JP6389931B1 - 配管内部変形検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】断面が円形の配管内部の変位量（変形量）を定量的に把握し、数値化及び可視表示化することができる精度の飛躍的向上した配管内部変形検査装置を提供する。【解決手段】リニアシャフトによりＺ軸方向（上下方向）に移動可能な移動プレート２０と、上端が移動プレート２０の下面に固定され、配管の内側まで延びるメインシャフト２１と、メインシャフト２１の下端に水平方向に取り付けられ、管内半径方向の変位量を検出する配管内面計測プローブ２３と、配管内面計測プローブ２３の水平方向の変位量をＺ軸方向の変位量に変換する変換ブロック２４と、変換ブロックでＺ軸方向に変換された変位量を伝達する変位量伝達ロッド２５と、変位量伝達ロッド２５から変位量を入力し、外部に数値出力するデジマチックインジケータ２９を備え、配管内部の変形量を数値化及び可視化表示させる。【選択図】図１

Description

本発明は、配管内部変形検査装置に関し、詳しくは、例えば空港のいわゆるハイドラント配管等の配管内部変形検査装置に関するものである。

航空機の燃料給油施設において、ハイドラント方式とよばれる給油システムがある。ハイドラント方式とは、図９に例示すように、貯油タンク５３、ハイドラントポンプ５４、遮断弁などを備えるヘッダーピット５５などを介して、地下埋設されたエプロン配管５１でエプロン（駐機場）まで航空燃料を届ける給油システムで、ハイドラントバルブ５６を開くことにより、必要な時にだけ必要なだけの燃料を航空機に給油することができるという特徴がある。

一般的に、ハイドラント方式の給油設備は、図９に例示すように、ヘッダーピット５５から水平に延びるエプロン配管５１が複数に分岐し、エプロン配管５１に対して垂直方向に延設される立ち上がり配管５２を通じて、各所のハイドラントバルブ５６と連結する構造となっている。

ハイドラント配管の立上り部の一例として、先端がエプロングラウンドのコンクリー卜中、下部は土壌中に埋設されており、グラウンドのコンクリートが夏冬の温度差により伸縮し、これに倣ってハイドラント配管に上下で異なる応力がかかっていると考えられている。この結果、ハイドラントピット内のバルブが傾くなどし、土壌中の配管が変形（損傷）するおそれがある。

図１０の（ａ）に配管施工時のハイドラント配管の様子、（ｂ）に舗装伸縮等による応力が加わったことにより変形が生じた様子を模式的に示す。図１０において、６１はハイドラントバルブ、６２はボールバルブ、６３はハイドラントピット、６４は立上り配管、６５は埋設部、６６はエプロン舗装である。

これまで、土壌中の配管の変形を確認する方法は、配管末端のバルブ類を取り外し、露出させた管内部に簡易的なゲージをあてて変形を目視で確認する方法しかなかった。

図１１に、従来の埋設配管確認（配管断面形状確認）のための配管変形測定治具の構成を模式的に示し、図１２に図１１の治具を用いた配管変形測定のイメージを模式的に示す。配管変形確認治具７１の先端に取り付けられる配管変形確認ゲージ７２は、配管入口が狭いため、２分割構造の扇形状となっており、確認作業は操作用ハンドル７３を回転操作させて行う。配管変形確認ゲージ７２の形状は正常な配管の形状と同じ形状の扇形となっており、配管変形確認ゲージ７２を配管内部に合わせ、変形度合いを確認する。図１２の上の図の破線が正常の配管断面（真円）、実線が変形配管断面を示す。変形がある場合、Ｓで示すように、配管とゲージ７２の間に隙間の有無を確認し、報告は写真等により行う。図１２の下の図において、７４は立上り配管、７５はハイドラントピットである。

この確認方法では配管内面の変形の様子を目視で確認するのみであり、その変形量を具体的に数値化することは不可能であり、作業負担が大きい割に得られるデータは精度に乏しい結果であった。

配管変形量と最も相関するのは配管の傾斜量と内面変形量であるが、内面変形計測は有効な計測項目であるものの、従来の確認手法では目視のため正確性に弱点があった。そこで配管内面の変形量の正確性（定量化）が望まれていた。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消し、断面が円形の配管の変位量を定量的に把握し、数値化及び可視表示化することができ、測定精度が飛躍的向上した配管内部変形検査装置を提供することを課題とする。

本発明によれば、上記課題を解決するため、以下の技術的手段が提供される。

第１に、断面が円形状の配管の端部側に設けられるメインベースプレートと、メインベースプレート上に立設されたフレーム及びリニアシャフト、フレームの上端に設けられたトップベースプレートと、リニアシャフトによりＺ軸方向（上下方向）に移動可能な移動プレートと、上端が移動プレートの下面に固定され、下端がメインベースプレートを介して配管の内側まで延びるメインシャフトと、メインシャフトの下端に水平方向に取り付けられ、先端で配管内面をなぞり、管内半径方向の変位量を検出する配管内面計測プローブと、配管内面計測プローブの軸方向に対して４５°の傾斜面を有し、配管内面計測プローブの水平方向の変位量をＺ軸方向の変位量に変換する傾斜ブロックと、メインシャフト内を貫通し、移動プレートの上方まで延び、傾斜ブロックでＺ軸方向に変換された変位量を伝達する変位量伝達ロッドと、移動プレートの上面側に配置され、変位量伝達ロッドから変位量を入力し、外部に数値出力する変位量検出出力手段と、トップベースプレート上に設けられ、移動プレートをＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動用サーボモータと、Ｚ軸駆動用サーボモータの駆動力を移動プレートに伝達するボールねじと、移動プレートに設けられ、メインシャフト及び配管内面計測プローブをＣ軸（回転軸）まわりに３６０°回転させるＣ軸駆動用サーボモータを備え、配管内部の変形量を数値化及び可視化表示させることを特徴とする配管内部変形検査装置が提供される。

第２に、上記第１の発明において、変位量検出出力手段がデジマチックインジケータ又はダイヤルゲージであることを特徴とする配管内部変形検査装置が提供される。

第３に、上記第１又は第２の発明において、可視化表示が円周方向断面図表示、Ｚ軸方向縦断面図表示及び立体表示の可視化表示を行うことができることを特徴とする配管内部変形検査装置が提供される。

第４に、上記第１から第３のいずれかの発明において、配管内部計測プローブの先端が３次元的に丸みを帯びた形状となっていることを特徴とする配管内部変形検査装置が提供される。

第５に、上記第１から第４のいずれかの発明において、配管の立上り部の配管内部の変形量を数値化及び可視化表示させることを特徴とする配管内部変形検査装置が提供される。

第６に、上記第１から第４のいずれかの発明において、燃料供給用配管の配管内部の変形量を数値化及び可視化表示させることを特徴とする配管内部変形検査装置が提供される。

本発明によれば、断面が円形の配管内部の変位量（変形量）を定量的に把握し、数値化及び可視表示化し、精度を飛躍的向上させることができる。

また、本発明によれば、配管内部の変位量（変形量）を立体的に表示させることも可能となる。

本発明の一実施形態に係るハイドラント配管の立上り部の配管内部変形検査装置の模式図である。 配管内面計測プローブの全体構造を示す写真である。 配管内面計測プローブの２つのベースプレートのうちプローブ測定子が取り付けられている側のベースプレートを外して内部の様子を示す模式図である。 配管内面計測プローブの２つのベースプレートのうちプローブ測定子が取り付けられている側のベースプレートとそのベースプレートに取り付けられているプローブ測定子等を示す模式図である。 配管内面計測プローブの２つのベースプレートのうち傾斜ブロックが設けられている側のベースプレートとそのベースプレートに取り付けられている傾斜ブロック等を示す模式図である。 変位量伝達ロッドの上端部とデジマチックインジケータの測定子先端部が接触する様子を示す図である。 正常な配管の形状及びその計測データを示す図である。 変形のある配管の形状及びその計測データを示す図である。 ハイドラント方式の説明図である。 （ａ）は配管施工時のハイドラント配管の様子、（ｂ）は舗装伸縮等による応力が加わった様子を模式的に示す図である。 従来の埋設配管確認（配管断面形状確認）のための配管変形測定治具の構成を模式的に示す図である。 従来の埋設配管確認（配管断面形状確認）作業の様子を模式的に示すイメージ図である。

以下、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るハイドラント配管の立上り部の配管内部変形検査装置の模式図である。

図１において、１１はハイドラントピットであり、その下方にはハイドラント配管の立上り配管１２が設けられ、ベースフランジ１３、中間フランジ１４を介してボールバルブ（元弁）１５に連結されている。ここでは、検査のためハイドラントバルブは取り外した状態となっている。

ボールバルブ１５の上部にはメインベースプレート１６が配置され、その上面にはアルミニウム製のフレーム１７とリニアシャフト１９が立設されている。フレーム１７の上端にはトップベースプレート１８が設けられている。移動プレート２０は、リニアシャフト１９により案内され、Ｚ方向（上下方向）に移動可能となっている。

移動プレート２０の下面にはメインシャフト２１が回転可能に取り付けられ、メインシャフト２１はメインベースプレート１６を挿通し、主軸ガイド２２に案内され、その下端部は立上り配管１２内まで垂下している。メインシャフト２１の下端には配管内面計測プローブ２３が水平方向に取付固定され、その先端部は３次元的に丸みを帯びた形状となっており、配管内面をなぞり、管内半径方向の変位量を検出するようになっている。また、メインシャフト２１の下端には、４５゜の傾斜面を有し、配管内面計測プローブ２３の水平方向の変位量をＺ軸方向の変位量に変換する傾斜ブロック２４が設けられている。一方、メインシャフト２１の内部には変位量伝達ロッド２５が貫通し、移動プレート２０の上方まで延びており、傾斜ブロック２４でＺ軸方向に変換された変位量を伝達するようになっている。

トップベースプレート１８の上部にはＺ軸駆動用サーボモータ２６が取り付けられており、その駆動軸には転造ボールねじ２７が連結され、転造ボールねじ２７は、トップベースプレート１８に取り付けられたベアリング２８により回転可能に支持され、移動プレート２０をＺ軸方向に移動させるようになっている。また、移動プレート２０の上部にはデジマチックインジケータ２９が配置され、その測定子は変位量伝達ロッド２５の上端に接触し、変位量伝達ロッド２５から変位量を入力し、外部に数値出力する。

また、移動プレート２０にはＣ軸駆動用サーボモータ３０が設置され、その駆動力はＣ軸タイミングプーリー３１を介してメインシャフト２１に伝達され、メインシャフト２１及び配管内面計測プローブ２３をＣ軸（回転軸）まわりに３６０゜回転させることができるようになっている。メインシャフト２１には５°ピッチで７２箇所の穴があけられた円盤（コードホイール）が設置されており、移動プレート２０側に設置されたフォトインタラプタがこの穴を検出し、この信号出力のタイミングでリレーが作動し、データを送信する。これによりＣ軸１回転あたり正確に５°ピッチ７２点のデータを計測用パソコン３２へ出力できる。この計測用パソコン３２は、計測データを可視化表示（円周方向断面図表示、Ｚ軸方向縦断面図表示又は立体表示）させるためにデータ処理を行うものであり、入力したデータを可視化表示させるための可視化プログラムを搭載している。可視化プログラムは市販のものを用いることができる。３３はＺ軸駆動用サーボモータ２６及びＣ軸駆動用サーボモータ３０を制御するためのサーボコントロールボックスである。

ここで、配管内面計測プローブ２３で検出した管内半径方向の変位量を傾斜ブロック２４により垂直方向に変換してＺ軸方向の変位量として変位量伝達用ロッド２５に伝達する機構について図２〜図５に基づいて詳述する。

図２は、配管内面計測プローブ２３の全体構造を示す写真、図３は、配管内面計測プローブ２３の２つのベースプレートのうちプローブ測定子が取り付けられている側のベースプレートを外して内部の様子を示す写真、図４は、２つのベースプレートのうちプローブ測定子が取り付けられている側のベースプレートとそのベースプレートに取り付けられているプローブ測定子等を示す模式図、図５は２つのベースプレートのうち傾斜ブロック２４が設けられている側のベースプレートとそのベースプレートに取り付けられている傾斜ブロック等を示す模式図である。

図４、図５において、３５、３６はベースプレートであり、３７、３８は上フランジ及び下フランジである。上フランジ３７は、メインシャフト２１の下端に固定され、またベースプレート３５、３６の上端側を固定している。下フランジ３８は、ベースプレート３５、３６の下端側を固定している。メインシャフト２１は、下端でプローブ部全体を保持し、回転動作させる軸となっている。メインシャフト２１の内部には、前述したように、変位量伝達ロッド２５が内部を通っている。

図４に示すように、ベースプレート３５には、プローブ測定子３９を水平方向に可動させるためのリニアガイド４０が横方向に取り付けられている。プローブ測定子３９の先端部３９Ａは配管内面との摩擦を避けるため略半球状となっている。この構造は、配管が燃料供給管の場合に摩擦によるリスクを回避できる利点がある。プローブ測定子３９は台座ブロック４１に取り付けられ、台座ブロック４１の上側にはガイドローラ４２が設けられており、プローブ測定子３９の水平方向の移動量は、ガイドローラ４２により、ベースプレート３６に取り付けられた傾斜ブロック２４に伝達される。

一方、図５に示すように、ベースプレート３６には、垂直方向に傾斜ブロック２４を可動させるためのリニアガイド４３が縦方向に取り付けられている。傾斜ブロック２４は垂直方向に対して４５゜傾斜した面４４を有し、ガイドローラ４２を摺動させるためのガイドローラ摺動溝４５が形成されている。ガイドローラ４２がガイドローラ摺動溝４５の左斜め上に当接した状態から図４の左側に移動すると、その変位量に応じて傾斜ブロック２４は図５のようにリニアガイド４３に案内されて垂直方向上方に移動し、プローブ測定子３９の水平方向の変位量が傾斜ブロック２４の垂直方向の変位量に変換され、その変位量が変位量伝達ロッド２５に伝達される。図５は、プローブ測定子３９が図４の左方向に変位した状態を示している。

次に、変位量伝達ロッド２５の上端部とデジマチックインジケータ２９の測定子先端部２９Ａが接触する様子を図６に示す。変位量伝達ロッド２５には例えばアルミニウム製の中空パイプが利用されるが、上端側にはフッ素樹脂製（テフロン（登録商標））のスリーブが取り付けられ、先端部は同樹脂製の平板プレートとなっている。これは、メインシャフト２１の上端が回転すると変位量伝達ロッド２５の上端も回転するため、変位量伝達ロッド２５とデジマチックインジケータ２９の測定子先端部２９Ａが金属同士の摩擦面とならないようにするためである。この構造は、測定対象の配管が燃料供給管となっている場合には摩擦によるリスクを回避することができる利点がある。なお、図６において、４６はコードホイール、４７はフォトインタラプラである。

また、ここで、デジマチックインジケータ２９にて計測したデータを計測用ノートパソコン３２に転送する手法の一例について述べる。データ転送には、計測データワイヤレスシステム（例えば、株式会社ミツトヨ製のU-WAVE（登録商標））を用いることができる。このシステムは、計測用ノートパソコン３２に可視化プログラム（システムに添付）を搭載することにより、Excel（登録商標）にデジマチックインジケータ２９側からワイヤレスでデータを取り込み、所要の可視化表示のためのデータ処理を行えるものである。

次に、上記構成の配管内部変形検査装置による配管内部変形検査について説明する。

まず、検査のためハイドラントピット１１において、ハイドラントバルブ（図示せず）を取り外した後、図１に示すように、本実施形態の配管内部変形検査装置をボールバルブ１５上に設置する。次に、サーボコントロールボックス３３のボタン等を操作してＺ軸駆動用サーボモータ２６を駆動させ、その駆動力をボールねじ２７に伝え、移動プレート２０を、例えば予め設定した最も高い高さ位置までリニアシャフト１９に沿って移動させる。

次に、サーボコントロールボックス３３のボタン等を操作してＣ軸駆動用サーボモータ３０を駆動し、メインシャフト２１及び配管内面計測プローブ２３を３６０°回転させる。回転させながら配管内面とプローブ測定子３９の先端部３９Ａとの接触点の半径方向の距離を配管内面計測用プローブ２３で測定し、上記と同様にして、デジマチックインジケータ２９にその距離データをデジタル表示させるとともに、数値データとして計測用ノートパソコン３２に送る。データの送信はコードホイールの穴をフォトインタラプタが検出し、データを送信する。これによりＣ軸１回転あたり正確に５°ピッチ７２点のデータを計測用パソコンへ出力することで、配管内面の円周方向のデータが取得される。

その高さ位置での配管内面の円周方向のデータを取得すると、サーボコントロールボックス３３のボタン等を操作してＺ軸駆動用サーボモータ２６を駆動させ、次の高さ位置まで移動プレート２０を下降させ、上記と同様にして、その高さ位置での配管内面の円周方向のデータを取得する。

以上の作業を任意の高さ位置で行い、各高さ位置での配管内面の円周方向のデータを取得する。取得したデータは、計測用ノートパソコン３２で可視化処理して、画面表示あるいは印刷出力を行う。

図７、図８に可視化表示したデータ例を示す。図７は、正常な配管の形状及びその計測データを示し、図８は、変形のある配管の形状及びその計測データを示す。

図７の（ａ）は正常な配管の形状を示す図、（ｂ）は円周方向断面図、（ｃ）は軸方向縦断面図、（ｄ）は立体表示（斜視図）、（ｅ）は立体表示（側面図）である。図７より、断面図において変形がなく、立体表示でも色が均一で変形のない配管であることがわかる。

図８の（ａ）は変形のある配管の形状を示す図、（ｂ）は円周方向断面図、（ｃ）は軸方向縦断面図、（ｄ）は立体表示（斜視図）、（ｅ）は立体表示（側面図）である。図８より、断面図に座屈により変形が検出されており、立体表示でも座屈及び曲がりが検出されていることがわかる。

上記では、変位量検出出力手段としてデジマチックインジケータを用いたが、検出した変位量を数値化出力可能なダイヤルゲージを用いてもよい。

１１ ハイドラントピット
１２ 立上り配管
１５ ボールバルブ（元弁）
１６ メインベースプレート
１７ フレーム
１８ トップベースプレート
１９ リニアシャフト
２０ 移動プレート
２１ メインシャフト
２３ 配管内面計測プローブ
２４ 傾斜ブロック
２５ 変位量伝達ロッド
２６ Ｚ軸駆動用サーボモータ
２７ ボールねじ
２９ デジマチックインジケータ
３０ Ｃ軸駆動用サーボモータ
３２ 計測用ノートパソコン
３３ サーボコントロールボックス
３５、３６ ベースプレート
３７ 上フランジ
３８ 下フランジ
３９ プローブ測定子
４０ リニアガイド
４１ 台座ブロック
４２ ガイドローラ
４３ リニアガイド
４４ 傾斜面
４５ ガイドローラ摺動溝
４６ コードホイール
４７ フォトインタラプタ

Claims (6)

1. 断面が円形状の配管の端部側に設けられるメインベースプレートと、
   メインベースプレート上に立設されたフレームと、リニアシャフトと、フレームの上端に設けられたトップベースプレートと、
   リニアシャフトによりＺ軸方向（上下方向）に移動可能な移動プレートと、
   上端が移動プレートの下面に固定され、下端がメインベースプレートを介して配管の内側まで延びるメインシャフトと、
   メインシャフトの下端に水平方向に取り付けられ、先端で配管内面をなぞり、管内半径方向の変位量を検出する配管内面計測プローブと、
   配管内面計測プローブの軸方向に対して４５°の傾斜面を有し、配管内面計測プローブの水平方向の変位量をＺ軸方向の変位量に変換する傾斜ブロックと、
   メインシャフト内を貫通し、移動プレートの上方まで延び、傾斜ブロックでＺ軸方向に変換された変位量を伝達する変位量伝達ロッドと、
   移動プレートの上面側に配置され、変位量伝達ロッドから変位量を入力し、外部に数値出力する変位量検出出力手段と、
   トップベースプレート上に設けられ、移動プレートをＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動用サーボモータと、
   Ｚ軸駆動用サーボモータの駆動力を移動プレートに伝達するボールねじと、
   移動プレートに設けられ、メインシャフト及び配管内面計測プローブをＣ軸（回転軸）まわりに３６０°回転させるＣ軸駆動用サーボモータを備え、
   配管内部の変形量を数値化及び可視化表示させることを特徴とする配管内部変形検査装置。
2. 変位量検出出力手段がデジマチックインジケータ又はダイヤルゲージであることを特徴とする請求項１に記載の配管内部変形検査装置。
3. 可視化表示が円周方向断面図表示、Ｚ軸方向縦断面図表示及び立体表示の可視化表示を行うことができることを特徴とする請求項１又は２に記載の配管内部変形検査装置。
4. 配管内部計測プローブの先端が３次元的に丸みを帯びた形状となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の配管内部変形検査装置。
5. 配管の立上り部の配管内部の変形量を数値化及び可視化表示させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の配管内部変形検査装置。
6. 燃料供給用配管の配管内部の変形量を数値化及び可視化表示させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の配管内部変形検査装置。