手段に配設する回転機構を備えることが好ましい。

本発明に係る配管加工量提示装置によれば、アームが取付手段の中心軸に対して回転自在に設けられるため、配管の複数の位置で加工位置を提示することができる。したがって、正確な配管の切断加工が可能となる。

本発明に係る配管加工量提示装置は、前記回転機構が、前記アームの回転量を表示する表示部を有することが好ましい。

本発明に係る配管加工量提示装置によれば、アームの回転量を表示する表示部を有するため、アームを任意の位置（１２０度おきなど）に設置しやすくなる。

本発明に係る配管加工量提示装置は、前記提示手段が、前記加工量を表示する第２の表示部を有することが好ましい。

本発明に係る配管加工量提示装置によれば、加工量を表示する第２の表示部を有するため、加工位置と共に加工量も提示可能となる。

本発明に係る配管加工量提示システムは、前記配管加工量提示装置と、前記加工量を算出する加工量算出装置と、を備えた配管加工量提示システムであって、前記加工量算出装置は、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における断面の形状と、前記２本の既設置配管を連結する取付配管の両端の端面及び前記端面近傍の直線部の任意の位置における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既設置配管及び前記取付配管の３次元データを生成する３次元データ生成手段と、前記３次元データ生成手段により生成された前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データに基づいて前記既設置配管の３次元データと前記取付配管の３次元データとが干渉するか否かを判断し、干渉すると判断された場合には、前記取付配管と前記既設置配管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、を備え、前記提示手段は、配管端面から前記加工量算出手段により算出された加工量だけオフセットした位置を前記配管上に提示することを特徴とする。

本発明に係る配管加工量提示システムによれば、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における断面の形状と、２本の既設置配管を連結する取付配管の両端の端面及び端面近傍の直線部の任意の位置における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、取得された点群データに基づいて既設置配管及び取付配管の３次元データを生成し、生成された既設置配管及び取付配管の３次元データに基づいて既設置配管の３次元データと取付配管の３次元データとが干渉するか否かを判断し、干渉すると判断された場合には、取付配管と既設置配管との干渉部分の長さを取付配管の加工量として算出し、算出された加工量だけオフセットした位置を加工位置として配管上に提示する。これにより、現物に基づいて算出された正確な加工量に基づいて配管加工が可能となる。また、加工量の検討結果を現物の配管上へ容易に提示できるため、配管加工の指示作業を合理化することができる。

本発明によれば、配管上に加工位置を提示することができ、加工位置に沿ってケガキ等をすることで配管の加工が容易となる。

本発明に係る配管加工量提示装置１の正面斜視図である。上記配管加工量提示装置１の背面斜視図である。上記配管加工量提示装置１のアーム１３近傍の拡大図である。アーム１３の断面図であり、（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ断面図である。上記配管加工量提示装置１の提示機構１４近傍の拡大図である。配管加工量提示装置１の電気的な接続を示すブロック図である。３次元ＣＡＤ装置３により加工量を検討する処理の流れを示すフローチャートである。３次元計測器２により測定された点群データ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。

以下、添付図面に従って本発明に係る配管加工量提示装置の好ましい実施の形態について説明する。

＜配管加工量提示装置について＞
図１は、配管加工量提示装置１の概略を示す正面斜視図であり、図２は、配管加工量提示装置１の概略を示す背面斜視図である。配管加工量提示装置１は、図１に示すように、取付部材１０と、固定機構１１と、回転機構１２と、アーム１３と、提示機構１４とで構成される。

取付部材１０は、所定の厚みを有する略円板形状の部材であり、背面側には固定機構１１が配設され、前面側には回転機構１２が配設される。

固定機構１１は、図２に示すように、取付部材１０と同軸に配設された取付部材１０と略同一形状の円板部１１ａと、円板部１１ａの中心位置から放射方向に突出するように配設された突出部１１ｂとで構成される。

円板部１１ａには、突出部１１ｂを円板部１１ａの外周から突出させる突出機構（図示せず）を介して、３本の突出部１１ｂが設けられる。３本の突出部１１ｂは、約１２０度間隔、すなわち３本の突出部１１ｂの間隔が略均等となるように配設される。

突出部１１ｂは、図１に示すように、図示しない突出機構により円板部１１ａ外周から突出される。突出機構は、３本の突出部１１ｂを円板部１１ａ外周から突出させ、取付配管１００（図１では１点鎖線で表示）の内周面に３本の突出部１１ｂを押し付けることにより、配管加工量提示装置１を配管に固定する。突出機構は、３本の突出部１１ｂの円板部１１ａ外周からの突出量が常に同量となるように、３本の突出部１１ｂを突出させる。これにより、取付部材１０の中心と配管中心とが略一致する。

なお、突出機構は、リンク機構等の既に公知の様々な機構を用いることで実施可能であるため、突出機構の詳細な説明は省略する。また、固定機構１１は、この形態に限定されるものではなく、取付部材１０の中心と配管中心とが略一致するように配管加工量提示装置１を配管に固定可能なものであればどのような形態であってもよい。

回転機構１２は、アーム１３を取付部材１０の中心軸に対して回転自在に、かつ取付部材１０の中心軸と同じ方向に移動自在に配設する略円筒形の部材である。回転機構としては、ラチェット機構等の回転動作及び停止動作が可能な様々な機構を用いることができる。ラチェット機構を用いる場合には、固定機構を別に設けることなくアーム１３を固定することができる。また、軸方向の移動機構としては、スライド機構、送りねじ等の軸方向の移動動作及び停止動作が可能な様々な機構を用いることができる。

回転機構１２の前面には、アーム１３の回転角度を表示する表示手段１２ａが配設される。図３においては、表示手段１２ａとして液晶パネルを用い、回転機構１２の内部に設けた図示しない制御手段等により回転角度をデジタル表示するが、表示手段１２ａはデジタル表示をする形態に限られない。例えば、針、回転ダイヤル等のアナログ表示により回転角度を表示するようにしてもよい。

アーム１３は、断面が略矩形形状の棒状の部材であり、可撓性のある材料（ＭＣナイロン（登録商標）、アクリル等の合成樹脂）により形成される。アーム１３の一端は回転機構１２に取り付けられる。アーム１３の一端が回転機構１２に取り付けられることで、アーム１３は、回転機構１２により、取付部材１０の中心から放射方向に伸びるように配設される。アーム１３には長孔１３ａが形成され、長孔１３ａの両端には、図４（ａ）に示すように、提示機構１４を固定するための凹部１３ｂが形成される。なお、アーム１３は、断面が略矩形形状の棒状の部材に限定されない。例えば、略丸棒の部材でも良い。

提示機構１４は、ノギス状の提示機構であり、図４（ｂ）及び図５に示すように、主として、位置決め部材１４Ａと、スライダー１４Ｂと、スライド機構１４Ｃと、スライド量提示部１４Ｄと、固定部材１４Ｅ、１４Ｆとで構成される。

位置決め部材１４Ａは、面１４ａを配管端面に当接させることで提示機構１４を配管の軸方向に位置決めするブロック上の部材であり、図４（ｂ）に示すように、長孔１３ａの内部を摺動可能な凸部１４ｂが一体形成される。凸部１４ｂの略中央には、ネジ１４ｃが一体形成される。

スライダー１４Ｂは、スライド機構１４Ｃを介して位置決め部材１４Ａに取り付けられる。スライダー１４Ｂは、スライド機構１４Ｃにより、位置決め部材１４Ａに当接する位置から、位置決め部材１４Ａから約３００ｍｍ程度離れた位置まで移動可能である。本実施の形態では、位置決め部材１４Ａとスライダー１４Ｂとが最も離れた場合の間隔を約３０ｍｍとしたが、３００ｍｍには限定されず、様々な距離となるように設計することができる。

スライド機構１４Ｃは、面１４ａと垂直方向にスライダー１４Ｂをスライドさせるための部材である。スライド機構１４Ｃとしては、溝の内部にリブを設け、溝に沿ってリブを移動させる等の周知の構造を用いることができる。

スライド量提示部１４Ｄは、スライダー１４Ｂに設けられ、位置決め部材１４Ａとスライダー１４Ｂとの距離（以下、スライド量という）を表示する表示手段である。図５においては、スライド量提示部１４Ｄとして液晶パネルを用い、内部に設けた図示しない制御手段等によりデジタル表示するが、スライド量提示部１４Ｄはデジタル表示に限定されない。例えば、スライド機構１４Ｃの表面に目盛りをふり、スライダー１４Ｂがその目盛りを指し示した大きさをスライド量とするようなアナログ表示によりスライド量を提示してもよい。

固定部材１４Ｅ、１４Ｆは、位置決め部材１４Ａをアーム１３に固定するための部材である。固定部材１４Ｅは、略中央に孔１４ｅが形成された板状の部材であり、凹部１３ｂ内に嵌合可能な大きさで形成される。固定部材１４Ｆは、蝶ナット等のネジ１４ｃに螺嵌可能な部材である。図４（ｂ）に示すように、凸部１４ｂを長孔１３ａに沿って摺動させ、ネジ１４ｃを孔１４ｅに貫通させて固定部材１４Ｅを凹部１３ｂ内に嵌合させた状態で固定部材１４Ｆをネジ１４ｃに螺嵌することで、提示機構１４がアーム１３に固定される。

なお、本実施の形態では、位置決め部材１４Ａに凸部１４ｂを設け、これをアーム１３の長孔１３ａ内で摺動させることにより提示機構１４をアーム１３に沿ってスライドさせたが、より提示機構１４をアーム１３に沿ってスライドさせる機構はこれに限られない。例えば、提示機構に孔を形成し、アームを孔に挿入することにより提示機構をアームに沿ってスライドさせても良い。また、アームにラックを形成し、提示機構にピニオンを形成することにより提示機構をアームに沿ってスライドさせても良い。

このように構成された配管加工量提示装置１を配管に設置する方法について説明する。配管加工量提示装置１の配管への設置は、以下の（１）〜（４）の順に行われる。

（１）取付部材１０の固定
取付部材１０及び固定機構１１を取付配管１００の端面から取付配管１００内に挿入し、突出機構により突出部１１ｂを円板部１１ａの外周から突出させ、３本の突出部１１ｂ全てを取付配管１００の内面に圧接させる。これにより、取付部材１０及び固定機構１１の中心と、取付配管１００の中心軸とが略同軸となった状態で、配管加工量提示装置１が取付配管１００に取り付けられる。

（２）提示機構１４の位置調整
回転機構１２を用いてアーム１３を取付部材１０の中心軸と同じ方向に移動させ、アーム１３の面１３ｃを取付配管１００の端面に当接させる。

固定部材１４Ｆを緩め、位置決め部材１４Ａのアーム１３への固定を緩め、位置決め部材１４Ａの凸部１４ｂをアーム１３の長孔１３ａ内で摺動させる。これにより、提示機構１４がアーム１３に沿ってスライドされる。

そして、提示機構１４の面１４ｆと取付配管１００の外周とが当接し、位置決め部材１４Ａの面１４ａと取付配管１００の端面とが当接したところで、固定部材１４Ｆを締める。アーム１３は可撓性があるため、位置決め部材の面１４ｇの厚さｔ（図４（ｂ）参照）分を吸収することができる。また、アーム１３は可撓性があるため、配管端面に凹凸がある場合においても、取付配管１００の端面と面１４ａとを確実に当接させることができる。これにより、提示機構１４の放射方向の位置（アーム１３の長手方向の位置）を調整することができる。

以上により、提示機構１４のスライダー１４Ｂを取付配管１００の外周上でスライドさせることができるように、提示機構１４を取付配管１００に設置することができる。

（３）アームの角度（取付配管１００の周方向の位置）調整
回転機構１２を用いて取付部材１０の中心軸に対してアーム１３を回転させ、アーム１３が所望の位置に来たところでアーム１３を固定する。これにより、アーム１３の角度を調整することができる。

（４）提示機構１４による加工位置の提示
スライド機構１４Ｃによりスライダー１４Ｂを取付配管１００の外周面上でスライドさせ、スライダー１４Ｂを所定のスライド量（３次元ＣＡＤ装置３により算出された加工量、後に詳述する）だけスライドさせる。これにより、配管を切断すべき位置にスライダー１４Ｂを配置し、取付配管１００の加工位置を作業者に提示することができる。この時、スライド量提示部１４Ｄには、スライド量がデジタル表示されるため、加工位置と共に加工量を作業者に提示することができる。

また、作業者がこの加工位置をケガキ等することで、取付配管１００に正確な切断位置を記すことができ、正確な配管加工が可能となる。

これにより、取付配管１００上で加工位置を提示する一連の流れが終了する。この後、上記（２）〜（４）の操作を繰り返し行うことで、取付配管１００の周方向の複数個所に正確な切断位置を記すことができ、取付配管１００の端面に凹凸がある場合においても正確な配管加工が可能となる。この時、最低でも９０度間隔で４箇所（取付配管１００の端面の上下左右の位置）に切断位置を記すことが望ましい。この時、アーム１３の回転角度が表示手段１２ａに表示されるため、アーム１３の角度が確認可能となり、作業者は、例えば９０度等の所望の角度だけアーム１３を回転させる等の操作が可能である。

なお、本実施の形態では、アーム１３に沿って提示機構１４をスライドさせることにより、提示機構１４のスライダー１４Ｂを取付配管１００上でスライドさせることができるようにしたが、提示機構１４のスライダー１４Ｂを取付配管１００上でスライドさせることができるように提示機構１４の位置を調整する方法はこれに限定されない。例えば、アームの先端近傍に提示機構を固定し、スライド機構等によりアーム自体の長さを変えるようにしても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、回転機構１２を用いてアーム１３を取付部材１０の中心軸と同じ方向に移動させ、アーム１３の面１３ｃを取付配管１００の端面に当接させたが、軸方向の移動機構は必須ではない。軸方向の移動機構が無い場合には、上記（１）で取付部材１０を取付配管１１０に取り付ける時にアーム１３の面１３ｃを取付配管１００の端面に当接させるようにすればよい。また、本実施の形態では、回転機構１２を用いてアーム１３を回転させ、取付配管１００の周方向の複数個所に正確な切断位置を記したが、取付配管１００の端面に凹凸がなく、直径が小さい場合等においては、回転機構１２の回転方向の移動機構についても必須ではない。

また、本実施の形態では、作業者が突出機構、回転機構、スライド機構等を操作して配管加工量提示装置１を取付配管１００に設置したが、内部に制御手段を設け、作業者がスイッチ等を押すことにより、制御手段が上記（１）〜（４）の操作を自動的に行なうようにしてもよい。

＜スライド量の検討、算出について＞
配管加工量提示装置１で用いるスライド量を３次元ＣＡＤ装置３により検討、算出する方法について説明する。

配管加工量提示装置１は、図６に示すように、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２と、３次元ＣＡＤ装置３と電気的に接続される。３次元計測器２で配管の３次元データを計測し、３次元ＣＡＤ装置３で配管加工量を検討することにより、現状の配管端面からみてどの位置まで加工すべきかが確認される。配管加工量提示装置１は、その検討結果を実際の配管へ提示する手段として適用する。

３次元ＣＡＤ装置３は、主として、ＣＰＵ３１と、メモリ３２と、表示制御手段３３と、入力手段３４と、３次元計測データ取得手段３５と、３次元データ生成手段３６と、加工量算出手段３７と、画像生成手段３８と、表示手段３９で構成される。

ＣＰＵ３１は、バスを介して３次元ＣＡＤ装置３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、ＣＰＵ３１は、３次元ＣＡＤ装置３と、３次元計測器２及び配管加工量提示装置１と間でデータのやり取りを行う。

メモリ３２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３３は、画像生成手段３８で生成された画像の中から表示手段３９に表示する画像を選択して表示させる。表示手段３９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３４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ＣＰＵ３１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３５は、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２から取得する。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、例えば、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。

さらに、３次元計測データ取得手段３５は、３次元計測器２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３５からメモリ３２に出力され、メモリ３２に保存される。

３次元データ生成手段３６は、３次元計測データ取得手段３５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３７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。

図７は、３次元ＣＡＤ装置３の全体の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、ＣＰＵ３１は、３次元計測器２に指示を出し、３次元計測器２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、ＣＰＵ３１は、３次元計測器２に指示を出し、３次元計測器２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（図８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）を取得する（ステップＳ２）。

ＣＰＵ３１は、３次元計測データ取得手段３５に指示を出し、３次元計測データ取得手段３５は、ステップＳ１、Ｓ２で３次元計測器２が取得したデータを３次元計測器２から取得し、メモリ３２に保存する（ステップＳ３）。また、３次元計測データ取得手段３５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３２に保存する（ステップＳ４）。

ＣＰＵ３１は、３次元データ生成手段３６に指示を出し、３次元データ生成手段３６は、メモリ３２に記憶された点群データを取得し、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３６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３６は、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１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３２の一覧表に保存される。

３次元データ生成手段３６は、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３６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。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３６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３６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。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。

ＣＰＵ３１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。

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、ＣＰＵ３１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、ＣＰＵ３１が自動で行う場合とについてそれぞれ説明する。

（Ａ）操作者が手動で行う場合
ＣＰＵ３１は、画像生成手段３８に指示を出し、画像生成手段３８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３８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３４を操作して所望の画像を入力すると、表示制御手段３３は、画像生成手段３８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３９に出力する。これにより表示手段３９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３９に表示された画像を確認しながら入力手段３４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３４からＣＰＵ３１にその指示が入力され、ＣＰＵ３１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３４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。

（Ｂ）ＣＰＵ３１が自動で行う場合
図１０は、ＣＰＵ３１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、ＣＰＵ３１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２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。

ＣＰＵ３１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２を用いて取付配管用の座標系を回転する（ステップＳ３１）。

ＣＰＵ３１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、ＣＰＵ３１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、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、ＣＰＵ３１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、ＣＰＵ３１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、ＣＰＵ３１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。

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３２に保存する。

ＣＰＵ３１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、ＣＰＵ３１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３７に指示を出し、加工量算出手段３７は加工量を算出する（ステップＳ１２）。

図１５は、加工量算出手段３７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３７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３７は、メモリ３２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３７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３７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３７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３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。

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。これにより、正確な加工量の算出が可能となる。

加工量算出手段３７は、算出した加工量を点群データと共にメモリ３２に保存する。それと共に、加工量算出手段３７は、算出された加工量を配管加工量提示装置１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量提示装置１で使用することができる。その結果、加工量の配管加工作業者への指示作業を合理化することができる。

本実施の形態によれば、実際の配管の設置位置等に基づいて取付配管の加工量を自動的に算出し、その加工量をそのまま配管加工量提示装置で使用することができる。したがって、配管加工量提示装置は、正確な加工位置を取付配管上で提示することができる。そのため、切断位置のケガキ等の関連作業が円滑に実施できる。したがって、配管加工量の指示作業の合理化を促進することができる。

また、本実施の形態によれば、可撓性のアーム用いることで、配管端面に凹凸がある場合でも配管上で正確な加工量を提示することができる。

さらに、本実施の形態によれば、アームを配管中心軸方向及び回転方向に移動可能としたこと、提示機構をアームに対してスライド可能としたことにより、様々な異なるサイズの配管に対応可能となり、配管サイズ毎の治具を製作する必要がなくなる。

なお、本発明は、配管加工量提示装置としての提供に限らず、配管加工量提示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。

１：配管加工量提示装置、２：３次元計測器、３：３次元ＣＡＤ装置、１０：本体部、１１：固定機構、１２：回転機構、１３：アーム、１４：提示機構

Claims

配管の端面から配管の加工量だけオフセットした位置を加工位置として前記配管上に提示可能な提示手段と、
前記提示手段が長手方向に沿って移動可能に設けられる棒状のアームと、
前記アームが中心から放射方向に伸びるように設けられた取付手段であって、当該取付手段の中心が配管の中心軸と略一致するように前記取付手段を前記配管内部に固定する固定機構を有する取付手段と、
を備えた配管加工量提示装置であって、
前記提示手段は、
配管端面に当接させる第１のスライダーと、
配管外周面上で前記加工位置を指し示すための第２のスライダーと、
前記第１のスライダーと前記第２のスライダーとをスライド可能に連結するスライド機構であって、前記第２のスライダーを配管外周面に沿って配管の中心軸方向にスライドさせるスライド機構と、を有し、
前記アームは、可撓性を有する合成樹脂で構成されることを特徴とする配管加工量提示装置。
前記取付手段の中心軸に対して前記アームが回転自在となるように、前記アームを前記取付手段に配設する回転機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の配管加工量提示装置。
前記回転機構は、前記アームの回転量を表示する第１の表示部を有することを特徴とする請求項２に記載の配管加工量提示装置。
前記提示手段は、前記加工量を表示する第２の表示部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の配管加工量提示装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の配管加工量提示装置と、
前記加工量を算出する加工量算出装置と、
を備えた配管加工量提示システムであって、前記加工量算出装置は、
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における断面の形状と、前記２本の既設置配管を連結する取付配管の両端の端面及び前記端面近傍の直線部の任意の位置における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既設置配管及び前記取付配管の３次元データを生成する３次元データ生成手段と、
前記３次元データ生成手段により生成された前記既設置配管及び前記取付配管の３次元データに基づいて前記既設置配管の３次元データと前記取付配管の３次元データとが干渉するか否かを判断し、干渉すると判断された場合には、前記取付配管と前記既設置配管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、
を備え、
前記提示手段は、配管端面から前記加工量算出手段により算出された加工量だけオフセットした位置を前記配管上に提示することを特徴とする配管加工量提示システム。