JPS6355441A - 管内面形状検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱交換器等のパイプ、その他各種の配管の内面
性状、特に小径管の内面形状を光学的に検出する装置に
関するものである。

〔従来技術〕

従来、この種の小径管の内面検査装置は種々提案されて
いるが、いずれも超音波又は光を用いる構成が採られて
おり、その−例を示すと第１１．１２図に示す如くにな
っている。第１１図は超音波を用いた従来の管内面検査
装置の模式的断面図であり、超音波の送、受信機能を備
えた超音波探触子４２及びこれに対向させて配設した反
射部材４３を備えた検出ヘッド４１を被検套管Ｐ内に挿
入すると共に、被検套管Ｐ内に超音波の伝播媒体である
水を注入し、反射部材４３をその軸心線回りに回転させ
つつこれに向けて超音波探触子４２から超音波を投射し
、反射部材４３にて超音波を直角に屈折させ、被検査管
Ｐの内周面の周方向各部に投射させ、被検査管Ｐの内、
外面からの反射エコーを超音波探触子４２にて受信し、
そのデータを図示しない検査装置本体に取り出し、被検
査管Ｐの内、外径、表面の凹凸、変形等を検出するよう
になっている。

また第１２図は光を用いた従来の管内面検査装置の模式
的断面図であり、筒状ケーシング５１ａ内にその周壁に
形成した窓５１ｂに面して投光部５２．受光部５３をそ
の光軸が被検査管Ｐの内周面にて相互に交叉するよう傾
けた状態に配置してなる検出ヘッド５１を操作軸５４の
先端に固定して構成されており、操作軸５４にて検出ヘ
ッド５１を被検套管Ｐ内で回転させつつ軸方向に移動さ
せて内周面を光学的に検査するようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上述した第１１図に示した如き超音波を利用す
る検出装置にあっては超音波自体の特性である収束性が
悪いために分解能が低く、また被検套管Ｐ内に超音波の
伝播媒体たる水を充填しておく必要があって、水の給、
排設備、更には被検査管両端の水密封止手段等を必要と
し、設備コストが高くなり、また被検査管Ｐの両端の封
止、被検套管Ｐ内への給水、排水作業自体も煩わしく、
作業能率も低い等の問題があった。−力筒１２図に示す
如き光学的検出装置は水を用いない利点がある反面、操
作軸５４にてケーシング５１ａを回転させつつ移動させ
る必要があるため作業自体が煩わしいことは勿論作業能
率も悪く、また被検査管の内周面に対する走査が螺旋状
となるため検出精度の信顛性が低いなどの問題があった
。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは設備が簡単で作業能率が高く、測定
精度も高い管内面形状検出装置を提供するにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明装置にあっては被検査管内に挿入される検出ヘッ
ド内に光源及びこれからの光を被検査管の内周面にその
周方向の略全面にわたって分配投射する手段、並びに被
検査管内周面の像を捉える二次元受光部とを具備する。

〔作用〕

本発明はこれによって被検査管の内周面に対し、その周
方向の全面にわたって同時に光を投射し、且つこの像を
同時的に捉え得ることとなる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。第１図は本発明に係る管内面形状検出装置（以
下本発明装置という）の使用態様を示す模式図、第２図
は検出ヘッドの模式的拡大断面図であり、図中１は検出
ヘッド、２は検出装置本体、Ｐは被検査管を示している
。

検出へソドｌは金属３合成樹脂等の耐腐食性材料を用い
て両端を閉じた中空の円筒形に形成されたケーシング２
１内に光源２２、投光光学系を構成する第１．第２の投
光レンズ２３，２４　、光分配手段を構成する円錐体２
５、集光光学系を構成するレンズ２６、二次元受光部２
７等を配設して構成されている。

ケーシング２１はその軸方向の中間部周壁に、軸方向の
所要寸法にわたって周方向の全周にわたり透明体を嵌め
込んだ環状窓２１ａを備え、また前。

後端板の外側には取付部２１ｂ、２１ｃを備え、この各
取付部２１ｂ、　２１ｃに一端に車輪３を取り付けた支
持杆３ａの各他端が相互に略１２０度の間隔を隔てて複
数本（通常は３本）づつ固定されており、検出ヘッドを
被検套管Ｐ内に挿入したときケーシング２１の軸心線を
被検査管Ｐの軸心線と略一致するよう支持し、且つこの
状態を維持しつつ被検套管Ｐ内を移動せしめるようにな
っている。またこのゲージング２１の後端板に設けた取
り付は部２１ｃの中央にはこれを貫通させて検出ヘッド
１の前、後移動用の駆動索を兼ねる可撓性チューブ４（
金属製パイブでもよい）の一端がケーシング２１内と連
通させた状態で連結され、その他端部は検出装置本体２
の近傍にまで延在させてあり、内部には各駆動用電力を
供給するだめのケーブル２２ａ及び検出データを送信す
るケーブル２９ａ等が配設されている。

一方、ケーシング２１内にはその環状窓２１ａの内側に
対向させて中心部には光分配手段たる円錐体２５がその
頂点をケーシング２１の先端側に向け、且つ軸心線をケ
ーシング２１の軸心線と一致させた状態で、またその外
周には円環状の第２の投光レンズ２４が同心状に配設さ
れ、更に円錐体２５の頂点に対向させてその前方に第１
の投光レンズ２３．光源２２が配設され、一方円錐体２
５の頂点と反対側にはその軸心線上に光軸を一致させて
レンズ２６、二次元受光部２７が配設されている。

光源２２としてはレーザ発生装置又は白熱光源等が用い
られる。光源２２は発光駆動回路２８を経−Ｃケーブル
２２＋１により検出装置本体２と電気的に接続され、検
出装置本体２から入力される連続的又は間欠的な発光指
令信号に基づき発光駆動回路２８をられた光は第１の投
光レンズ２３にて平行光束に変換された後、円錐体２５
にその頂点側から軸心線に平行に投射される。円錐体２
５はその周面を鏡面としてあり、これに入射された光は
その周面から軸心線と直交する向きの全方向に分配投射
され、更に第２の投光レンズ２４を介して被検査管Ｐの
内周面に向けて投射される。

第２の投光レンズ２４は円環状であって、且つその断面
は内、外周面共に所要の円弧をなす凸レンズ形をなし、
その焦点は被検査管Ｐの内周面」二に略一致するよう設
定されており、円錐体２５で分配された光を管軸方向に
集光した状態で被検査管Ｐの内周面に細いリング状に投
射せしめるようになっている。被検査管Ｐの内周面の像
はレンズ２６にて集光せしめられ、二次元受光部２７に
投射結像せしめられ、これによって捉えられた各部の受
光間に関するデータは出力回路２９、ケーブル２９ａを
介して検出装置本体２に読み込まれ、形状検出が行われ
るようになっている。

なお、レンズ２６と二次元受光部２７とはレンズ２６で
捉えられた被検査管Ｐの内周面の像が所要の比率に縮尺
された状態で二次元受光部２７に投影されるよう相互の
配置位置を定めである。

二次元受光部２７としては電荷結合素子又はｐｓ。

等を用いる。電荷結合素子による場合はこれを光軸中心
に円形に配したもの、正方形に配したもの等、適宜の形
状とすればよい。

第３図は被検査管Ｐの軸心線から管内周面までのす法と
二次元受光部２７へ投影された像の光軸からの寸法との
位置関係を示す説明図であり、いま被検査管Ｐの軸心線
と検出ヘッド１内のレンズ２６の光軸が一敗した状態に
あるものとして軸心線から被検査管ｌ）の内周面の各位
置Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃまでの寸法を夫々Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ
とすると、ここから反射された光がレンズ２６を経て二
次元受光部２７上に達したときの二次元受光部２７上に
おける位置はレンズ２６の光軸から夫々７！ａ、Ｉｂ、
ｆｉｃだけ離れたＱａ　、　Ｑｂ。

Ｑｃ点となる。これらＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ等の距＄Ｌａ１
ａ。

ｊ！ｈ、！ｃ等の距離ｌとの間には一般的に次の関係が
成立する。

Ｌ＝　□　・　ｐ 但し、Ｄ：集光レンズ２６から検出面までの水平距離 Ｆ：集光レンズ２６から二次元受光部２７表面までの距
離 従って、二次元受光部２７上に投射される被検金管Ｐ内
面の像は被検査管Ｐの内周面が凹凸のない−様な円周面
の場合には第４図（イ）に示す如（に乱れのない円形像
となるが、被検査管Ｐの内周面に腐食部分が存在して凹
状となっている部分では第４図（ロ）に示すａの如く外
方に膨出し、また錆等が発生して凸状となっている部分
では第４図（ロ）に示すｂの如く内方に凹んだ像が表れ
る。

この凹、凸の程度を測定することによって被検査管Ｐの
内周面における凹部、凸部の深さ、高さを検出し得るこ
ととなる。勿論二次元受光部２７−１の投影像の真円度
、各部の光量等に基づき被検査管Ｐの各種内面性状を推
測することも可能である。

而してこのような本発明装置にあっては、第１図に示す
如く被検査管Ｐ内にその一端から検出ヘッド１を先端部
側から挿入する。この状態では検出ヘッド１はその先、
後端に取り付けである車輪３にてケーシング２１の軸心
線が被検査管Ｐの軸心線と略一致するよう保持される。

そこで可視性チューブ４を繰り出して検出ヘッド１を被
検査管Ｐ内で移動させつつ検出装置本体２がらケーブル
２２ａを通じて連続的又は間欠的に発光駆動回路２８に
発光指令信号を出力し、光源２２を発光させる。光源２
２の光は第１の投光レンズ２３にて平行光束に変換され
て円錐体２５の周面に入射され、ここからその周方向の
全面にわたって配分投射され、第２の投光レンズ２４に
て築光され、被検査管Ｐの内周面にその周方向の全面に
わたるようこれと直交する向きに投射される。

被検査管Ｐの内周面の像はレンズ２６を介して二次元受
光部２７に縮小投影され、二次元受光部２７にて光電変
換され、出力回路２９．ケーブル２９ａを通じて検出装
置本体２に取り出され、被検査管Ｐの内周面の形状が検
出される。

検出態様については特に限定するものではなく、従来知
られたものを適宜採択すればよい。

このような実施例にあっては円錐体２５と環状をなす第
２の投光レンズ２４との組み合わせによて被検査管Ｐの
内周面に対し、その周方向の全面にわたって同時的に光
を投射し、またその像を捉えることが可能となり、検出
漏れ発生の虞れがなく、検出精度も高く、高い信頼性が
得られる。

第５図は本発明の他の実施例を示す模式図であり、円錐
体２５の頂点を通る軸心線に沿って頂点から底面に貫通
する透孔２５ａを穿設し、光源２２から発せられた光の
一部が第１の投光レンズ２３、円錐体２５の透孔２５ａ
、レンズ２６を経て直接二次元受光部２７に投射せしめ
るよう設定しである。他の構成は第１〜３図に示す実施
例と実質的に同しである。

このような実施例にあっては二次元受光部２７にはスポ
ット状にケーシング２１の軸心線、換言すれば被検査管
Ｐの軸心線位置が表示されることとなり、このスポット
光を基準としてその周囲に投影され１ま た被検査管Ｐの内周面の像との位置関係により、被検査
管Ｐと検出−＼ノド１との位置すれ、その他被検査管Ｐ
の変形の検出が一層容易に行い得ることとなる。

第６図は更に本発明の他の実施例を示す模式的断面図で
あり、ケーシング２１の軸心線上に先端側に向りて円錐
体２５で構成される光分配投射手段を設けると共に、そ
の頂点側に配置しである坪光レンズ２３は投光レンズ２
３から円錐体２５表面までの寸法と、この円錐体２５表
面から被検査管Ｐの内周面までの寸法との和に略等しい
位置に結像するよう設定し、投光レンズ２３からの光は
円錐体２５で反射されて直接被検査管Ｐの内周面に投射
されるようにし、第１〜３図に示す実施例において設け
てあった第２の投光レンズ２４を省略しである。他の構
成は第１〜３図に示す実施例と実質的に同じである。こ
のような構成にあっては光学系が簡略化され、検出ヘッ
ド１の小型化が可能となり、設備コストの低減も可能と
なる。

第７図は本発明の更に他の実施例を示す模式的縦断面図
であり、ケーシング２１の環状窓２１ａの内側に対向さ
せて光分配投射手段として円錐体に代えて周面を鏡面に
仕上げた円錐台３１をその頂面を先端側にし、且つ軸心
線をケーシング２１のそれに一致させた状態で横向きに
配置し、その頂面側には円錐台３１の周面に対向させて
環状レンズ３２、及び更にその前方に位置させて環状の
光源３３を配設しである。

環状レンズ３２は円錐台３１の周面に対応させた円環状
をなし、且つその断面は両側面が夫々所要の曲率の円弧
をなす凸面に形成され、環状レンズ３２から円錐台３１
の周面までの寸法と該周面から被検査管Ｐの内周面まで
の寸法との和に略等しい位置に結像するよう設定されて
いる。

他の構成は前記第１〜３図に示す実施例と実質的に同じ
である。このような実施例にあっては光源としてより光
量の大きいものの使用が可能となり、被検査管Ｐの内周
面像としてより鮮明なものが得られることとなる。

第８図は本発明の更に他の実施例を示す模式的縦断面図
、第９図は第８図のＩＸ−ＩＸ線による拡大正面図であ
り、光分配投射手段として第１〜３図に示す円錐体２５
に代えて多数本の光ファイバを束ねたバンドル光ファイ
バ３４を用いである。バンドル光ファイバ３４はその一
端面ば面一とした状態で円柱状に束ねてその中心を第１
の投光レンズ２３の光軸に一致させた状態で配置され、
他端側は放射状に略均−に外方に拡げ、その他端面が第
２の投光レンズ２４の光軸と同心円周上にて半径方向外
方に向けた状態に配設し、第２の投光レンズ２４の内側
にこれとの間に所要の間隅を隔てた状態で対向せしめで
ある。

而してこのような実施例にあっては光源２２から発せら
れた光は第１の投光レンズ２３に一ζ平行光束に変換さ
れてバンドル光ファイバ３４の一端面に入射され、光フ
ァイバの他端面から第２の投光レンズ２４に入射され、
集束されて被検査管Ｐの内面に投Ｉ・１−１！シめられ
、その後は第１〜３図に示す実施例と同様に内周面の像
がレンズ２６を介して二次元受光部２７に縮尺投影され
ることとなる。このような実施例にあっては前記第１〜
３図に示す実施例に加えて光分配投射手段たる円錐体２
５に対する反射面の保守１点検等が不要となる利点があ
る。

第１０図は本発明の更に他の実施例を示す模式的断面図
であり、環状をなす第２の投光レンズ２４に対し、第１
の投光レンズ２３と反対側にあって、第２の投光レンズ
２４側に反射面を向けてミラー３５を配設すると共に、
該ミラー３５と第２の投光レンズ２４との間に集光レン
ズ２６、二次元受光部２７を配設してあり、第２の投光
レンズ２４から被検査管Ｐの内周面に投射され、ここか
ら反射された光はミラー３５で反射された後、集光レン
ズ２６を経て二次元受光部２７に縮尺投影されるように
なっている。

二次元受光部２７と出力回路２９とを結ぶケーブル２９
ａはバンドル光ファイバ３４の光フアイバ間を通して第
２の投光レンズ２４に対し光源２２と同側に導出してこ
こで出力回路２９に接続されている。

他の構成は前記第８図に示す実施例と実質的に同じであ
る。

このような実施例にあっては、ハンドル光ファイハ３４
の他端面から投射された光が二次元受光部２７に達する
迄の間の光路をケーブル２９ａが横切らない（第８図に
示す実施例では同図中に第８図に＋８１で示す如く光路
中をケーブル２９ａが横切ることとなる）から被検査管
Ｐの内面に対する未検出部が形成されるおそれがない。

なお、上述の実施例では被検套管Ｐ２検出ヘッド１のケ
ーシング２１がいずれも円形の場合につき説明したが何
ら円形に限らず、各種の角形管についても適用し得る。

また上述の各実施例では被検査管Ｐ内における検出へソ
ドｌの推進はチューブ４の挿入、又は引出しによって行
う構成につき説明したが車輪３の駆動源を検出ヘッド１
に設けて自走式としてもよいことは言うまでもない。

〔効果〕

以上の如く本発明に依れば光分配投射手段によって被検
査管の内周面にその周方向の全面にわたるよう同時に光
を投射し、且つ内周面の像を同時に捉えるから未検出部
分が発生するおそれがなく、高い形状検出精度が得られ
信顛性も高く、また設備も簡略化され、設備コストが安
価となるなど本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の模式図、第２図は同しく検出ヘッ
ドの模式的拡大断面図、第３図は管内面形状の検出原理
を示す説明図、第４図（イ）、（ロ）は二次４元受光部
で捉えた被検査管の内周面の説明図、第５．６，７．８
図は本発明の夫々他の実施例を示す模式的断面図、第９
図は第８図のＩＸ　−ＩＸ線による拡大正面図、第１０
図は本発明の更に他の実施例を示す模式的断面図、第１
１．１２図は従来装置の模式的断面図である。 ｌ・・・検出ヘッド　２・・・検出装置本体３・・・車
輪　２１・・・ケーシング　２２・・・光源２３・・・
第１の投光レンズ　２４・・・第２の投光レンズ２５・
・・円錐体　２６・・・集光レンズ　２７・・・二次元
受光部２８・・・発光駆動回路　２９・・・出力回路　
３１・・・円錐台３２・・・環状レンズ　３３・・・環
状光源　３４・・・バンドル光ファイバ　３５・・・ミ
ラー　Ｐ・・・被検査管なお、図中、同一符号は同一、
又は相当部分を示す。 代理人　　大　　岩　　増　　雄 １；享更田ヘーノド １ｆ、１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査管内にその軸方向に移動可能な検出ヘッドを
   挿入して被検査管の内面形状を検出する装置において、
   前記検出ヘッドは光源と、該光源から発せられた光を被
   検査管の内周面に向けて周方向の全面にわたって分配投
   射する手段と、被検査管内周面からの像を捉える二次元
   受光部とを具備することを特徴とする管内面形状検出装
   置。 ２、前記光の分配投射手段は円錐体であって、その頂点
   を光源側に向け、且つ頂点を通る軸心線が被検査管と同
   心状に位置するよう配置されている特許請求の範囲第１
   項記載の管内面形状検出装置。 ３、被検査管内にその軸方向に移動可能な検出ヘッドを
   挿入して被検査管の内面形状を検出する装置において、
   前記検出ヘッドは光源と、多数本の光ファイバにて形成
   され、一端部は前記光源から発せられた光を入射せしめ
   るべく束ねられ、他端部は被検査管の内周面に対向させ
   るべく外方に向けて周方向の略全面にわたるよう放射状
   に配列せしめられた光分配投射手段と、被検査管内周面
   の像を捉える二次元受光部とを具備することを特徴とす
   る管内面形状検出装置。 ４、前記二次元受光部は被検査管内周面の像をミラーで
   光分配投射手段側に反射させて捉えるべく配置されてい
   る特許請求の範囲第３項記載の管内面形状検出装置。