JP7203480B1 - 配管肉厚量測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】測定者の負担も少なく短時間で配管の肉厚変化量を計測可能な配管肉厚量測定装置を提供する。【解決手段】配管肉厚量測定装置は、基準中心軸決定部１０と、３次元スキャナ２０と、測定中心軸決定部３０と、肉厚変化量計測部４０とからなる。基準中心軸決定部１０は、初期状態の配管の設計諸元に基づく外側表面の長手方向の３次元設計データから、初期状態の配管の長手方向の中心軸を基準中心軸として決定する。測定中心軸決定部３０は、３次元スキャナ２０により得られる３次元スキャンデータから、３次元設計データと同様の外径を有する部位を少なくとも２か所抽出し、抽出された部位の外径の中心点をそれぞれ通る線を測定中心軸として決定する。肉厚変化量計測部４０は、基準中心軸と測定中心軸とを一致させ、３次元設計データと３次元スキャンデータの外側表面とを比較し、被測定配管の肉厚変化量を計測する。【選択図】図１
Description
本発明は配管肉厚量測定装置に関し、特に、ボイラ火炉壁管等、配管表面が腐食する可能性のある被測定配管の肉厚変化量を計測するための配管肉厚量測定装置に関する。
石炭焚きボイラにおいては、環境保護の観点から低ＮＯｘ化が推進されており、それによって，石炭中の硫黄分により生成される硫化水素を主要因とした還元腐食によるボイラ火炉壁管の損傷が顕著化している。さらに、近年のバイオマスボイラにおいては、燃焼効率の向上のために砂を使用しているため、サンドブラストによる減肉も顕著化している。このようなボイラ火炉壁管の損傷により配管に減肉が生じると危険であるため、配管肉厚が定期的に検査されており、厚さの薄い部分は肉盛等で補修されたり、配管を新品に交換したりすることで、メンテナンスが行われている。
このような配管の検査手法として、例えば超音波を用いたものが種々知られている（特許文献１－特許文献３）。超音波厚さ計を用いて配管の肉厚を測定する場合、配管に対して超音波探触子を当て、反射波を計測することで肉厚を測定していた。
しかしながら、ボイラ火炉壁管等、多数の配管が並んだ状態の配管それぞれに対して肉厚を測定する場合、１本１本の配管すべてに対して超音波探触子を当てていかなければならならず、測定者の負担が大きいだけでなく時間も要するものであった。
また、各配管に沿って超音波探触子を当てて走査する必要があるが、各配管は必ずしも平行に配置されるものではなく、斜めに配置されていたり配管同士の間隔がずれていたりする場合もあった。したがって、特許文献１－特許文献３のように各配管に沿って超音波探触子を当てて走査する作業をロボット等に行わせようとした場合であっても、測定個所が配管の軸とずれてしまい、正しい肉厚を測定できない場合もあった。
本発明は、斯かる実情に鑑み、測定者の負担も少なく短時間で配管の肉厚変化量を計測可能な配管肉厚量測定装置を提供しようとするものである。
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による配管肉厚量測定装置は、被測定配管の初期状態の配管の設計諸元に基づく外側表面の長手方向の少なくとも一部の３次元設計データから、初期状態の配管の長手方向の中心軸を基準中心軸として決定する基準中心軸決定部と、被測定配管の外側表面の長手方向の少なくとも一部の３次元スキャンデータを得るための３次元スキャナと、３次元スキャナにより得られる３次元スキャンデータから、３次元設計データと同様の外径を有する部位を少なくとも２か所抽出し、抽出された部位の外径の中心点をそれぞれ通る線を測定中心軸として決定する測定中心軸決定部と、基準中心軸決定部により決定される基準中心軸と測定中心軸決定部により決定される測定中心軸とを一致させ、３次元設計データの外側表面と３次元スキャンデータの外側表面とを比較し、被測定配管の肉厚変化量を計測する肉厚変化量計測部と、を具備するものである。
ここで、測定中心軸決定部は、３次元設計データと同様の外径を有する部位を、３次元スキャナにより得られる３次元スキャンデータの被測定配管の長手方向の一方の端部近傍と他方の端部近傍から抽出するものであれば良い。
さらに、３次元スキャナにより得られる３次元スキャンデータに対して、肉厚変化量計測部により計測される肉厚変化量に応じた色を乗せるカラーマップ部を具備するものであっても良い。
さらに、肉厚変化量計測部により計測された過去の肉厚変化量を比較する比較部を具備するものであっても良い。
また、被測定配管がボイラ火炉壁管の各配管であれば良い。
本発明の配管肉厚量測定装置には、測定者の負担も少なく短時間で配管の肉厚変化量を計測可能であるという利点がある。
以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。本発明の配管肉厚量測定装置は、被測定配管の肉厚変化量を計測するためのものである。以下、本明細書中では、被測定配管として主にボイラ火炉壁管等の多数の配管の各配管の肉厚変化量を計測するものについて詳説する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、１本の配管であってもその肉厚変化量を勿論測定可能である。図１は、本発明の配管肉厚量測定装置の全体構成を説明するための概略構成図である。図示の通り、本発明の配管肉厚量測定装置は、基準中心軸決定部１０と、３次元スキャナ２０と、測定中心軸決定部３０と、肉厚変化量計測部４０と、から主に構成されている。なお、基準中心軸決定部１０や測定中心軸決定部３０、肉厚変化量計測部４０は、それぞれ後述のように機能させるための電子計算機のプログラム等で実現されても良い。
基準中心軸決定部１０は、初期状態の配管の長手方向の中心軸を基準中心軸として決定するためのものである。基準中心軸決定部１０は、被測定配管１の初期状態の配管の設計諸元に基づく外側表面の長手方向の少なくとも一部の３次元設計データから、基準中心軸を決定する。具体的には、基準中心軸決定部１０は、被測定配管１の設計諸元から得られる３次元設計データを作成する。被測定配管１の設計諸元は、例えば外径や内径、肉厚、長手方向の長さ等、配管の設計パラメータである。本発明の配管肉厚量測定装置の基準中心軸決定部１０では、このうち少なくとも外径があれば良い。この外径は、新品時の被測定配管１の外径を意味する。３次元設計データは、所謂３Ｄ ＣＡＤデータであれば良い。なお、３次元設計データ自体は、基準中心軸決定部１０で作成する必要は必ずしもなく、配管製造メーカ等が作成した３Ｄ ＣＡＤデータを用いても良い。このような３次元設計データが３次元設計データベース１１に記憶されていれば良い。
そして、基準中心軸決定部１０は、このような３次元設計データから、３Ｄ ＣＡＤデータ上で配管の長手方向の中心軸を決定する。配管の長手方向の中心軸は、例えば２か所の外径の中心点を抽出し、抽出された２つの中心点を通る直線を基準中心軸として決定すれば良い。これは３Ｄ ＣＡＤデータを扱うプログラムの機能により自動的に決定されても良い。
３次元スキャナ２０は、被測定配管１の外側表面の長手方向の少なくとも一部の３次元スキャンデータを得るためのものである。３次元スキャナ２０は、立体物である被測定配管１に対して、例えば赤外線やレーザ等の光を照射することで３次元スキャンデータを得られるように撮像するものであれば良い。得られた３次元スキャンデータは、３次元スキャンデータベース２１に記憶されれば良い。なお、３次元スキャナ２０の種類については、プローブ等を接触させる接触式のものであっても光を照射する非接触のものであっても良く、既存の又は今後開発されるべきあらゆる３次元スキャナが適用可能である。このような３次元スキャナ２０により、被測定配管１の全体、又は少なくとも肉厚変化量を調べたい部位を含む広い範囲を走査し、３次元スキャンデータを得る。
測定中心軸決定部３０は、被測定配管１の３次元スキャンデータから被測定配管１の長手方向の中心軸を決定するものである。具体的には、３次元スキャナ２０により得られ３次元スキャンデータベース２１に記憶された３次元スキャンデータから、３次元設計データと同様の外径を有する部位を少なくとも２か所抽出する。３次元設計データと同様の外径を有する部位とは、腐食を受けておらず外径が新品時の外径を維持している部位である。そして、この抽出された部位の外径の中心点をそれぞれ通る線を測定中心軸として決定すれば良い。なお、３次元設計データと同様の外径を有する部位は、必ずしも完全に一致する外径でなくても良く、適宜パラメータを調整することで、配管の製造誤差等による製品誤差を吸収しても良い。
ここで、この３次元設計データと同様の外径を有する２か所の部位は、３次元スキャナ２０により得られる３次元スキャンデータの被測定配管１の長手方向の一方の端部近傍と他方の端部近傍から抽出すれば良い。即ち、被測定配管１の３次元スキャンデータの両端近傍からそれぞれ抽出することで、被測定配管１の全体的な傾き等を考慮した誤差の少ない中心軸を得ることが可能である。なお、３次元設計データと同様の外径を有する部位は２か所だけに限らず、より多くの部位を抽出しても良い。
また、仮に３次元スキャンデータに３次元設計データと同様の外径を有する部位が２か所抽出できなかった場合には、３次元スキャナ２０により被測定配管１の両端部近傍までより広い範囲で撮像し直せば良い。
肉厚変化量計測部４０は、被測定配管１の肉厚変化量を計測するものである。まず、肉厚変化量計測部４０は、基準中心軸決定部１０により決定される基準中心軸と、測定中心軸決定部３０により決定される測定中心軸とを一致させる。これは、３Ｄ ＣＡＤデータ上で行われれば良い。具体的には、測定中心軸に対して基準中心軸を重ね合わせていけば良い。このように基準中心軸と測定中心軸を一致させることで、施工時に配管が斜めに配置されていたり配管同士の間隔がずれていたりした場合であっても、３次元スキャンデータのすべての配管に対して３次元設計データを重ね合わせることが可能となる。したがって、ボイラ火炉壁管のような多数の配管が施工時に斜めに配置されていたり間隔がずれていたりした場合であっても、これらの施工時の誤差は無視できる状態となる。
そして、肉厚変化量計測部４０では、基準中心軸と測定中心軸を一致させた上で、３次元設計データの外側表面と３次元スキャンデータの外側表面とを比較し、肉厚変化量を計測している。即ち、重ね合わされた３次元設計データの外側表面と３次元スキャンデータの外側表面との差分を取り、この差分を肉厚変化量としている。なお、３次元設計データの外側表面と３次元スキャンデータの外側表面との差分がマイナスであれば減肉が生じており、プラスであれば肉盛等が行われた部位であることが分かる。このようにして計測された肉厚変化量は、例えば肉厚変化量データベース４１に記憶されれば良い。
なお、上述の図示例では、外側表面のみの差分を取って肉厚変化量を計測する例について説明したが、肉厚変化量とは、肉厚自体を計測するものであっても良い。即ち、例えば被測定配管１の設計諸元として、外径だけでなく内径も利用した場合には、３次元設計データの内径から３次元スキャンデータの外側表面までの距離により、肉厚自体を計測することも可能である。即ち、非破壊で肉厚自体を計測することも可能である。
本発明の配管肉厚量測定装置では、このように３次元設計データと３次元スキャンデータを比較することで、瞬時に肉厚変化量を計測することが可能となる。測定現場では被測定配管１の３次元スキャンデータを得るだけで良く、測定者の負担も少なく短時間で配管の肉厚変化量を計測できるようになる。また、非破壊で配管の肉厚変化量を計測可能なため、測定後に配管を回復させるといった作業もない。
また、本発明の配管肉厚量測定装置には、肉厚変化量を具体的な数値だけでなく、肉厚変化量に応じて色を変化させて表示させるカラーマップ部５０を設けても良い。カラーマップ部５０は、３次元スキャナ２０により得られる３次元スキャンデータに対して、肉厚変化量計測部４０により測定される肉厚変化量に応じた色を乗せれば良い。具体的には、３Ｄ ＣＡＤデータ上で、配管の外径表面に対して肉厚変化量に応じて色を変化させる。例えば３次元設計データの外側表面と３次元スキャンデータの外側表面との差分がマイナスであれば寒色系の色に、プラスであれば暖色系の色といったように色を乗せれば良い。このように表示することで、ボイラ火炉壁管の全体像からどの辺りに減肉が生じているか等を簡単に確認することが可能となる。また、肉厚変化量が規定値を越える箇所、即ち、大きい減肉箇所を強調表示させることも可能である。さらに、必要により肉厚自体を数値で示すことも可能である。
さらに、本発明の配管肉厚量測定装置には、比較部６０を設けても良い。比較部６０は、肉厚変化量計測部４０により測定された過去の肉厚変化量を比較するものである。過去の肉厚変化量は、肉厚変化量データベース４１に記憶されたものを用いれば良い。このような比較部６０により肉厚変化量を比較することで、測定された時期毎の経年変化を見ることも可能である。ボイラ火炉壁管の減肉速度は配管の位置によっても異なるため、経年変化を見ることで各配管に対する補修や交換等のメンテナンスのスケジュールも立てやすくなる。
図２に、本発明の配管肉厚量測定装置により得られたボイラ火炉壁管のカラーマップ部によるカラーマップ表示の一例を示す。なお、実際にはフルカラーでの表示が可能であるが、本図面ではグレースケール表示としている。図示の通り、減肉が生じている箇所や肉盛された箇所が一目瞭然である。
なお、本発明の配管肉厚量測定装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 被測定配管
１０ 基準中心軸決定部
１１ ３次元設計データベース
２０ ３次元スキャナ
２１ ３次元スキャンデータベース
３０ 測定中心軸決定部
４０ 肉厚変化量計測部
４１ 肉厚変化量データベース
５０ カラーマップ部
６０ 比較部
１０ 基準中心軸決定部
１１ ３次元設計データベース
２０ ３次元スキャナ
２１ ３次元スキャンデータベース
３０ 測定中心軸決定部
４０ 肉厚変化量計測部
４１ 肉厚変化量データベース
５０ カラーマップ部
６０ 比較部
Claims (5)
- 被測定配管の肉厚変化量を計測するための配管肉厚量測定装置であって、該配管肉厚量測定装置は、
被測定配管の初期状態の配管の設計諸元に基づく外側表面の長手方向の少なくとも一部の３次元設計データから、初期状態の配管の長手方向の中心軸を基準中心軸として決定する基準中心軸決定部と、
被測定配管の外側表面の長手方向の少なくとも一部の３次元スキャンデータを得るための３次元スキャナと、
前記３次元スキャナにより得られる３次元スキャンデータから、３次元設計データと同様の外径を有する部位を少なくとも２か所抽出し、抽出された部位の外径の中心点をそれぞれ通る線を測定中心軸として決定する測定中心軸決定部と、
基準中心軸決定部により決定される基準中心軸と測定中心軸決定部により決定される測定中心軸とを一致させ、３次元設計データの外側表面と３次元スキャンデータの外側表面とを比較し、被測定配管の肉厚変化量を計測する肉厚変化量計測部と、
を具備することを特徴とする配管肉厚量測定装置。 - 請求項１に記載の配管肉厚量測定装置において、前記測定中心軸決定部は、３次元設計データと同様の外径を有する部位を、３次元スキャナにより得られる３次元スキャンデータの被測定配管の長手方向の一方の端部近傍と他方の端部近傍から抽出することを特徴とする配管肉厚量測定装置。
- 請求項１に記載の配管肉厚量測定装置であって、さらに、前記３次元スキャナにより得られる３次元スキャンデータに対して、肉厚変化量計測部により計測される肉厚変化量に応じた色を乗せるカラーマップ部を具備することを特徴とする配管肉厚量測定装置。
- 請求項１に記載の配管肉厚量測定装置であって、さらに、前記肉厚変化量計測部により計測された過去の肉厚変化量を比較する比較部を具備することを特徴とする配管肉厚量測定装置。
- 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の配管肉厚量測定装置において、被測定配管がボイラ火炉壁管の各配管であることを特徴とする配管肉厚量測定装置。
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2022
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| 田村正篤，3D-CADデータと非接触測定点群データの照合技術，精密工学会誌，2017年，Vol.83，No.8，p.732-736 |
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