JP5465795B1 - 外径測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で精度良く配管の外径を測定することができる外径測定装置を提供する。
【解決手段】外径測定装置は、第１の半円筒状部材と、前記第１の半円筒状部材とともに円筒状の配管の周囲を囲む第２の半円筒状部材と、前記第１の半円筒状部材の内側の表面に設けられ、前記配管の外側の表面までの距離を測定するための第１及び第２センサと、前記第１及び第２の半円筒状部材が前記配管の周囲を囲む際に、前記第１及び第２センサのそれぞれに前記配管を介して対向するよう前記第２の半円筒状部材の内側の表面に設けられ、前記配管の外側の表面までの距離を測定するための第３及び第４センサと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、外形測定装置に関する。

ボイラ等に用いられる小口径（例えば、外径５０〜６０ｍｍ程度）の配管には、クリープ損傷等が発生することがある（例えば、特許文献１参照）。配管にクリープ損傷が発生する前には、一般に配管の外径が１〜２％程度膨張する。このため、作業者は、ノギス等を用いて配管の外径を測定することにより、配管の取替え時期（寿命）を把握することができる。

特開２０１２−１２７８６７号公報

ところで、一般にボイラ等で用いられる小口径の配管の数は非常に多いため、ノギスを用いて精度良く配管の外径を測定しようとすると、時間がかかってしまう。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、短時間で精度良く配管の外径を測定することができる外径測定装置を提供する。

上記目的を達成するため、本発明の一つの側面に係る外径測定装置は、第１の半円筒状部材と、前記第１の半円筒状部材とともに円筒状の配管の周囲を囲む第２の半円筒状部材と、前記第１の半円筒状部材の内側の表面に設けられ、前記配管の外側の表面までの距離を測定するための第１及び第２センサと、前記第１及び第２の半円筒状部材が前記配管の周囲を囲む際に、前記第１及び第２センサのそれぞれに前記配管を介して対向するよう前記第２の半円筒状部材の内側の表面に設けられ、前記配管の外側の表面までの距離を測定するための第３及び第４センサと、前記第１の半円筒状部材が長手方向に移動可能に取り付けられた第１の軸部材と、前記第２の半円筒状部材が長手方向に移動可能に取り付けられた第２の軸部材と、前記第１及び第２の半円筒状部材が前記配管の周囲を囲んでいる際に前記第１〜第４センサが測定するそれぞれの距離が略等しくなるよう、前記第１及び第２の軸部材を前記配管に取り付ける取り付け部材と、を備える。

短時間で精度良く配管の外径を測定することができる外径測定装置を提供することができる。

配管１５に取り付けられる前の外径測定装置１０の斜視図である。 センサ設置部材２０ａの斜視図である。 センサ設置部材２０ａに取り付けられたセンサの状態を説明するための図である。 センサ５０の構成の一例を示す図である。 センサ設置部材２０ｂに取り付けられたセンサの状態を説明するための図である。 クランプ部材２１ａの斜視図である。 測定装置２５の概要を示す図である。 配管１５に取り付けられた外径測定装置１０の斜視図である。 センサ設置部材２０a，２０ｂを説明するための図である。 外径測定装置１０の平面図である。 ３つのセンサが設置されたセンサ設置部材２０a，２０ｂを説明するための図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

ボイラ用の円筒状の配管１５（例えば、外径５０ｍｍ）の外径を測定するための外径測定装置１０の主要な構成を、図１を参照しつつ説明する。図１は、外径測定装置１０が配管１５に取り付けられる前の外径測定装置１０の斜視図である。なお、配管１５は実際には他の配管（不図示）等と接続されているが、ここでは便宜上配管１５の一部のみが描かれている。また、各図において、ＸＹ平面は水平面であり、＋Ｚ軸方向は鉛直方向上側を示す。

外径測定装置１０は、センサ設置部材２０ａ，２０ｂ、クランプ部材２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ、ポール２３ａ，２３ｂ、及び測定装置２５を含んで構成される。

＜＜センサ設置部材について＞＞
センサ設置部材２０ａ，２０ｂは、配管１５の表面までの距離を測定するためのセンサが設置された部材である。また、センサ設置部材２０ａ，２０ｂは、それぞれが合わさることにより、配管１５の周囲を囲む円筒状の部材を構成する。

図２は、センサ設置部材２０ａの斜視図であり、図３は、センサ設置部材２０ａに取り付けられたセンサの状態を説明するための図である。

センサ設置部材２０ａには、直方体形状の持ち手部３０ａと、半円筒形状の端部３１ａ（第１の半円筒状部材）とが形成されている。

持ち手部３０ａには貫通孔３２がＺ軸方向に形成され、貫通孔３２にはポール２３ａ（第１の軸部材）が挿入される。このため、センサ設置部材２０ａは、ポール２３ａの長手方向に移動できるようポール２３ａに取り付けられることになる。

半円筒形状の端部３１ａの外側表面には、凹み４０が形成されている。なお、凹み４０には、後述するセンサ設置部材２０ｂに設けられたフック４１の先端が嵌め込まれる。

半円筒形状の端部３１ａの内側表面には、配管１５の外側表面までの距離を測定するためのセンサ５０，５１，５４が設置されている。

センサ５０（第２センサ）は、例えばレーザー式変位センサであり、図４に示すように発光素子１００、および受光素子１０１を含んで構成される。

発光素子１００は、配管１５の表面に照射するレーザー光を出力する半導体レーザーである。受光素子１０１は、配管１５の表面から反射されたレーザー光を受光し、配管１５の表面までの距離に応じた信号を出力する。なお、センサ５１，５４もセンサ５０と同様である。本実施形態では、端部３１ａの内側表面において、センサ５０，５１のそれぞれのＺ方向の位置が等しくなるようセンサ５０，５１は取り付けられている。また、センサ５４（第５センサ）は、センサ５１（第１センサ）に対し−Ｚ方向に沿った位置に取り付けられている。

センサ設置部材２０ａとともに円筒状の部材を形成するセンサ設置部材２０ｂには、図１に示すように、直方体形状の持ち手部３０ｂと、半円筒形状の端部３１ｂ（第２の半円筒状部材）とが形成されている。なお、センサ設置部材２０ｂは、設置されるセンサと、凹み４０の代わりにフック４１が設けられていること以外はセンサ設置部材２０ａと同様である。このため、ここでは、センサ設置部材２０ｂに設置されるセンサ、およびフック４１について説明する。

図５は、センサ設置部材２０ｂに取り付けられたセンサの状態を説明するための図である。半円筒形状の端部３１ｂの内側表面には、配管１５の外側表面までの距離を測定するためのセンサ５２，５３が設置されている。また、センサ５２，５３は、半円筒形状の端部３１ａ，３１ｂが合わさった際に形成される円筒状部材の中心を介して、センサ５０，５１のそれぞれに対向するように、端部３１ｂの内側表面に設置されている。つまり、端部３１ａ，３１ｂで形成される円筒状部材の円周上において、センサ５０，５２は１８０度離れた位置に配置され、センサ５１，５３は１８０度離れた位置に配置される。なお、センサ設置部材２０ｂは、センサ設置部材２０ａと同様に、ポール２３ｂ（第２の軸部材）の長手方向に移動できるようポール２３ｂに取り付けられている。ここで、センサ５２は第４センサに相当し、センサ５３は第３センサに相当する。

図１に示すように、センサ設置部材２０ｂにおける端部３１ｂの外側の表面には、フック４１が取り付けられている。端部３１ａ，３１ｂが合わさり円筒状部材を形成する際には、フック４１（固定部材）の先端は凹み４０に嵌め込まれる。これにより、フック４１は、配管１５を囲む円筒状部材が形成された状態でセンサ設置部材２０ａ，２０ｂを固定する。

＜＜クランプ部材について＞＞
クランプ部材２１ａ，２１ｂ、およびクランプ部材２２ａ，２２ｂは、センサ設置部材２０ａ，２０ｂのそれぞれが取り付けられたポール２３ａ，２３ｂを、配管１５に取り付ける部材である。クランプ部材２１ａ，２１ｂのそれぞれは、ポール２３ａ，２３ｂの上側（＋Ｚ側）の一端に取り付けられ、クランプ部材２２ａ，２２ｂのそれぞれは、ポール２３ａ，２３ｂの下側（−Ｚ側）の他端に取り付けられている。

図６は、クランプ部材２１ａ（取り付け部材）の斜視図である。クランプ部材２１ａはセンサ設置部材２０ａと同様な形状をしており、クランプ部材２１ａには直方体形状の持ち手部３５ａと、半円筒形状の端部３６ａとが形成されている。持ち手部３５ａの底面（−Ｚ側の面）には、ポール２３ａが持ち手部３５ａの底面に対し垂直になるよう取り付けられている。

半円筒形状の端部３６ａには、凹み４０と同様の凹み４２と、螺子６０，６１のそれぞれが挿入される螺子孔８０，８１が形成されている。

図１に示すクランプ部材２１ｂ（取り付け部材）には、クランプ部材２１ａと同様に、直方体形状の持ち手部３５ｂと、半円筒形状の端部３６ｂとが形成されている。

持ち手部３５ｂの底面には、ポール２３ｂが持ち手部３５ｂの底面に対し垂直になるよう取り付けられている。半円筒形状の端部３６ｂの外側表面には、端部３６ａ，３６ｂが円筒状の形状を形成した際に、凹み４２に先端が嵌め込まれるフック４３が設けられている。また、端部３６ｂには、螺子６２，６３のそれぞれが挿入される螺子孔（不図示）が形成されている。なお、端部３６ａ，３６ｂの４つの螺子孔は、端部３６ａ，３６ｂが合わさった際に形成される円周上、例えば等間隔（９０度間隔）に形成される。

クランプ部材２１ａと同様のクランプ部材２２ａ（取り付け部材）には、直方体形状の持ち手部３７aと、半円筒形状の端部３８ａとが形成されている。持ち手部３７ａの＋Ｚ側の面には、ポール２３ａが垂直になるよう取り付けられている。半円筒形状の端部３８ａには、凹み４２と同様の凹み４４と、螺子６５および図示しない螺子のそれぞれが挿入される螺子孔（不図示）が形成されている。

クランプ部材２１ｂと同様のクランプ部材２２ｂ（取り付け部材）には、直方体形状の持ち手部３７ｂと、半円筒形状の端部３８ｂとが形成されている。持ち手部３７ｂの＋Ｚ側の面には、ポール２３ｂが垂直になるよう取り付けられている。半円筒形状の端部３８ｂの外側表面には、フック４３と同様のフック４５が取り付けられている。また、端部３８ｂには、螺子６７，６８のそれぞれが挿入される螺子孔（不図示）が形成されている。

＜＜測定装置について＞＞
図７は測定装置２５の一例を示す図である。測定装置２５は、センサ５０〜５４からの出力に基づいて、配管１５の外径を算出する装置であり、算出部２００、警報出力部２０１、およびモニタ２０２を含んで構成される。なお、算出部２００、警報出力部２０１は、例えば測定装置２５に含まれるマイコン（不図示）に実現される機能ブロックである。ここで、センサ５０〜５４のそれぞれから、配管１５の外側表面までの距離を距離Ｄ０〜Ｄ４とする。

算出部２００は、センサ５０〜５４の出力から距離Ｄ０〜Ｄ４を換算する。そして、算出部２００は、距離Ｄ０〜Ｄ４が略等しい状態（例えば、距離Ｄ０〜Ｄ４のそれぞれの値のばらつきが１％以内である状態）にあるか否かを判定する。算出部２００は、距離Ｄ０〜Ｄ４が略等しい場合、対向するセンサ５０，５２間の距離Ｌから、距離Ｄ０及び距離Ｄ２の和を減算して、配管１５の外径（＝Ｌ−（Ｄ０＋Ｄ２））を算出する。なお、対向するセンサ５０，５２間の距離Ｌは、予め測定装置２５のメモリ（不図示）に記憶されている。

警報出力部２０１は、算出された配管１５の外径が所定値（例えば、配管１５の出荷時の外径の１０１％）以上となると、モニタ２０２に警報表示を出力する。モニタ２０２には、距離Ｄ０〜Ｄ４、算出された外径、警報表示等が表示される。

＜＜外径測定装置１０の配管１５への取り付けについて＞＞
ここで、外径測定装置１０を配管１５へ取り付ける際の作業について図８〜図１０を参照しつつ説明する。図８は、外径測定装置１０が配管１５に取り付けられた後の外径測定装置１０の斜視図であり、図９は、図８におけるＡ−Ｂの断面の平面図であり、図１０は、図８における外径測定装置１０の平面図である。

まず作業者は、端部３１ａ，３１ｂと、端部３６ａ，３６ｂと、端部３８ａ，３８ｂと、のそれぞれが配管１５の周囲を囲むよう、センサ設置部材２０ａ，２０ｂと、クランプ部材２１ａ，２１ｂと、クランプ部材２２ａ，２２ｂと、を合わせる。

そして作業者は、フック４１，４３，４５のそれぞれを凹み４０，４２，４４に嵌め込むことにより、センサ設置部材２０ａ，２０ｂと、クランプ部材２１ａ，２１ｂと、クランプ部材２２ａ，２２ｂとのそれぞれを固定する。

さらに作業者は、測定装置２５のモニタ２０２に表示される距離Ｄ０〜Ｄ５を観測しつつ、距離Ｄ０〜Ｄ５が略等しくなるよう、クランプ部材２１ａ，２１ｂの螺子６０〜６３と、クランプ部材２２ａ，２２ｂの螺子６５〜６８とを締める。この結果、ポール２３ａ，２３ｂ等が配管１５に固定され、図９に示すように、端部３１ａ，３１ｂが形成する円筒状部材の中心と、配管１５の中心とが高い精度で一致することになる。さらに、配管１５とポール２３ａ，２３ｂとも高い精度で平行になる。

このような状態では、作業者は、フック４１で固定されたセンサ設置部材２０ａ，２０ｂをポール２３ａ，２３ｂの長手方向（Ｚ方向）にスライドさせることにより、作業者は配管１５の各部における外径を測定することができる。

＜＜センサの配置について＞＞
本実施形態では、センサ５０，５１のそれぞれと、センサ５２，５３とが配管１５を介して対向するようセンサ設置部材２０ａ，２０ｂに設置されたがこれに限られない。例えば、図１１に示すように、センサ設置部材２０ａ，２０ｂが合わさった際に形成される円筒状部材の円周上、等間隔（１２０度間隔）で３つのセンサ５５〜５７が配置されても良い。具体的には、端部３１aの内側表面にセンサ５５，５６が取り付けられ、端部３１ｂの内側表面にセンサ５７が取り付けられても良い。このような場合、各センサ５５〜５７が測定する配管１５までの距離が略等しくなると、センサ設置部材２０ａ，２０ｂが合わさった際に形成される円筒状部材の中心と、配管１５の中心とがほぼ一致する。したがって、３つのセンサを図１１に示した位置に配置した場合であっても、配管１５の外径を精度良く測定することができる。

以上、本発明の一実施形態である外径測定装置１０について説明した。本実施形態では、センサ５０，５１のそれぞれと、センサ５２，５３とが配管１５を介して対向するようセンサ設置部材２０ａ，２０ｂに設置されている。このため、ノギス等を用いることなく、短時間で精度良く配管１５の外径を測定することができる。

また、センサ設置部材２０ａ，２０ｂは、フック４０で固定されているため、外径が測定されている際の測定精度を高めることができる。

また、算出部２００は、距離D０〜D4が略等しい際に配管１５の外径を算出することから、作業者は配管１５の正確な外径を把握することができる。

また、警報出力部２０１は、算出された外径が所定値以上であるとモニタ２０２に警報を表示する。このため、作業者はクリープ損傷の兆候を容易に把握できる。

また、センサ設置部材２０ａ，２０ｂが取り付けられたポール２３a，２３ｂは、配管１５に平行になるよう、配管１５に固定される。このため、外径測定装置１０は、配管１５の長手方向のわたって広い範囲に外径を容易に測定できる。

また、４つのセンサ５０〜５３を用いる代わりに、３つのセンサ５５〜５７を用いる場合であっても、配管１５の外径を測定することができる。このような場合、センサの数を減らすことができるため安価な外径測定装置１０を実現できる。

なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

本実施形態では、センサ設置部材２０ａ，２０ｂは別々の部材であったがこれに限られない。例えば、半円筒状の端部３０aと端部３０ｂとを開閉自在にヒンジで連結しても良い。

また、半円筒状の端部３０aと端部３０ｂとは、配管１５の周囲を全て囲む形状を有していなくてもよい。例えば、本実施形態と同様にセンサを配置できれば、端部３０aおよび端部３０ｂが合わさった際に隙間が空いていてもよい。

また、センサ５０等はレーザー式変位センサであることとしたが、例えば、静電容量式のセンサであっても良い。

１０ 外径測定装置
１５ 配管
２０ａ，２０ｂ センサ設置部材
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ クランプ部材
２３ａ，２３ｂ ポール
３０ａ，３０ｂ，３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂ 持ち手部
３１ａ，３１ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂ 端部
４０，４２，４４ 凹み
４１，４３，４５ フック
５０〜５７ センサ
６０〜６３，６５〜６８ 螺子
２００ 算出部
２０１ 警報出力部
２０２ モニタ

Claims (6)

1. 第１の半円筒状部材と、
   前記第１の半円筒状部材とともに円筒状の配管の周囲を囲む第２の半円筒状部材と、
   前記第１の半円筒状部材の内側の表面に設けられ、前記配管の外側の表面までの距離を測定するための第１及び第２センサと、
   前記第１及び第２の半円筒状部材が前記配管の周囲を囲む際に、前記第１及び第２センサのそれぞれに前記配管を介して対向するよう前記第２の半円筒状部材の内側の表面に設けられ、前記配管の外側の表面までの距離を測定するための第３及び第４センサと、
   前記第１の半円筒状部材が長手方向に移動可能に取り付けられた第１の軸部材と、
   前記第２の半円筒状部材が長手方向に移動可能に取り付けられた第２の軸部材と、
   前記第１及び第２の半円筒状部材が前記配管の周囲を囲んでいる際に前記第１〜第４センサが測定するそれぞれの距離が略等しくなるよう、前記第１及び第２の軸部材を前記配管に取り付ける取り付け部材と、
   を備えることを特徴とする外径測定装置。
2. 請求項１に記載の外径測定装置であって、
   前記第１及び第２の半円筒状部材が前記配管の周囲を囲む際に、前記第１及び第２の半円筒状部材を固定する固定部材を更に含むこと、
   を特徴とする外径測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の外径測定装置であって、
   前記第１〜第４センサが測定するそれぞれの距離が略等しくなると、前記第１〜第４センサの測定結果に基づいて、前記配管の外径を算出する算出部を更に含むこと、
   を特徴とする外径測定装置。
4. 請求項３に記載の外径測定装置であって、
   算出された前記配管の外径が所定以上となると、警報を出力する警報出力部を更に含むこと、
   を特徴とする外径測定装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の外径測定装置であって、
   前記第１の半円筒状部材の内側の表面において前記第１センサが設けられた位置から前記第１の軸部材の長手方向に沿った位置に設けられ、前記配管の外側の表面までの距離を測定するための第５センサ
   を更に備えることを特徴とする外径測定装置。
6. 第１の半円筒状部材と、
   前記第１の半円筒状部材とともに円筒状の配管の周囲を囲む第２の半円筒状部材と、
   前記第１及び第２の半円筒状部材が前記配管の周囲を囲む際に、前記第１及び第２の半円筒状部材が形成する円筒状部材の内側の表面に設けられ、前記配管の外側の表面までの距離を測定するための第１〜第３センサと、
   前記第１の半円筒状部材が長手方向に移動可能に取り付けられた第１の軸部材と、
   前記第２の半円筒状部材が長手方向に移動可能に取り付けられた第２の軸部材と、
   前記第１及び第２の半円筒状部材が前記配管の周囲を囲んでいる際に前記第１〜第３センサが測定するそれぞれの距離が略等しくなるよう、前記第１及び第２の軸部材を前記配管に取り付ける取り付け部材と、
   を備え、
   前記第１〜第３センサは、
   前記円筒状部材の円周上、等間隔に配置されてなること、
   を特徴とする外径測定装置。

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