JP6369777B2 - 配管芯出し用冶具および配管芯出し方法 - Google Patents

Description

本発明は、配管を接続する際の芯出しに用いる冶具であり、特に３次元レーザ計測装置などを用いて行われる高精度な芯出しを要する配管の芯出しに好適な冶具、および当該冶具を用いた配管芯出し方法に関する。

高精度な芯出し作業を必要とする配管設備として、陽子線治療設備に用いられる真空ダクトなどを挙げることができる。このような設備における配管の芯出し作業は、従来、高さ方向（Ｚ軸方向）の位置決め作業と、水平方向（Ｘ、Ｙ軸方向）の位置決め作業とを個別に行う２段階の工程により行われていた。具体的には、芯出し作業の対象とされる２つの配管や機器の水平位置にケガキ線を入れ、このケガキ線を基準として、配管の側面側から、高さ方向の芯出し作業が行われる。高さ方向の芯出しが終了した後、配管の延設方向から、平面方向の芯出し作業を行う。このような方法での芯出し作業は、異なる方向からの計測を個別に行う必要があるために、作業が煩雑になると共に、時間がかかるといった問題があった。また、ケガキ線を基準として芯出しが成されるため、作業者の熟練度などにより、その精度にバラつきが生じてしまうといった問題もあった。

このような問題に鑑み、特許文献１に開示されているような芯出し技術が提案されている。特許文献１に開示されている技術は、配管中心が定められた機器（例えば加速器）に、芯出し用のプレートを設け、このプレートの先端に光学計測器用のターゲットを設けるという構成としている。ターゲットと配管中心との位置関係は、予め定められた一定の距離とされており、複数のターゲットを一直線上に配置することで、配管中心も一直線上に定まることとなる。このような技術では、配管中心とターゲットの位置が所定の距離だけシフトされているため、配管の延長線上に光学計測器を配置することなく、芯出し作業を行うことが可能となる。また、光学計測機器により、ターゲットの中心位置を一直線上に揃えるという芯出しを行うため、１工程での芯出し作業が可能となる。

特開平９−１３８２９９号公報

上記特許文献１に開示されているような技術によれば、１箇所、１工程での芯出し作業が可能となると考えられる。しかし、特許文献１に開示されているような技術を行うためには、配管に付帯させる機器毎に芯出し用のプレートを高精度に固定する必要があり、プレート及び機器（輸送用磁石）それぞれに罫書線を記入し、それら罫書線を一致させた上で、位置調整作業を行うため、２段階で誤差が重畳される恐れがあると共に、事前作業に相当な時間を要することが考えられる。さらに、特許文献１に開示されているような技術では、接続機器の配置関係が曲線上となる場合、すなわちターゲットを一直線に配置できない場合には、適用することができないといった問題が生ずる。

そこで本発明では、事前作業を簡易なものとし、かつ曲線上に配置された機器間における配管の芯出しにも適用することのできる配管芯出し用冶具、および配管芯出し方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る配管芯出し冶具は、３次元レーザ計測器を用いて機器間を接続する配管の芯出を行う際に使用する冶具であって、端部にフランジが設けられた前記配管の端部に固定するアタッチメントと、前記アタッチメントに連結され、前記配管の中心に回転中心を一致させた回転板と、前記回転板から延設されたオフセット部と、前記オフセット部の先端側に配置されるターゲットと、を備え、前記アタッチメントは、前記フランジに合致する直径を有するフランジ部と、前記フランジと前記フランジ部の双方を共締めすることができるハウジング部とを有し、前記配管端部と、前記ターゲットの計測点とが同一平面上に配されるように構成したことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する配管芯出し用冶具は、前記回転板に、前記オフセット部を水平位置を基準とした所定角度に保持するためのカウンターウエィト部を設けるようにすることが望ましい。

このような構成とすることによれば、カウンターウェイト部が回転板を中心として垂下することとなる。よって、回転板の所定位置に設けられたオフセット部は、水平位置を基準として、所定角度となるように自動調整されることとなり、先端に設けられたターゲットを垂下位置以外の位置にシフトさせることが可能となる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る配管芯出し方法は、端部にフランジが設けられた配管の端部に、前記フランジに合致する直径を有するフランジ部を配置して、前記フランジと前記フランジ部の双方をハウジング部で共締めするアタッチメントにより固定することで、前記配管の外周側へオフセットさせた状態でターゲットを配置し、前記アタッチメントの中心位置を基点として前記ターゲットを重力により自然回転させて水平位置を基準とした所定角度に保持し、所定角度に保持されたターゲットに対して３次元レーザ計測器から測光を照射し、前記測光の照射によって得られた３次元座標から、前記オフセット分を減算することで前記配管端部の中心位置の３次元座標を算出し、算出された３次元座標と設計上の３次元座標とを一致させるように配管端部の位置調整を行うことを特徴とする。

さらに、上記のような特徴を有する配管芯出し方法は、１箇所に配置された３次元レーザ計測器を用いて、複数個所の配管端面の３次元座標の算出を行うようにする。

このような方法を採ることにより、全ての機器における配管の３次元位置情報を共通な原点からの情報として得ることができる。よって、高精度な芯出し作業が可能となる。

上記のような特徴を有する配管芯出し用冶具によれば、配管芯出し作業を行う際の事前作業を簡易なものとし、かつ曲線上に配置された機器間における配管の芯出しにも適用することができる。

また、上記のような特徴を有する配管芯出し方法によれば、配管芯出し作業を行う際の事前作業を簡易なものとすることができる。さらに、曲線上に配置された機器間における配管の芯出しも行うことができる。

実施形態に係る冶具の取り付け状態を示す断面図である。 アタッチメントにおけるハウジング部の詳細を示す図である。 ハウジング部の解放状態を示す図である。 図１に示す冶具の右側面の構成を示す図である。 図１に示す冶具の左側面の構成を示す図である。 ２つの機器から突出している配管の芯出し作業を説明するための図である。 ２つの機器を接続する配管の芯出し作業を説明するための図である。 複数の機器間における配管の芯出し作業を行う場合の説明をするための図である。 実施形態に係る冶具の変形例を示す図である。

以下、本発明の 配管芯出し用冶具、および配管芯出し方法に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態に係る配管芯出し用冶具（以下、単に冶具１０と称す）を用いて芯出しを行う配管４０は、接続端部にフランジ４２を備えたものであることを前提とする（図１参照）。なお、図１は、芯出し対象とされる配管と実施形態に係る冶具の断面構造を示す図である。また、図２は、冶具を配管に固定するためのハウジング部の詳細な構成を示す図であり、図３は、同ハウジング部を解放した状態を示す図である。また、図４は、図１に記載した冶具の右側面を示す図であり、図５は、同左側面を示す図である。

本実施形態に係る冶具１０は、アタッチメント１２と、回転板１８、オフセット部２４、およびターゲット２６を基本として構成されている。アタッチメント１２は、冶具１０を配管に固定するための部位であり、フランジ部１４と、ハウジング部１６とを有する。フランジ部１４は、芯出し対象とする配管４０のフランジ４２に合致する直径、および外形を有するものとする。ハウジング部１６は、配管４０のフランジ４２と、アタッチメント１２を構成するフランジ部１４とを共締めすることができるカバーであれば良い。例えば、図２、図３に示すような半割れカバーであり、一方の端部には蝶番１６ａ、他方の端部には、締め込みのためのバックル１６ｂ等が設けられていれば良い。このような構成とすることで、配管４０のフランジ４２とフランジ部１４の双方を溝に挟み込み、半割れ状のカバーをバックル１６ｂで固定することが可能となる。

そして、回転板１８は、アタッチメント１２の中心位置に合わせて設けられたベース部２０と、ベース部２０を基点として回転可能に設けられた回転フランジ部２２とを基本として構成される。ベース部２０は、アタッチメント１２のフランジ部１４の中心に接続、あるいはフランジ部１４の中心に立設される円柱、あるいは円筒状の部位である。本実施形態に係る冶具１０では、ベース部２０と回転フランジ部２２との間に、ベアリング２８を配置する構成としている。ベース部２０と回転フランジ部２２との間にベアリング２８を配置することで、回転フランジ部２２がベース部２０を中心として回転する際の摺動抵抗を抑えることが可能となる。

オフセット部２４は、詳細を後述するターゲット２６を配管４０の中心位置から外周側へシフトさせるための要素である。図１に示す実施形態では、回転フランジ部２２の法線方向に延設される平板により構成されており、先端部にターゲット配置部２４ａを設けている。また、本実施形態では、回転フランジ部２２の中心（＝ベース部２０の中心）を基点として、オフセット部２４と反対側に、カウンターウェイト部３０を設けている。カウンターウェイト部３０は、回転フランジ部２２を基点として、オフセット部２４と反対側に延設される平板により構成されており、先端部に錘３２を配置可能な構成とされている。カウンターウェイト部３０の長さや錘３２の重さは、オフセット部２４（オフセット部２４の先端にターゲット２６を配置した状態）の重量との関係で、カウンターウェイト部３０の重量の方が重くなるように構成することが望ましい。このような構成とすることによれば、オフセット部２４の先端は、カウンターウェイト部３０との重量バランスの関係で、配管中心Ｌの延長線上の直上に位置することとなる。よって、事前作業により高精度な組み付け作業等を行うことなく、オフセット部２４を垂直位置に保持することが可能となる。

なお、実施形態に係る冶具１０では、カウンターウェイト部３０が無い場合には、オフセット部２４は、オフセット部２４およびターゲット２６の自重により、回転板１８の中心から垂下する位置にとどまることとなる。このような状態であっても、ターゲット２６を配管４０の中心位置から外周側へシフトさせていることに変わりは無く、実用上の問題も無い。しかしながら、カウンターウェイト部３０を設けることで、ターゲット２６を、３次元計測をする上での障害物が少ない配管上方へ配置することが可能となる。

ターゲット２６は、位置情報を取得するための３次元レーザ計測器５４の測光を反射するための要素である。実施形態で使用するターゲット２６は、例えば図１に示すように、球状の外形と、その中心に反射部を持つように構成されたリフレクタ２６ａを有する。このような基本構成を有するターゲット２６は、オフセット部２４の先端に設けられたターゲット配置部２４ａに備えられる。ターゲット配置部２４ａには、ターゲット２６の仕様に応じて、ターゲット配置台座２５が設けられる。ターゲット２６は、ターゲット２６を構成するリフレクタ２６ａの中心（測光反射部位）のＸ軸値あるいはＹ軸値が、配管４０における端面のＸ軸値あるいはＹ軸値と一致するように配置される。ターゲット配置台座２５は、Ｘ軸、あるいはＹ軸方向のシフト量を調整するために設けられる。なお、上述したように、ターゲット配置部２４ａは、配管中心Ｌの延長線の直上に位置することとなるため、シフト量を適正に調整されたターゲット２６のリフレクタ２６ａの中心は、配管端面軸心の鉛直上に位置することとなる。

このような構成の冶具１０を使用する場合、アタッチメント１２を構成するフランジ部１４を配管端面のフランジ４２と合わせ、ハウジング部１６により固定する。固定された冶具１０は、ベアリング２８の作用により回転フランジ部２２が回動し、カウンターウェイト部３０が下方に来るように揺動する。カウンターウェイト部３０の揺動が収束すると、カウンターウェイト部３０は、配管中心Ｌの延長線の垂下位置に位置することとなる。この作用により、カウンターウェイト部３０と回転板１８の中心を基点として反対側に位置するオフセット部２４は、配管中心Ｌの延長線の直上位置に位置することとなる。

オフセット部２４におけるターゲット配置部２４ａに設けられたターゲット２６は、ターゲット配置台座２５により調整されているため、配管４０の端部の中心位置の直上に、リフレクタ２６ａの中心が位置することとなる。

よって、このような冶具１０を用いることによれば、配管４０の芯出しを行う際の事前作業を極めて簡易なものとすることができる。また、実施形態に係るターゲット２６は、３次元レーザ計測器５４の測光を反射するものであるため、曲線上に配置された機器間における配管の芯出しにも適用することができる。

実際の機器における配管の芯出し作業について、図６を踏まえて説明する。まず、配管により接続する複数の機器（図６に示す例では、機器５０ａと機器５０ｂ）を所定の配置形態に合わせて設置する。この段階では、図６に示すように、機器５０ａから突出している配管４０Ａの配管中心Ｌ１と、機器５０ｂから突出している配管４０Ｂの配管中心Ｌ２の高さが一致していないこととする。

次に、各機器５０ａ，５０ｂから突出している配管４０Ａ，４０Ｂの端部に上述した冶具１０を備え付ける（なお、図６では、説明を簡単化するために冶具１０を取り付けた状態は示していないが、図１を援用するものとする。）。ここで、図７に示すように、各機器５０ａ，５０ｂから突出している配管４０Ａ，４０Ｂの間の間隔が広い場合には、長尺の配管４０Ｃを配置し、この配管４０Ｃと配管４０Ａ，４０Ｂとの間での芯出しを行うようにする。配管４０Ｃは、姿勢調節機構５２を介してダクトサポートにより支持する構成とすれば良く、Ｕ字ボルトなどにより、転がりを防止し、位置決めを成すようにしておく。なお、配管４０Ｃの芯出しも、配管４０Ａ，４０Ｂと同様に、各端部に冶具１０を備え付けて行うようにする。

次に、図８に示すように、各配管端部に備え付けた冶具１０のターゲット２６が見通せる位置に、３次元レーザ計測器５４を配置する。なお、図８においては、○で囲った部分が、それぞれ冶具１０の取り付け対象位置である。実施形態に係る冶具１０を取り付ければ、ターゲット２６が機器５０の影に隠れてしまうことを防ぎ、１箇所に配置した３次元レーザ計測器５４からの測光で、種々の位置に配置されたターゲット２６の３次元位置情報を計測することができる。

３次元レーザ計測器５４からターゲット２６に向けて測光を照射し、各ターゲット２６の位置情報を取得する。取得された位置情報は、演算手段５６に取り込まれ、Ｚ軸値からオフセット分の高さＨ（図１参照）が減算され、配管端部中心の３次元位置情報が算出される。

その後、算出された３次元位置情報と、設計上の配管端部中心の３次元位置情報とが一致するように、機器５０ａ，５０ｂの下部に設けられた姿勢調節機構５２を操作することで、配管４０Ａ，４０Ｂの芯出しを行う。なお、姿勢調節機構５２の操作は、作業者等による手動操作であっても良いし、演算手段５６を介した電気信号により、モータ等のアクチュエータ（不図示）を作動させることによる操作であっても良い。

姿勢調節機構５２の操作により、算出された３次元位置情報と設計上の３次元位置情報とが一致することで、配管４０Ａの配管中心Ｌ１と、配管４０Ｂの配管中心Ｌ２が一致する。互いに芯出しが成された配管４０Ａと配管４０Ｂとの隙間には、ベローズ４１が取り付けられ、ダクト経路が構成される。ベローズ４１は、長手方向への伸縮を可能とし、両端の開口部には、配管４０Ａ、および配管４０Ｂの端面に対応したフランジを備えている。配管４０Ａ，４０Ｂとベローズ４１との接合は、フランジ間にシールのためのＯリングを配置すると共に、チェーンクランプのような締結冶具を介して成せば良い。

上記のように、配管４０の芯出しを行う際の事前作業を極めて簡易なものとすることができる。また、実施形態に係るターゲット２６は、線上に配置された機器間における配管４０の芯出しにも適用することができる。

ここで、実際の芯出し作業は、連結対象とする配管同士が直線上で対向する位置にある場合に行うこととなることが多い。しかし、機器５０の影に隠れてしまう配管端部の３次元位置情報を計測する作業や、計測した３次元位置情報と、設計上の３次元位置情報とを一致させることで、配管中心の位置を適正な位置へ調節するという作業に関しては、接合する配管同士が直線上にある場合であっても、非直線の関係にある場合、すなわち曲線部分の配管であっても、実施形態に係る冶具１０を適用し、芯出し方法を実施することができる。

なお、上記実施形態では、オフセット部２４と、カウンターウェイト部３０とが、回転板１８の中心を基点として対象位置となるように配置する旨記載した。しかしながら、本実施形態に係る冶具１０は、図９に示すように、オフセット部２４をカウンターウェイト部３０の対象位置からずらした場合であっても、その機能を果たすことができる。オフセット部２４の傾斜角度（例えば水平位置からの傾斜角度θ）は、オフセット部２４の長さや、ターゲット対座２５（ターゲット２６を含む）の重量と、カウンターウェイト部３０の長さや錘３２の重量のバランス、およびオフセット部２４とカウンターウェイト部３０の配置角度θ_１の兼ね合いにより、無負荷状態で所定の角度を維持することとなる。このため、角度θの他、回転板１８の中心からオフセット部２４におけるターゲット配置部２４ａの中心までの距離Ｈが既知であれば、高さ方向のシフト量Ｈ_０と、幅方向のシフト量Ｈ_１をそれぞれ算出することができるからである。

１０………冶具、１２………アタッチメント、１４………フランジ部、１６………ハウジング部、１６ａ………蝶番、１６ｂ………バックル、１８………回転板、２０………ベース部、２２………回転フランジ部、２４………オフセット部、２４ａ………ターゲット配置部、２５………ターゲット配置台座、２６………ターゲット、２６ａ………リフレクタ、２８………ベアリング、３０………カウンターウェイト部、３２………錘、４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）………配管、４１………ベローズ、４２………フランジ、５０（５０ａ，５０ｂ）………機器、５２………姿勢調節機構、５４………３次元レーザ計測器、５６………演算手段。

Claims (4)

1. ３次元レーザ計測器を用いて機器間を接続する配管の芯出を行う際に使用する冶具であって、
   端部にフランジが設けられた前記配管の端部に固定するアタッチメントと、
   前記アタッチメントに連結され、前記配管の中心に回転中心を一致させた回転板と、
   前記回転板から延設されたオフセット部と、
   前記オフセット部の先端側に配置されるターゲットと、を備え、
   前記アタッチメントは、前記フランジに合致する直径を有するフランジ部と、
   前記フランジと前記フランジ部の双方を共締めすることができるハウジング部とを有し、
   前記配管端部と、前記ターゲットの計測点とが同一平面上に配されるように構成したことを特徴とする配管芯出し用冶具。
2. 前記回転板に、前記オフセット部を水平位置を基準とした所定角度に保持するためのカウンターウエィト部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の配管芯出し用冶具。
3. 端部にフランジが設けられた配管の端部に、前記フランジに合致する直径を有するフランジ部を配置して、前記フランジと前記フランジ部の双方をハウジング部で共締めするアタッチメントにより固定することで、前記配管の外周側へオフセットさせた状態でターゲットを配置し、
   前記アタッチメントの中心位置を基点として前記ターゲットを重力により自然回転させて水平位置を基準とした所定角度に保持し、
   所定角度に保持されたターゲットに対して３次元レーザ計測器から測光を照射し、
   前記測光の照射によって得られた３次元座標から、前記オフセット分を減算することで前記配管端部の中心位置の３次元座標を算出し、
   算出された３次元座標と設計上の３次元座標とを一致させるように配管端部の位置調整を行うことを特徴とする配管芯出し方法。
4. １箇所に配置された３次元レーザ計測器を用いて、複数個所の配管端面の３次元座標の算出を行うことを特徴とする請求項３に記載の配管芯出し方法。