JP7256858B1 - 管内面検査装置および管内面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管軸方向に沿って広範囲を測定対象として迅速に管の内径を測定する管内面検査装置および管内面検査方法を提供する。
【解決手段】本発明の一態様の管内面検査装置（１）は、レーザー光の進行方向に沿って次第に幅広となる帯状のレーザー光を発する発光部（２）と、前記発光部（２）が発した前記レーザー光の光路を前記管の内面に向かって変更し、前記レーザー光を前記管の内面において管軸に沿って広がった領域に照射する光路変更部（３）と、前記内面の前記領域から反射した前記レーザー光の反射光を受光する受光部（４）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、管内面検査装置および管内面検査方法に関する。

管の内径を測定する際、レーザー方式の測定装置を用いることができる。レーザーを用いることによって非接触式で測定できることから、接触式の測定方法において必要である芯出し作業や位置調整作業等の手間を省くことができる。特に、耐震管の受口内面は、構造上複雑な凹凸を有しており、その内径測定は、マイクロメータ等で作業者が直接測定を行っているが、効率が悪く、また測定ミス等も生じやすいという問題があることから、レーザー式の内径測定手段の開発が求められている。

レーザー式の内径測定装置としては、例えば特許文献１～３に開示されている装置がある。

特開平０４－１６３０３号公報 特開２０１１－１９６８９９号公報 特開２０００－１０５１０６号公報

しかしながら、従来技術は何れも内径測定に要する時間について課題がある。例えば特許文献２の内径検査装置は、管軸方向と平行に発光されたレーザー光を、反射板にて管軸方向に対して直角方向に方向転換するが、管内面の一点のみの測定しかできない。そのため、検査時間が長時間に及ぶという問題がある。

本発明の一態様は、管軸方向に沿って広範囲を測定対象として、従前の技術よりも効率的に管の内径を測定することができる管内面検査装置および管内面検査方法を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る管内面検査装置は、管の内面を検査する管内面検査装置であって、レーザー光の進行方向に沿って次第に幅広となる帯状のレーザー光を発する発光部と、前記発光部が発した前記レーザー光の光路を前記管の内面に向かって変更し、前記レーザー光を前記管の内面において管軸に沿って広がった領域に照射する光路変更部と、前記内面の前記領域から反射した前記レーザー光の反射光を受光する受光部と、を備える。

前記の構成によれば、管の管軸方向に沿って比較的広い範囲にレーザー光を照射することで、管の内面を広範囲に検査することができる。例えば、管軸方向に沿った広範囲において管の内径測定が可能であることから、管の内面形状を迅速に検査することができる。

本発明の一態様に係る管内面検査装置は、前記の構成において、前記管の内部に挿入可能な先端部を含むアーム部を更に備え、前記光路変更部は、前記先端部に固定された反射板を含み、前記反射板は、前記発光部が発した前記レーザー光を反射させることにより前記光路を調整するとともに、前記内面において反射した前記反射光が前記受光部に向くように当該反射光を反射させて当該反射光の光路を調整する構成となっており、前記発光部および前記受光部は、前記アーム部における基部に配設されていてもよい。

前記の構成によれば、反射板と発光部との距離、および反射板と受光部との距離がそれぞれ一定であることから、内面の検査工程において、両者の位置決めの制御を行う必要がなく、制御機構を簡素化することができる。

本発明の一態様に係る管内面検査装置は、前記の構成において、前記発光部より発せられ、前記帯状のレーザー光の幅を規定する両端の一方を進行し、前記反射板において反射し前記管の内面に入射する光路を第１光路とし、前記発光部より発せられ、前記帯状のレーザー光の幅を規定する両端の他方を進行し、前記反射板において反射して前記管の内面に入射する光路を第２光路とすると、前記反射板は、前記第１光路を進行するレーザー光および前記第２光路を進行するレーザー光の両方について前記管の内面で反射したレーザー光を受光するとともに反射させ、前記受光部に導くよう、前記発光部および前記受光部に対して反射面が向けられていてもよい。

前記の構成によれば、前記反射板の反射面によって、帯状のレーザー光を管の管軸方向に沿って比較的広い範囲に照射することができ、管の内面に広範囲に照射されて反射したレーザー光を受光部に受光させることができる。

本発明の一態様に係る管内面検査装置は、前記の構成において、前記発光部の位置と、前記受光部の受光結果とを用いて、前記管の内径を特定する演算部を更に備えてもよい。

前記の構成によれば、管の内径を評価することができる。

本発明の一態様に係る管内面検査装置は、前記の構成において、前記発光部と、前記光路変更部と、前記受光部とは、前記管の管軸と平行な軸を回転中心として一体的に回転可能であってよい。

前記の構成によれば、管の内面全周を測定することができる。

また、前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る管内面検査方法は、管の内面を検査する管内面検査方法であって、発光部から発せられる、レーザー光の進行方向に沿って次第に幅広となる帯状のレーザー光の光路を、管の内面に向かって変更する第１工程と、前記第１工程によって光路が変更した前記レーザー光を前記管の内面において管軸に沿って広がった領域に照射して反射した反射光を、受光部によって受光して、当該領域の内面形状を測定する第２工程と、を含む。

前記の構成によれば、管の管軸方向に沿って比較的広い範囲にレーザー光を照射することで、管の内面を広範囲に検査することができる。例えば、管軸方向に沿った広範囲において管の内径測定が可能であることから、管の内面形状を迅速に検査することができる。

本発明の一態様に係る管内面検査方法は、前記の構成において、前記第１工程は、前記発光部から発せられる前記帯状のレーザー光の光路を光路変更部によって変更するものであり、前記管内面検査方法は、前記管の内部における所定の第１位置に前記光路変更部を配置する第１配置工程と、前記所定の第１位置に配置された前記光路変更部を、前記管の管軸に平行な軸を中心に回転させる第１回転工程と、前記第１回転工程の後に、前記光路変更部を前記管軸に沿って所定の第２位置まで移動させる第２配置工程と、前記所定の第２位置に配置された前記光路変更部を、前記管軸に平行な軸を中心に前記第１回転工程における回転方向とは反対方向に回転させる第２回転工程と、を含み、前記第１回転工程および前記第２回転工程の各工程において、前記第１工程と前記第２工程とをこの順で所定回数繰り返す構成であってもよい。

前記の構成によれば、第１回転工程の回転方向と、第２回転工程の回転方向とを反対方向にしているため、受光部等に繋がっている配線が回転によって絡まる事態を回避することができる。

本発明の一態様によれば管の管軸方向に沿って比較的広い範囲にレーザー光を照射することで、管の内面を広範囲に検査することができる。例えば、管軸方向に沿った広範囲において管の内径測定が可能であることから、管の内面形状を迅速に検査することができる。

本発明の一実施形態に係る管内面検査装置を或る角度から見たときの図であり、説明の便宜上、管は管軸方向に沿った断面を示した図である。 図１に示す管内面検査装置が具備する発光部から発せられるレーザー光の光軸に対して９０°回転した方向から管内面検査装置を見たときの図である。 図１に示した管内面検査装置が具備する反射板を、管端から管奥に向かって見たときの図であり、管内面検査装置が具備する発光部から発せられるレーザー光が、管の内面に照射して反射して反射板に受光されるまでの光路を示す図である。 図２に示す管内面検査装置において、管内面検査装置が具備する発光部から発せられるレーザー光が、管の内面に照射されて反射し、受光部に受光されるまでの光路を示した図である。 本発明の一実施形態の管内面検査装置によって管の内径を測定する方法を模式的に説明する図である。 本発明の一実施形態の管内面検査装置によって管の内径を測定する方法を模式的に説明する図である。 本発明の一実施形態の管内面検査装置によって管の内面形状を測定した際の実測データをグラフ化した図である。

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る管内面検査装置を或る角度から見たときの図であり、説明の便宜上、管は管軸方向に沿った断面で示した図である。図２は、図１に示す管内面検査装置を、管内面検査装置が具備する発光部から発せられるレーザー光の光軸を中心に９０°回転した方向から見たときの図である。

本実施形態の管内面検査装置１は、管１００の内面１１０を検査する管内面検査装置である。管１００の内面１１０を検査するとは、管１００の内径を測定するとともに、内径の値に基づいて管１００の内面形状を測定することを示す。管１００の内面形状とは、例えば鋳鉄管の受口部１０１の内面に設けられた凹凸形状が一例としてある。

（管内面検査装置）
図１に示す管内面検査装置１は、レーザー光の進行方向に沿って次第に幅広となる帯状のレーザー光を発する発光部２と、発光部２が発したレーザー光の光路を管１００の内面１１０に向かって変更し、レーザー光を管１００の内面１１０において管軸１００Ｃに沿って広がった領域Ａに照射する光路変更部３と、内面１１０の領域Ａから反射したレーザー光の反射光を受光する受光部４と、を備える。この構成によれば、管１００の管軸方向に沿って比較的広い範囲にレーザー光を照射することで、管１００の内面１１０を広範囲に検査することができる。すなわち、管軸方向に沿った広範囲において管の内径測定が可能であることから、管の内面形状を迅速に検査することができる。

ここで、管１００は、例えば水道用管等として利用されるダクタイル鋳鉄管であってよい。ダクタイル鋳鉄管は、鉄管同士を連結する際に、或る鉄管の一端部に設けられた受口に、別の鉄管の他端部に設けられた挿し口を挿入する態様をとることができる。そして、この連結にあたり、鉄管の受口の内面には、連結のための段部や、管同士の水密性確保手段（ゴム輪）装着のための段部や環状溝の凹凸形状を有するものがある。本実施形態で検査対象とする管１００にも、受口部１０１の内面１１０に、そのような環状溝を含む凹凸形状が形成されている。

なお、管１００は、図示しない管支持装置によって支持されている。本実施形態では、管１００は、管軸１００Ｃが略水平になるよう管支持装置によって支持されている。

発光部２は、図１に示すようにレーザー光の進行方向に沿って次第に幅広となる帯状のレーザー光を発する。この帯状のレーザー光は、複数のレーザー光を進行方向を平行にして合わせて成り、各レーザー光は同一波長である。波長は特に制限はないが、青色レーザー光であることが好ましい。なお、以下の説明では、発光部２から発せられ、受光部４に受光されるまでの一連の光路を、４つのブロックに分けて説明する。具体的には、発光部２から発せられて光路変更部３に入射するまでの間の光路にある帯状のレーザー光を２０ａとする。また、レーザー光２０ａが光路変更部３にて光路変更してから、管１００の内面１１０の領域Ａに照射されるまでの間の光路にある帯状のレーザー光を２０ｂとする。また、領域Ａにおいて反射して光路変更部３に入射するまでの間の光路にある反射光である帯状のレーザー光を２０ｃとする。そして、反射光２０ｃが光路変更部３にて光路変更してから、受光部４に受光されるまでの間の光路にある帯状のレーザー光を２０ｄとする。

光路変更部３は、図１に示すように、管１００の内部に位置した状態で、発光部２が発したレーザー光２０ａの光路を管１００の内面１１０に向かって変更し、レーザー光２０ｂを管の内面において管軸に沿って広がった領域Ａに照射する。領域Ａとは、管軸に沿った長さが、管の内面にレーザー照射する一般的な技術において使用するレーザー光による照射領域の管軸に沿った長さよりも長い領域である。例えば、領域Ａの管軸に沿った長さは、凹凸形状に含まれる１つの環状溝の溝幅よりも広い幅（長さ）を少なくとも有していることが好ましい。

受光部４は、図２に示すように、発光部２が管軸１００Ｃに近い位置にある状態において、管軸１００Ｃから離れた位置に設けられている。管１００の内面１１０の領域Ａにおいて反射した反射光、詳細には帯状のレーザー光２０ｄを受光する。受光部４は、撮像素子ＣＭＯＳを具備しており、受光したレーザー光に基づいた信号を出力する。出力信号は、演算部６が取得する。なお、図２では、管１００の内面１１０に向かって進むレーザー光２０ｂは、紙面奥側に向かって進んでいる。

ここで、受光部４は、領域Ａからの反射光を高さデータとして取得することができる。受光部４は、その高さデータを出力信号とする。これにより、後述する演算部６によって、管の内径を特定することができる。なお、これに限らず、受光部４から領域Ａ内の特定の位置までの距離を、レーザー光を用いた周知の距離計測技術に基づいて計測することができる。例えば、レーザー光の到達飛行時間によって計測することができる。また、他の例として、領域Ａの表面形状の凹凸に起因する陰影を捉えたパターン投影画像を受光部４が生成できるように構成されており、その画像から領域Ａまでの距離を特定する態様であってもよい。

ここで、発光部２および受光部４と、光路変更部３とは、管１００の内部に挿入可能な先端部５１を含むアーム部５に取り付けられている。具体的には、発光部２および受光部４は、アーム部５の基部５２に配設されており、光路変更部３が先端部５１に固定されている。アーム部５によって、発光部２と受光部４と光路変更部３とは、一体的に位置を変えることができ、光路変更部３と発光部２との距離、および光路変更部３と受光部４との距離がそれぞれ一定であることから、管の内面の検査を行う工程において、両者の位置決めの制御を行う必要がなく、制御機構を簡素化することができる。

アーム部５は、ロボットアーム５００の先端に固定されており、ロボットアーム５００の駆動によって、アーム部５の位置および姿勢が調整される。ロボットアーム５００は、アーム部５を介して、発光部２から発せられるレーザー光２０ａの進行方向に沿った軸２０Ｌが管軸１００Ｃに平行となるように、アーム部５の位置を調整している。また、管１００の内面１１０の検査を行う工程において、ロボットアーム５００は、アーム部５を、管軸１００Ｃを中心に回転させる。これについては、後述する。アーム部５は、発光部２のレーザー光を遮ることがない位置に設けられていれば設置態様は図１に示す例に限らない。

（光路変更部の詳細）
光路変更部３は、アーム部５の先端部５１に固定された反射板３１を含む。反射板３１は、発光部２が発したレーザー光２０ａを反射させることにより光路を調整するとともに、内面１１０において反射した反射光２０ｃが受光部４に向くように反射光２０ｃを反射させて反射光の光路を調整する。

具体的には、光路変更部３は、図１に示すように、発光部２より発せられ、帯状のレーザー光２０ａの幅を規定する両端の一方を進行し、反射板３１において反射し管１００の内面１１０に入射する光路を第１光路（ｉ）とし、発光部２より発せられ、帯状のレーザー光の幅を規定する両端の他方を進行し、反射板３１において反射して管１００の内面１１０に入射する光路を第２光路（ｉｉ）とすると、反射板３１は、第１光路（ｉ）を進行するレーザー光および第２光路（ｉｉ）を進行するレーザー光の両方について管１００の内面１１０で反射したレーザー光２０ｃを受光するとともに反射させ、受光部４に導くよう、発光部２および受光部４に対して反射面３２が向けられている。ここで、第１光路（ｉ）は、発光部２から発せられ、受光部４に受光されるまでの一連の光路において、帯状のレーザー光２０ａの幅を規定する両端の一方に規定される。また、第２光路（ｉｉ）は、発光部２から発せられ、受光部４に受光されるまでの一連の光路において、帯状のレーザー光２０ａの幅を規定する両端の他方に規定される。

反射面３２は、発光部２より発せられた帯状のレーザー光２０ａを光路変更する。このとき、帯状のレーザー光２０ａの光軸の中心では、反射面３２によって光路が直角に変更する。このときの光路変更部３に受光する前の帯状のレーザー光２０ａの幅方向を含む平面と、反射面３２によって反射された後の帯状のレーザー光２０ｂの幅方向を含む平面とは、同一平面にある。これについて、図３を用いて説明する。

図３は、図１に示した管内面検査装置１が具備する反射板３１を、管端から管奥に向かって見たとき、つまり本実施形態では受口側から挿し口側に向かって見たとき、の図であり、管内面検査装置１が具備する発光部２から発せられるレーザー光２０ａが反射面３２に入射して反射してレーザー光２０ｂとなり、管１００の内面１１０に照射して反射し、反射光２０ｃとして反射板３１の反射面３２に受光されるまでの光路を示す図である。

図２および図３では、発光部２より発せられた帯状のレーザー光２０ａの第１光路（ｉ）のレーザー光が反射面３２に入射する入射位置をＰ１で示す。また、発光部２より発せられた帯状のレーザー光２０ａの第２光路（ｉｉ）のレーザー光が反射面３２に入射する入射位置をＰ２で示す。入射位置Ｐ１、Ｐ２に入射したレーザー光は、反射して光路が変わり、レーザー光２０ｂとして管１００の内面１１０に向かって進行し、内面１１０に照射される（領域Ａ）。このように光路を変えるために、反射面３２は、第２光路（ｉｉ）のレーザー光の反射面３２への入射位置Ｐ２側を管奥（挿し口側）にして、第１光路（ｉ）のレーザー光の反射面３２への入射位置Ｐ１側から入射位置Ｐ２側が、発光部２から発せられるレーザー光２０ａの進行方向に沿った軸２０Ｌに対して傾斜している。

管１００の内面１１０において領域Ａに照射されたレーザー光２０ｂは、内面１１０において拡散反射して反射光２０ｃとなる。ここで、反射光２０ｃは、領域Ａに入射したレーザー光２０ｂに対して所定の傾斜角度を有する。所定の傾斜角度は、例えば２４．２°である。本実施形態では、領域Ａに入射したレーザー光２０ｂに対して２４．２°の角度を有した反射光を生成する指向性を有したレーザー光を使用することで、これを実現することができる。すなわち、帯状のレーザー光２０ｂの第１光路（ｉ）のレーザー光が領域Ａに照射されると、このレーザー光に対して２４．２°の角度を有する反射光（反射光２０ｃである帯状のレーザー光の第１光路（ｉ））となる。また、帯状のレーザー光２０ｂの第２光路（ｉｉ）のレーザー光が領域Ａに照射されると、このレーザー光に対して２４．２°の角度を有する反射光（反射光２０ｃである帯状のレーザー光の第２光路（ｉｉ））となる。なお、レーザー光２０ｂに対する反射光２０ｃの傾斜角度は、或る範囲の傾斜角度を有するものであってよく、例えば先述のように２４．２°というピンポイントの値に限られない。すなわち、２４．２°は、傾斜角度の平均値または中央値であってよく、ピンポイントの角度で傾斜する指向性を有したレーザー光であるということではない。

図２および図３に示す、領域Ａからの反射光２０ｃは、再び反射面３２に受光され反射して、受光部４に向かう。図２および図３では、反射光２０ｃである帯状のレーザー光の第１光路（ｉ）のレーザー光が反射面３２に入射する入射位置をＰ１ｒで示し、第２光路（ｉｉ）のレーザー光が反射面３２に入射する入射位置をＰ２ｒで示す。

受光部４に向くように反射面３２において反射したレーザー光２０ｄは、受光部４に受光される。以上が、光路変更部３の詳細である。本発明の発明者らは、本実施形態で使用する帯状のレーザー光を、管の内面の領域Ａに導いて照射させ、且つ領域Ａからの反射光を管の外に導いて受光部４に受光されるよう、鋭意工夫を重ねた末に、上述の構成を具備する光路変更部３を実現するに至った。

演算部６は、受光部４の出力信号と、発光部２の位置情報とに基づいて、管の内径を特定する。なお、発光部２の位置情報は、アーム部５の位置情報によって代替できる。発光部２から発せられた帯状のレーザー光の第１光路（ｉ）だけを取りあげて説明すれば、第１光路の発光部から受光部までの光路長と、発光部２の位置情報とから、第１光路のレーザー光が照射された位置（領域Ａ内の一箇所）の管の内径（半径）を特定することができる。また、発光部２から発せられた帯状のレーザー光の第２光路（ｉｉ）だけを取りあげて説明すれば、第２光路の発光部から受光部までの光路長と、発光部２の位置情報とから、第２光路のレーザー光が照射された位置（領域Ａ内の一箇所）の管の内径（半径）を特定することができる。演算部６は、帯状のレーザーの幅の全域において、同様に処理することで、領域Ａの全域について、管１００の内径（半径）を一度に特定することができる。

本実施形態では、光路変更部３（反射板３１）を用いることにより、空間的に制限されている管１００の内部に、管外において発した帯状のレーザー光を入れる機構を実現することができ、且つ、その帯状のレーザー光を、管軸に沿って広がった領域Ａに照射することができる。また、光路変更部３（反射板３１）を用いることにより、領域Ａから反射した反射光を、管外に向けて光路変更することができる。これにより、帯状のレーザー光を照射して、その照射領域からの反射光に基づいて照射領域の面の形状などを特定する機器を用いて、管の内面の検査を行うことが可能となる。

また、このように領域Ａの内径を一度に特定することができることにより、帯状に構成されていない、いわゆる一本のレーザー光を用い、その照射位置を管軸に沿って変えながら測定を繰り返す態様に比べ、内径の測定スピードが飛躍的に向上する。これは、管を製造する製造ライン等において管の内径を迅速に計測する必要がある場面において優位である。

なお、空間的に制限された管内に配置するため、反射板３１は、管奥に向かって先細った直角台形の反射面３２を有している。なお、この形状に限定されず、正方形または長方形の反射面を有していても良い。

ここで、領域Ａは、管軸方向に沿って広がった領域であり、管の内周に沿って広がった領域ではないことから、内周面に沿った複数箇所を計測することができるよう、発光部２と、光路変更部３と、受光部４とは、管１００の管軸１００Ｃと平行な軸を回転中心として一体的に回転可能である。これは、アーム部５がロボットアーム５００の駆動を受けて、管１００の管軸１００Ｃと平行な軸（管軸１００Ｃと同一であってもよい）を回転中心として一体的に回転することにより実現される。

（内径測定以外の用途）
本実施形態の管内面検査装置１は、領域Ａの全域に及んで内径を測定することができるため、領域Ａの内面１１０の形状を測定することも可能である。すなわち、管１００の受口部１０１に設けられた凹凸形状の溝の幅および溝の深さを測定することができる。この測定によれは、管１００の製造ラインにおいて、凹凸形状が適切なサイズで形成されているか否かの検査が可能である。

（管内面検査方法）
本実施形態に係る管内面検査方法は、管の内面を検査する管内面検査方法であって、発光部２から発せられる、レーザー光の進行方向に沿って次第に幅広となる帯状のレーザー光２０ａの光路を、管１００の内面１１０に向かって変更する第１工程と、前記第１工程によって光路が変更したレーザー光２０ｂを管１００の内面１１０において管軸に沿って広がった領域Ａに照射して反射した反射光２０ｃを、受光部４によって受光して、当該領域Ａの内面形状を測定する第２工程と、を含む。この方法によれば、管１００の管軸方向に沿って比較的広い範囲にレーザー光を照射することで、管１００の内面１１０を広範囲に検査することができる。すなわち、管軸方向に沿った広範囲において管の内径測定が可能であることから、管の内面形状を迅速に検査することができる。

第１工程の前工程として、図１に示した管１００と、発光部２および受光部４との位置決めを行う。一例としては、管端に接触することで管の位置を決める位置決め機を、管支持装置に具備させる。この例では、管を管支持装置によって暫定的に支持させた後に、位置決め機に管端が接触するよう管の位置を移動させる。管の移動は、管支持装置に具備される移動機構を用いる。このようにして管の位置を決めることで、管１００と、発光部２および受光部４との位置関係が一定となり、ロボットアーム５００によってアーム部５を正確な位置に配置することができる。これにより、演算部６による管１００の内径の計測も正確に行うことができる。

以下では、管１００の内周面に沿って異なる複数の箇所に帯状のレーザー光２０ｂを照射して、各箇所において内面形状を測定する場合の管内面検査方法の一例を、図４および図５を用いて説明する。

図４は、管内面検査方法の一例を示すフロー図である。図５は、図５中の左側が管軸１００Ｃを紙面左右方向に配置したときの管１００の内部の様子を模式的に示した図であり、図５中の右側が、発光部２および受光部４越しに管外から管端部分を見たときの平面図である。

図４の例では、管１００の内部における所定の第１位置に光路変更部３を配置する第１配置工程Ｓ１と、所定の第１位置に配置された光路変更部３を、管１００の管軸１００Ｃに平行な軸を中心に回転させる第１回転工程Ｓ２と、第１回転工程Ｓ２の後に、光路変更部３を管軸１００Ｃに沿って所定の第２位置まで移動させる第２配置工程Ｓ３と、所定の第２位置に配置された光路変更部３を、管軸１００に平行な軸を中心に第１回転工程Ｓ２における回転方向とは反対方向に回転させる第２回転工程Ｓ４と、を含む。第１回転工程Ｓ２および第２回転工程Ｓ４の各工程では、先述の第１工程と第２工程とをこの順で所定回数繰り返す。

第１配置工程Ｓ１に先立って、先述した管１００と、発光部２および受光部４並びに光路変更部３（ロボットアーム５００（図１および図２））との位置決めを行う。これにより、ロボットアーム５００を所定のプログラムに従って移動させることにより、所定の位置に光路変更部３を配置することができる。

第１配置工程Ｓ１では、管１００内の所定の第１位置に光路変更部３を配置する。これを例えば図５を用いて説明する。図５の左には、管１００内の第１位置１００Ａに光路変更部３を配置している様子を示している。発光部２および受光部４と、光路変更部３とは所定の長さ（例えば１００ｍｍ）で離間しており、光路変更部３の反射面３２の中心位置から基準位置までの距離を所定の距離（例えば１００ｍｍ）とする。なお、基準位置は、設計寸法を示し、＋側または－側に変更可能である。

第１回転工程Ｓ２では、第１配置工程Ｓ１によって第１位置１００Ａに配置された光路変更部３を、管１００の管軸１００Ｃを中心に回転させる。これは、アーム部５を、管軸１００Ｃを中心に回転させることによって実現できる。図５の右側には、光路変更部３の位置を、図５の左側に示した光路変更部３の配置を０°として、管軸１００Ｃを中心に管１００の内周に沿って０°～３６０°の範囲で特定している。なお、光路変更部３は、管１００の管軸１００Ｃを中心に回転してもよいが、管１００の管軸１００Ｃに平行な軸であれば、管１００の管軸１００Ｃと同一軸でなくてもよい。アーム部５と管１００との位置関係を正確に特定しておくことで、光路変更部３の回転中心は管１００の管軸１００Ｃからずれていても、内径を正確に計測することができる。また、例えば管の呼び径が大きい場合などには、管の径方向に受光部２の位置を調整する必要がある。その場合に対応するべく、受光部２（アーム部５）の位置を管の径方向に調整する機構をすることも可能である。一例としては、ロボットアームによって、受光部２（アーム部５）の位置を管の径方向に調整する態様が有り得る。

第１回転工程Ｓ２では、光路変更部３の回転を０°の位置から開始し、９０°、１８０°、および２７０°の順で図５の右側に示すように反時計回りに光路変更部３を回転させる。

また、第１回転工程Ｓ２では、光路変更部３を間欠的に回転させる。一例では、図５の右側に示すように、０°の位置、９０°の位置、１８０°の位置、および２７０°の位置の各位置において、アーム部５の回転を一時停止する。換言すれば、ロボットアームは９０°の回転角度毎に回転を一時停止する。そして、一時停止している間に、光路変更部３を用いて先述の第１工程および第２工程を行う。

０°の位置を例に挙げて説明すれば、第１工程において０°の位置にある発光部２から発せられる、レーザー光の進行方向に沿って次第に幅広となる帯状のレーザー光２０ａの光路を、０°の位置にある光路変更部３によって管１００の内面１１０の０°の位置に向かって変更する。そして、第２工程において、レーザー光を管１００の内面１１０の０°の位置において管軸に沿って広がった領域Ａに照射して反射して、光路変更部３によって光路変更した反射光２０ｄを、受光部４によって受光して、当該領域Ａの内面形状を測定する。

これら第１工程と第２工程を、９０°の位置、１８０°の位置、および２７０°の位置の各位置においても行う。第１回転工程Ｓ２では、２７０°の位置まで回転すると回転を終了（停止）してよい。

以上の第１回転工程Ｓ２までの工程によって、管１００の内径は、次のように求めることができる；
「０°の位置」から「１８０°の位置」の間の管の内径 ＝
Ｒ＋０°の位置の受光部の受光結果＋１８０°の位置の受光部の受光結果
また、
「９０°の位置」から「２７０°の位置」の間の管の内径 ＝
Ｒ＋９０°の位置での受光部の受光結果＋２７０°の位置での受光部の受光結果
なお、式中のＲは、図５の右側に示すアーム部５の回転直径Ｒである。

なお、光路変更部３の回転を一時停止する位置は、例示したものに限らない。また、一時停止する回数も２回以上、好ましくは図５の右側に例示するように４回以上で適宜設定可能である。図５の右側に例示するように、管軸１００Ｃを中心として対称（１８０°）である２つの位置（例えば０°の位置と１８０°の位置）を１つの組として複数の組を回転方向に沿って設定すればよい。アーム部５の回転角度を６０°毎に一時停止するように制御した場合には、０°の位置、６０°の位置、１２０°の位置、１８０°の位置、２４０°の位置、３００°の位置で回転を一時停止して、各位置において先述の第１工程と第２工程を行っても良い。

図４の例では、更に、第１回転工程Ｓ２の後に、光路変更部３を管軸１００Ｃに沿って所定の第２位置まで管奥に向かって移動させる第２配置工程Ｓ３を行う。図６は、管１００内の所定の第２位置１００Ｂに光路変更部３を配置した状態の図である。なお、第１位置１００Ａ（図５）から第２位置１００Ｂへの移動は、アーム部５を管軸１００Ｃと平行な方向に移動させることによって実現できる。先述した第１回転工程Ｓ２は、図５の右側に示す２７０°の位置において回転を終了している。そのため、２７０°の位置に光路変更部３がある状態において、第２配置工程Ｓ３を行う。第２配置工程Ｓ３が完了すると、第２回転工程Ｓ４を行う。

第２回転工程Ｓ４では、図６の左側に示す第２位置１００Ｂに配置された光路変更部３を、管１００の管軸１００Ｃを中心に回転させる。回転機構については、第１回転工程Ｓ２と同一であるが、回転方向を第１回転工程Ｓ２の回転方向とは反対方向にする点において相違する。すなわち、第２回転工程Ｓ４では、光路変更部３の回転を２７０°の位置から開始し、１８０°の位置、９０°の位置、および０°の位置の順で時計回りに光路変更部３を図６の右側に示す矢印方向に回転させ、第１回転工程Ｓ２と同様に各位置において回転を一次停止する。そして、一時停止している間に、光路変更部３を用いて先述の第１工程および第２工程を行う。これについては、第１回転工程Ｓ２において説明しているため、説明を省略する。

以上の第２回転工程Ｓ４において、最後の０°の位置において受光部から受光結果が得られると、ロボットアームが、アーム部５を介して、光路変更部３を管外に移動させる。このとき、０°の位置に光路変更部３がある状態において管軸１００Ｃに沿って管外方向に引き出された光路変更部３は、再び所定の位置に配置された新たな管の管端から、管軸に沿って管内に挿入されることで、無駄な動きをせずに、第１配置工程Ｓ１を開始することができる。これは、管の製造ラインの途中で管の内面を検査する場合において、効率的にアーム部を移動させることができ、検査効率の向上に寄与する。

上述のように管軸に沿った複数の箇所（第１位置および第２位置）で、管の内径を測定することにより、管軸方向に沿った広い範囲で連続して内径を取得でき、内径の値を管軸方向に沿って繋ぎ合わせることにより、管の内面の形状を測定することができる。図７は、このようにして内径の値を管軸方向に沿って繋ぎ合わせることにより得られる管の内面の形状のプロファイルである。図７は、先述した鋳鉄管の受口部の内面を検査対象としたものであり、内面に設けられている凹凸形状がプロファイル上で良好に示されている。このプロファイルデータを用いることによって、凹凸形状を構成する環状溝の深さおよび幅を計測することが可能である。このため、受口部の内面が設計通りに形成されているかを検査することも可能である。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。

１ 管内面検査装置
２ 発光部
３ 光路変更部
４ 受光部
５ アーム部
６ 演算部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 帯状のレーザー光
２０ｃ、２０ｄ 反射光
３１ 反射板
３２ 反射面
５１ 先端部
５２ 基部
１００、１００Ｃ 管軸
１００Ａ 第１位置
１０１ 受口部
１１０ 内面
５００ ロボットアーム
Ｓ１ 第１配置工程
Ｓ２ 第１回転工程
Ｓ３ 第２配置工程
Ｓ４ 第２回転工程
（ｉ）第１光路
（ｉｉ）第２光路

Claims (6)

1. 管の内面を検査する管内面検査装置であって、
   レーザー光の進行方向に沿って次第に幅広となる帯状のレーザー光を発する発光部と、
   前記発光部が発した前記レーザー光の光路を前記管の内面に向かって変更し、前記レーザー光を前記管の内面において管軸に沿って広がった領域に照射する光路変更部と、
   前記内面の前記領域から反射した前記レーザー光の反射光を受光する受光部と、
   を備え、
   前記管の内部に挿入可能な先端部を含むアーム部を更に備え、
   前記光路変更部は、前記先端部に固定された反射板を含み、
   前記反射板は、前記発光部から発せられるレーザー光の進行方向に沿った軸に対して傾斜している反射面によって、前記発光部が発した前記レーザー光を反射させることにより前記光路を変更するとともに、前記内面において反射した前記反射光が前記受光部に向くように当該反射光を反射させて当該反射光の光路を変更する構成となっており、
   前記発光部および前記受光部は、前記アーム部の基部に配設されており、
   前記発光部が発した前記レーザー光を前記反射面において反射させることにより前記光路を変更されて前記内面に向かう反射光に対して、前記内面において反射した前記反射光は、管端から管奥に向かって見たときに、所定の傾斜角度を有しており、
   前記発光部より発せられるレーザー光を受光する位置と、前記内面において反射した前記反射光を受光する位置とが、同一面内において互いに異なるよう、前記反射面が構成されている、
   ことを特徴とする管内面検査装置。
2. 前記発光部より発せられ、前記帯状のレーザー光の幅を規定する両端の一方を進行し、前記反射板において反射し前記管の内面に入射する光路を第１光路とし、
   前記発光部より発せられ、前記帯状のレーザー光の幅を規定する両端の他方を進行し、前記反射板において反射して前記管の内面に入射する光路を第２光路とすると、
   前記反射板は、前記第１光路を進行するレーザー光および前記第２光路を進行するレーザー光の両方について前記管の内面で反射したレーザー光を受光するとともに反射させ、前記受光部に導くよう、前記発光部および前記受光部に対して前記反射面が向けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の管内面検査装置。
3. 前記発光部の位置と、前記受光部の受光結果とを用いて、前記管の内径を特定する演算部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の管内面検査装置。
4. 前記発光部と、前記光路変更部と、前記受光部とは、前記管の管軸と平行な軸を回転中心として一体的に回転可能である、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の管内面検査装置。
5. 管の内面を検査する管内面検査方法であって、
   発光部から発せられる、レーザー光の進行方向に沿って次第に幅広となる帯状のレーザー光の光路を、管の内面に向かって変更する第１工程と、
   前記第１工程によって光路が変更した前記レーザー光を前記管の内面において管軸に沿って広がった領域に照射して反射した反射光を、受光部によって受光して、当該領域の内面形状を測定する第２工程と、
   を含み、
   前記第１工程は、前記発光部から発せられる前記帯状のレーザー光の光路を、光路変更部が具備する反射板の反射面であって、前記発光部から発せられるレーザー光の進行方向に沿った軸に対して傾斜している反射面によって変更するものであり、
   前記第１工程において前記発光部が発した前記レーザー光を前記反射面において反射させることにより前記光路を変更されて前記内面に向かう反射光に対して、前記第２工程において前記内面において反射した前記反射光は、管端から管奥に向かって見たときに、所定の傾斜角度を有しており、
   前記反射面において、前記発光部より発せられるレーザー光を受光する位置と、前記内面において反射した前記反射光を受光する位置とは、前記反射面の同一面内において互いに異なる、
   ことを特徴とする管内面検査方法。
6. 前記管内面検査方法は、
   前記管の内部における所定の第１位置に前記光路変更部を配置する第１配置工程と、
   前記所定の第１位置に配置された前記光路変更部を、前記管の管軸に平行な軸を中心に回転させる第１回転工程と、
   前記第１回転工程の後に、前記光路変更部を前記管軸に沿って所定の第２位置まで移動させる第２配置工程と、
   前記所定の第２位置に配置された前記光路変更部を、前記管軸に平行な軸を中心に前記第１回転工程における回転方向とは反対方向に回転させる第２回転工程と、
   を含み、
   前記第１回転工程および前記第２回転工程の各工程において、前記第１工程と前記第２工程とをこの順で所定回数繰り返す、
   ことを特徴とする請求項５に記載の管内面検査方法。

Images