JPS6358133A - 管内面形状測定装置 - 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〕 本発明は管内面、特に目視不可能な小径管の内面の形状
を測定することによりその欠陥を検出する装置に関する
。

〔従来技術〕

たとえば化学プラント内に引き回された種々の原料、成
品輸送用パイプライン、あるいは作業員が進入して直接
目視検査することが不可能な小径の下水道管等の管内面
の形状検査（形状を検査することにより、欠損、陥没等
の異常の存在を判定する）を行う装置として光学式距離
計を利用した装置が知られている。

第３図はその一例を示しており、図中Ｐは測定対象の管
、１０はピグである。ピグ１０は円筒形状に形成された
ケーシング１０１の周側壁の一部にガラスあるいは透明
樹脂製の投受光窓１００が備えられていて、円筒状ケー
シング１０１の中心軸が測定対象管Ｐの管軸と一致する
ように測定対象管Ｐ内に挿入されている。またピグ１０
はそのケーシング１０１内部にその前端（図上で左端）
寄りから後端寄りへ順に発光回路１１１発光素子１２．
投光レンズ１３゜受光レンズ１４．リニアダイオードア
レイ等の一次元受光素子１５．出力回路１６等を備えて
いる。

投光レンズ１３の光軸は投射光の測定対象管Ｐ内面から
の反射光を受光レンズ１４に入射させるためにピグ】０
の回転半径方向よりはケーシング１０１の後端寄り向き
に傾斜させられており、また受光レンズ１４の光軸は投
光レンズ１３から投射された光の測定対象管Ｐ内面から
の反射光を受光すべくピグ１０の回転半径方向よりはケ
ーシング１０１の前端寄り向きに傾斜させられている。

そして、−次元受光素子１５の受光素子配列方向は両レ
ンズ１３．１４の光軸を含む平面上でありかつ受光レン
ズ１４の光軸に直交する方向に設定されている。

従って、詳しくは後述するが、受光レンズ１４へ入射す
る反射光の測定対象管Ｐ内面での反射位置が測定対象管
Ｐの半径方向に移動する場合には、その反射光の結像位
置が一次元受光素子１５の受光素子配列方向に移動する
ので、その位置を検出することによりピグ１０と測定対
象管Ｐの内周面との管の距離が判明する。

更にピグ１０はそのケーシング１０１の後端を支持杆１
１０にて支持されており、この支持杆１１０にて測定対
象管Ｐの開口から挿入される。なお、支持杆１１０は中
空でありその中空部分内部には処理装置７０に接続され
た複数の電気ケーブル１１１が挿通されていて、これら
を介して種々の信号及び電気エネルギーの送受が行われ
る。

さて、第３図に示した従来装置では、処理装置７０から
ケーブル１１１を介して発光回路１１に電力が供給され
ており、これにより発光回路１１は発光素子１２に投光
レンズ１３方向への発光を行わせる。この発光素子１２
からの投射光は投光レンズ１３にて築束され、ケーシン
グ１０１の投受光窓１００を通過して測定対象管Ｐの内
面にて反射される。この反射光は再度投受光窓１００を
通過して受光レンズ１４にて再集束され、−次元受光素
子１５の受光面に結像される。この際の反射光像が結像
した受光素子を特定する電気信号は出力回路】６からケ
ーブル１１１を介して処理装置７０に送られる。

第４図は上述の装置による測定の原理を示した模式図で
ある。

第４図において、両レンズ１３．　Ｉ４それぞれの中心
＾、Ｂ間の距離を６１両レンズ１３．１４それぞれの中
心＾、Ｂ間を結ぶ線分ｎが測定対象管Ｐの管軸に位置し
ているとし、これに対する投光レンズ１３の光軸の角度
をα、同しく受光レンズ１４の光軸の角度をβ　（−α
でもよい）、−次元受光素子１５の中心の受光素子Ｍ（
受光レンズＩ４の光軸上に位置する）から反射光像の結
像位置の受光素子Ｒまでの距離を７！（−次元受光素子
１５の受光素子配列方向と受光レンズ１４の光軸との角
度は一定）、投射光の測定対象管Ｐ内面での反射位置を
Ｃとし、また−次元受光素子１５の受光面は受光レンズ
１４の焦点（焦点距＃ｆ）に位置するものとする。

一次元受光素子１５上における距Ｍ７！と受光レンズ１
４の焦点距離ｆとにより受光レンズ１４の光軸と反射光
との間の角度θは下記式にて求められる。

線分ＡＢと線分−とのなす角度は（β−β）として求め
られる。従って、三角形ＡＢＣは二角、即ち／ＣＡＢ（
＝　ＥＸ”）　ト／ＣＢＡ（−β−７７）及びソノ挟辺
ＡＶｌの長さｄとが判明しているので確定する。このた
め、点Ｃから線分■へ下した垂線ｌの長さ、即ち測定対
象管Ｐの管軸から内周面までの距離ｈ（検査対象管Ｐの
内周半径）は下記式にて求められる。

ｔａｎα−ｔａｎ（β±θ） なお、直線ｎが測定対象管Ｐの管軸と一致していない場
合でも、両者が平行関係を維持している場合には両者間
の距離と求められた距離りとの和を求めればよい。

上述の原理は、線分ｎを基線とする三角測量と同原理で
ある。そして、このような従来の装置では、ピグ１０を
支持杆１１０にて支持して測定対象管Ｐ内へ進入させつ
つ回転させるか、あるいは図示しない自走装置によりピ
グＩＯが管軸を回転中心として回転しつつ測定対象管Ｐ
内を進行することにより測定対象管Ｐの内周面の形状測
定を連続に行える。

これにより、ピグ１０の回転中心が測定対象管Ｐの管軸
と正しく一致している場合には、測定結果が真円であれ
ば管内面に欠陥（欠損、異物の付着等）は存在しないこ
とを示している。また、たとえピグ１０の回転中心と測
定対象管Ｐの管軸とが一致していない場合でも、管内面
に欠陥が存在しなければ楕円状の円滑な曲線が計測され
る。一方、ピグ１０の中心が測定対象管Ｐの管軸と一致
している場合及びそうでない場合のいずれにも、欠陥が
存在すれば比較的不規則で鋭角的且つ急激な変化が検出
される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで」二連のような従来の装置では、ピグを測定・
対象管内で回転させるための機構、たとえばピグのケー
シングを支持している支持杆を測定対象管の外部におい
て回転させるかあるいは測定対象管内でピグ自体を自転
させるような機構が必要である。しかし、前者では支持
杆が長くなればその撓みも大になるのでピグを測定対象
管内で正確に同心位置に維持することが困難になって測
定の信頼性が低下する。また後者では、比較的出力の大
きな駆動源を測定対象管内で駆動する必要があり、この
ため回転時の振動による検査精度の低下。

エネルギー供給等の面で問題があった。更にいずれの場
合にも、ピグと外部の処理回路との間を接続するケーブ
ルに大きな捩の力が加わるので、捩に対する弛度が大き
いケーブルを使用ゼねばならない等の問題があった。

このような問題の対策として、たとえば測定対象管内に
挿入されたピグ内で、ピグ自体は回転させずに光学式距
離計のみを回転させるような構成も考えられるが、この
場合にも光学式距離計への電力供給及び信号出力のため
のケーブルの捩等の問題は解決されず、またピグの外径
を小型化することは難しい等の新たな問題点が生しる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
測定対象管内に挿入され、それ自体は回転しないピグ内
に備えられた光学式距離計の発光部から投光される光を
回転鏡を利用して測定対象管の内面全周に投射する構成
を採ることにより、測定対象管内で回転されるべき回転
部材を必要最小限に抑えて装置の信頼性の向上及び小型
化を図った管内面形状測定装置の提供を目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明の管内面形状検査装置では、測定対象管内に挿入
されるべきピグ内で、光学式距離計の投光部から照射さ
れた光を測定対象管の内面全周に投射させる回転鏡を回
転軸に取付け、これを回転させる構成を採っている。

〔作用〕

本発明の管内面形状測定装置では、測定対象管内におい
て、光学式距離計の投光部から照射された光を回転鏡に
より測定対象管の内周面全周に投射されることによりそ
の形状測定が行われる。従って、測定対象管内で回転さ
れるべき部材が軽量小型化されるので、装置の信頼性が
向上し、より小径の管の測定が可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

第１図は本発明に係る管内面形状検査装置の第１の実施
例の構成を示す側断面図である。なお、前述の従来例と
同一構成部材には同一の参照符号を附しである。

図中Ｐは測定対象の管、１０は本発明装置の主要構成部
材が収納されているピグである。

ピグ１０は円筒形状に形成されたケーシング１０１の周
側壁の軸長方向はぼ中央部に環状にガラスあるいは透明
樹脂製の投受光窓１００ａ及び１００ｂが備えられてい
る。またピグ１０はそのケーシング１０１内部にその前
端（図中左端）側から後端側へ順次発光回路１１１発光
素子１２．投光レンズ１３．駆動モーフ４０．受光レン
ズ１４．チャージ・カップルド・デバイス（ＣＯＤ）等
の二次元受光素子１５ａ、出力回路１６等を備えている
。更に、ケーシング１０１の後端面には中空の支持杆１
１０が固定されており、この支持杆１１０内部には駆動
モータ４０への給電線及び発光回路１１．出力回路１６
等に接続されたケーブル１１】が挿通されている。なお
、ケーブル１１１　の他方の端部は処理装置７０に接続
されている。

駆動モータ４０はケーシング１０１の前後方向はぼ中央
部でそのモータ軸４１の軸線をピグ１０のケーシング１
０１の回転中心、具体的には支持杆１１０の軸線に一致
させて取付けられている。そして、このモータ軸４１の
両端部にはそれぞれ第１の回転鏡４２及び第２の回転鏡
４３が固定されている。

第１の回転鏡４２は、上述の如く駆動モータ４０のモー
タ軸旧の前端部に固定されているが、投光レンズ１３の
光軸もモータ軸４１と一致されている。そして、第１の
回転鏡４２はその反射面が第１の回転鏡４２の光軸を通
る光が投受光窓１００ａを通過してピグ１０の外部の後
端部寄り方向へ投射されるような傾斜が付されている。

これに対して、第２の回転鏡４３は駆動モータ４゜のモ
ータ軸４Ｉの後端部に固定されているが、受光レンズ１
４の光軸もモータ軸４１と一致されている。

そして、第２の回転鏡４３はその反射面が、第１の回転
鏡４２によりピグ１０外の後端部寄り方向に投射された
光の測定対象管Ｐ内面での反射光を第２の回転鏡４３方
向へ反射するような傾斜が付されている。

二次元受光素子１５ａは、マトリックス状に受光素子が
配列されており、発光素子１２から照射され、第１の回
転鏡４２にてピグ１０外へ投射され、測定対象管Ｐの内
面で反射され第２の回転鏡４３にて反射された光の受光
レンズ１４による結像位置とその中心、即ち受光レンズ
１４の光軸上の受光素子との間の距離を表す信号が出力
される。

以上の如く構成された本発明の管内面形状検査装置の動
作について説明する。

まず、ピグ１０を支持杆１１０にて支持して測定対象管
Ｐ内に挿入するが、この際支持杆１１０の軸線が、換言
すれば駆動モータ４０のモータ軸４１の軸線（及び投光
レンズ１３．受光レンズ１４の光軸）が測定対象管Ｐの
管軸に一致するようにしておく。

本発明装置では、処理装置７０からケーブル１１１を介
して発光回路１１に与えられる電流により発光素子１２
が発光される。この発光素子Ｉ２にて発光された光は投
光レンズ１３にて集束され、第１の回転鏡４２にて反射
されてケーシング１０１の前端寄りの投受光窓１００ａ
を通過してケーシング１０１の後端寄りへ投射され、測
定対象管Ｐの内面にて反射される。

測定対象管Ｐの内面からの反射光はケーシング１０１後
端寄りの投受光窓１００ｂを通過して第２の回転鏡４３
の反射面に入射されて受光レンズ１４方向に反射され、
受光レンズ１４により集束されて二次元受光素子１５ａ
の受光面に結像される。この際、反射光像が結像した受
光素子を特定する信号が二次元受光素子１５ａから出力
回路１６に与えられ、更にケーブル１１１を介して処理
装置７０に出力される。

なお、上述のようにして得られたデータに基づく測定原
理は前述の第３図に示した従来例と同様であるので、こ
こでは省略する。

一方、駆動モーフ４０は支持杆１１０の中空部に挿通さ
れているケーブル１１１を介して給電されているので、
モータ軸４１が回転駆動されると両回軽鎖４２、４３は
ピグＩＯのケーシング１０１内で回転される。

これにより、両回軽鎖４２．４３はその投受光の角度の
関係を固定したままで測定対象管Ｐの管軸を回転中心と
して回転される。従って、第１の回転鏡４２からの投射
光は測定対象管Ｐの内周面全周に連続的に投射され、ま
たその反射光も第２の回転鏡４３に連続的に受光される
ので、ピグｌＯを回転させずとも、測定対象管Ｐの内周
面全周の形状測定が行える。

ピグエ０の測定対象管Ｐ内における前後方向の移動は支
持杆１１０を測定対象管Ｐ外部から移動させること、あ
るいはピグ１０自身に自走装置を備えさせることにより
可能である。なお、ピグ１０は回転することはないので
、従来の装置の如くピグ１０と外部とを接続するケーブ
ル１１１が捩れる等のピグ１０の回転に伴う不都合は本
発明装置では生しないので比較的強度の低いケーブルを
使用することが可能になる。

なお、上記実施例では、駆動モータ４０のモータ軸４１
に直接第１の回転鏡４２及び第２の回転鏡４３を取付け
であるが、両回軽鎖４２．４３が取付けられた回転軸を
平ギア等を介して駆動モーフにて駆動する構成としても
よいことは勿論である。

第２図は本発明の管内面形状測定装置の第２の実施例を
示す側断面図である。

本実施例では、ケーシング１０１　の後端部寄りの投受
光窓１００ｂから入射する測定文・ｊ象管Ｐの内面から
の反射光を比較的大口径で且つ屈折率も大である受光レ
ンズ１４にて二次元受光素子１５ａ　Ｊ：に結像するよ
うにしている。その他の構成は上述の第１図に示した第
１の実施例と同様であり、その動作もほぼ同様である。

この第２の実施例では、上述の第１の実施例に比して更
に回転部材が減少する。

なお、この第２の実施例でも前述の第１の実施例同様に
、回転鏡４２が取付けられた回転軸を平ギア等を介して
駆動モータにて駆動する構成としてもよいことは勿論で
ある。

〔効果〕

以上のように本発明の管内面形状測定装置では、測定対
象管内で回転されるべき部材が軽量小型であるため装置
の信頼性が向上する。また、回転部材が回転鏡のみであ
るからその外径が比較的小径に形成可能になり、従って
より小径の管を測定対象管とすることが可能になる。更
に、測定対象管内に挿入されるピグと外部装置とを接続
するケーブルに回転による捩の力が加わらないので、断
線等の虞が少なくなり、従って測定対象管のより奥深い
位置まで検査を行うことが可能になり、また比較的強度
の低い安価なケーブルを使用出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであり、第１図は本発
明に係る管内面形状検査装置の第１の実施例の構成を示
ず側断面図、第２図は同じくその第２の実施例の構成を
示す側断面図、第３図は従及び本発明装置の測定原理を
説明するための模式Ｐ・・・測定対象管　　１０・・・
ピグ　　Ｉ２・・・発光素子１３・・・投光レンズ　　
１４・・・受光レンズ　１５ａ・・・二次元受光素子　
　４０・・・駆動モータ　　４Ｉ・・・モータ軸４２・
・・第１の回転鏡　　４３・・第２の回転鏡なお、各図
中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光手段からの光の測定対象からの反射光を受光手
   段にて受光することにより測距を行う光学式距離計をそ
   の測距方向を管の半径方向として管内に挿入して管内面
   全周を測距することにより管内面形状を測定する装置に
   おいて、 管軸と同心的に配されるべき回転軸と、 該回転軸を回転駆動するモータと、 前記発光手段から発せられた光を反射しつつ回転して管
   内面全周に投射すべく前記回転軸に取付けられて回転す
   る第１の回転鏡と、該第１の回転鏡からの投射光の管内
   面からの反射光を反射しつつ管軸方向に投射すべく前記
   回転軸に取付けられて回転する第２の回転鏡と、 該第２の回転鏡からの投射光を受光する前記受光手段と
   を備え、 前記第１及び第２の回転鏡を前記発光手段及び受光手段
   に対して相対的に回転させることにより管内面全周の測
   距を行うべくなしたことを特徴とする管内面形状測定装
   置。 ２、回転軸はモータの出力軸である特許請求の範囲第１
   項記載の管内面形状測定装置。 ３、発光手段にて発光された光の測定対象からの反射光
   を受光手段にて受光することにより測距を行う光学式距
   離計をその測距方向を管の半径方向として管内に挿入し
   て管内面全周を測距することにより管内面形状を測定す
   る装置において、 管軸と同心的に配されるべき回転軸と、 該回転軸を回転駆動するモータと、 前記発光手段から発せられた光を反射しつつ回転して管
   内面全周に投射すべく前記回転軸に取付けられて回転す
   る回転鏡と、 該回転鏡からの投射光の管内面での反射光を受光する前
   記受光手段とを備え、 前記回転鏡を前記発光手段及び受光手段に対して相対的
   に回転させることにより管内面全周の測距を行うべくな
   したことを特徴とする管内面形状測定装置。 ４、回転軸はモータの出力軸である特許請求の範囲第３
   項記載の管内面形状測定装置。