JPH02176408A - 物体の形状測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、物体各部の外面形状、内面形状、或いは肉厚
を測定するに好適な物体の形状測定装置に関する。

［従来の技術］ 例えば化学プラントに用いられている熱交換器のチュー
ブは、余寿命予測等のため、定期的に管内外面の形状を
検査する必要がある。

従来、上記チューブの測定は、熱交換器からサンプリン
グされたチューブを半割りし、これの肉厚をポイントマ
イクロメータを用いることにて測定している。

［発明が解決しようとする課題］ 然しなから、上記従来のチューブの形状測定装置にあっ
ては、測定者による誤差を伴い、測定工数も多大である
という不都合がある。

尚、チューブの形状を自動測定する方式として、チュー
ブの走行路に定めた測定領域を挟んで相対する２個１組
のレーザセンサを配設し、各レーザセンサにより対応す
るチューブの内外面までの距離を測定し、この測定結果
から当該部位の肉厚を求めるとともに、チューブが１回
走行する毎にレーザ光の投射位置を円周方向に少しづつ
ずらし、この動作を繰り返し行なうことにてチューブの
全周にわたる外面形状、内面形状、或いは肉厚測定を行
なうことも考えられる。

然しながら、上記の如くチューブの走行路を挟んで相対
する２個１組のレーザセンサを用いる場合には、上述の
如く、領域に対するチューブの走行動作を何回も繰り返
さない限り、チューブの周方向及び長手方向の各部の外
面形状、内面形状、或いは肉厚測定を行なうことができ
ない。

本発明は、管、中実棒等の物体の各部の外面形状、内面
形状、或いは肉厚を、自動的且つ能率的に測定すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項１に記載の物体の形状測定装置は、被測定体を測
定領域に対し相対的に移動する送り装置と、上記測定領
域の周囲に配置した光源から、該測定領域に位置する被
測定体の外面に環状投射光を投光する外面投光装置と、
上記外面投光装置か投光した環状投射光の上記被測定体
の外面における反射光像を撮像する外面撮像装置と、上
記送り装置により上記測定領域に送り込まれる被測定体
の該送り方向の各部にて、上記外面撮像装置が撮像した
反射光像により該被測定体各部の外面形状を求めるデー
タ処理装置とを有してなるようにしたものである。

請求項２に記載の物体の形状測定装置は、被測定体を測
定領域に対し相対的に移動する送り装置と、上記測定領
域の周囲に配置した光源から、該測定領域に位置する被
測定体の外面に環状投射光を投光する外面投光装置と、
上記外面投光装置が投光した環状投射光の上記被測定体
の外面における反射光像を撮像する外面撮像装置と、上
記測定領域の中心部に配置した光源から、該測定領域に
位置する上記被測定体の内面に環状投射光を投光する内
面投光装置と、上記内面投光装置が投光した環状投射光
の上記被測定体の内面における反射光像を撮像する内面
撮像装置と、上記送り装置により上記測定領域に送り込
まれる被測定体の該送り方向の各部にて、上記外面撮像
装置が撮像した反射光像により該被測定体各部の外面形
状を求めるとともに、上記内面撮像装置が撮像した反射
光像により該被測定体各部の内面形状を求め、さらにそ
れら外面形状と内面形状に基づいて該被測定体各部の肉
厚を求めるデータ処理装置とを有してなるようにしたも
のである。

［作用］ 請求項１に記載の物体の形状測定装置によれば、送り装
置により測定領域に対し相対的に移動せしめられ、該測
定領域に送り込まれる被測定体は、その送り方向に交差
する方向（例えば周方向）の外面各部に外面投光装置の
環状投射光を投光せしめられ、外面撮像装置はその反射
光像を撮像する。この時、被測定体は送り装置により連
続して送り込まれその外面各部は順次測定領域を通過す
る。従って、被測定体が測定領域を通過終了する際には
、上記外面投光装置が前述の送り方向に交差する方向の
外面各部に投光した環状投射光が、送り方向（例えば長
手方向）の外面各部にも及び、換言すれば全外面の各部
に及ぶことになる。又、この時、外面撮像装置は被測定
体の全外面に形成せしめられた反射光像を撮像終了する
ことになる。これにより、データ処理装置は、上記外面
撮像装置の撮像結果を得て自動的に、且つ被測定体が測
定領域を１度通過するたけ即ち能率的に、被測定体各部
の外面形状を求めることかできる。

請求項２に記載の物体の形状測定装置によれは、上記外
面投光装置及び外面撮像装置の機能に加えて、内面投光
装置及び内面撮像装置が機能する。即ち、送り装置によ
り測定領域に対し相対的に移動せしめられ、該測定領域
に送り込まれる被測定体は、その送り方向に交差する方
向（例えば周方向）の内周面に内面投光装置の環状投射
光を投光せしめられ、内面撮像装置はその反射光像を撮
像する。この時、被測定体は送り装置により連続して送
り込まれその内面各部は順次測定領域を通過する。従っ
て、被測定体か測定領域を通過終了する際には、上記内
面投光装置か前述の送り方向に交差する方向の内周面に
投光した環状投射光か、送り方向（例えば長平方向）の
内面各部にも及び、換言すれば全内面の各部に及ぶこと
になる。又、この時、内面撮像装置は被測定体の全内面
に形成せしめられた反射光像を撮像終了することになる
。これにより、データ処理装置は、上記内面撮像装置の
撮像結果を得て自動的に、且つ被測定体が測定領域を１
度通過するたけ即ち能率的に、被測定体各部の内面形状
を求めることかできる。

又、請求項２に記載の本発明によれば、上述の如くにて
求められる被測定体各部の外面形状のデータ、及び内面
形状のデータを突き合わせることにて、自動的且つ能率
的に、被測定体各部の肉Ｊ５を求めることかできる。

［実施例〕 第１図は本発明が適用された形状測定装置の一例を示す
模式図、第２図は外面投光装置と外面撮像装置とを示す
模式図、第３図は内面投光装置と内面撮像装置とを示す
模式図、第４図は表示装置の入力データ表示状態を示す
模式図、第５図は表示装置の出力データ表示状態を示す
模式図、第６図は本発明か適用された形状測定装置の他
の例を示す模式図である。

第１図の形状測定装置１ｏは、半割りチューブを披１（
１１定体１とするものであり、送り装置１１、外面形状
検出装置１２、内面形状検出装置１３、及びデータ処理
装置１４を有して構成されている。

送り装置１１は、被測定体１を送りローラ１５により、
外面形状検出装置１２と内面形状検出装置１３か設置さ
れている測定領域に送り込む。この時、被測定体１は上
記測定領域の中心軸０に同心をなす如くに送り込まれる
。送り装置１１は、送り制御部１６によりローラ駆動モ
ータ１７を制御することにて送り速度、送り長さを制御
できる。

外面形状検出装置１２は、光切断方式（スボッ１〜光）
により被測定体１の外面形状を検出するものてあり、第
２図に示す如く、外面投光装置１８と、カメラ１９Ａと
カメラ１９Ｂとからなる外面撮像装置１９とを有して構
成されている。

外面投光装置１８は、測定領域の中心軸０の回りに同心
状に配置した複数の光源（半導体レーザ）２０から該中
心軸Ｏに向けて発せられる光スポットを、該測定領域の
上記中心軸Ｏにこれも又同心状に送り込まれる被測定体
１の外面に投光する。この結果、被測定体１の外面には
直線状もしくは略直線状の光スポツト列２１が形成され
る。

外面撮像装置１９のカメラ１９Ａ、１９Ｂは、被測定体
１の管軸に直交する面内に配置され、カメラ１９Ａは被
測定体１の一方の外面の光スポツト列２１を撮像し、カ
メラ１９Ｂは被測定体１の他方の外面の光スポツト列２
１を撮像する。尚、光スポツト列２１は、被測定体１の
外面に凹凸がなければ直線状となるが、被測定体１の外
面に凹凸かあれば該凹凸部分に該凹凸の程度に比例した
歪みを生ずる。従って、カメラ１９Ａ、１９Ｂの出力回
路２２から出力される光スポツト列２１の撮像結果より
被測定体１の外面形状が検出てきる。

内面形状検出装置１３は、光切断方式により被測定体１
の内面形状を検出するものであり、第３図に示す如く、
ピグ２３の内部に内面投光装置２４と、内面撮像装置２
５と、反射体２６とを有して構成されている。

ピグ２３は測定領域の中心軸Ｏと同心状に配置され、こ
の測定領域に送り込まれる被測定体１の内面にこの被測
定体１とも同心をなす如くに位置する。

内面投光装置２４は、ピグ２３の中心軸上に順次配列さ
れている発光回路２７、発光素子２８、及び投光レンズ
２９からなり、反射体２６の反射作用を介することによ
り、測定領域に送り込まれる上記被測定体１の内面に環
状投射光を投光する。

内面撮像装置２５は、ピグ２３の中心軸上に順次配列さ
れている受光レンズ３０、固体撮像素子等の二次元受光
素子３１、及び出力回路３２からなり、上記内面投光装
置！２４が投光した環状投射光の上記被測定体１の内面
における反射光像を、反射体２６の反射作用を介するこ
とにより撮像する。上記反射光像の歪みの有無、程度を
測定することにより被測定体１の内面形状が検出できる
。

データ処理袋ｆｉ１４は、送り装置１１の送り制御部１
６から転送される送りデータ、外面形状検出装置１２の
出力回路２２から転送されるＩｎ像データ、内面形状検
出装置１３の出力回路３２から転送される撮像データを
得ることにより、被測定体１の各部にて、■外面形状検
出装置１２が撮像した光スポツト列２１に基づく外面形
状、■内面形状検出袋ｆｉ１３が撮像した反射光像に基
づく内面形状、及び■上記■、■に基づく肉厚を求める
。

尚、データ処理袋Ｍ１４は、キーボード３３、表示装置
（ＣＲＴ）３４、プリンタ３５、フロッピディスク装置
３６を付帯的に備える。

次に、上記形状測定装置１０の測定要領について説明す
る。

（１）被測定体１を送り装置１１の測定開始位置にセッ
トする。

（２）データ処理装置１４の表示装置３４に第４図の入
力データ表示画面を表示し、キーボード３３にて、今回
測定対象の被測定体１１の寸法データ、最小肉厚及び最
大凹部深さを求める管長手方向間隔等の必要データを入
力する。

（３）被測定体１を測定する。

（４）測定終了後、データ処理を行なう。データ処理結
果は、データ処理装置１４の表示装置３４に第５図例の
如く表示し、必要により、プリンタ３５に印字し、或い
はフロッピディスク装置３６に記録する。データ処理内
容の例としては、最小肉厚、管内面凹部最大深さ、管外
面凹部最大深さ、或いは、ある長さ（管軸方向）間隔毎
の最小肉厚、管内面凹部最大深さ、管外面凹部最大深さ
がある。

次に、上記実施例の作用について説明する。

上記形状測定装置１０によれば、送り装′Ｉｔ１１によ
り測定領域に送り込まれる被測定体１は、その送り込み
方向に交差する方向（周方向）の外面各部に外面投光装
置ｔ１８の光スポットを投光せしめられ、外面撮像装置
１９はその光スポツト列を撮像する。この時、被測定体
１は送り装置１１により連続して送り込まれその外面各
部は）・Ｉｎ次測定領域を通過する。従って、被測定体
１が測定領域を通過終了する際には、上記外面投光装置
１８か前述の送り込み方向に交差する方向の外面各部に
投光した光スポットが、送り込み方向（長手方向）の外
面各部にも及び、換言すれば全外面の各部に及ぶことに
なる。又、この時、外面撮像装置１９は被測定体１の全
外面に形成せしめられた光スポツト列２１を損保終了す
ることになる。これにより、データ処理装置１４は、上
記外面撮像装置１１１９の撮像結果を得て自動的に、且
つ被測定体ｌが測定領域を１度通過するだけ即ち能率的
に、被測定体各部の外面形状を求めることができる。

又、上記形状測定装置１０によれば、上記外面投光装置
１８及び外面撮像装置１９の機能に加えて、内面投光装
置２４及び内面撮像装置２５が機能する。即ち、送り装
置１１により測定領域に送り込まれる被測定体１は、そ
の送り込み方向に交差する方向（周方向）の内周面に内
面投光装置２４の環状投射光を投光せしめられ、内面用
像装置２５はその反射光像を撮像する。この時、被測定
体１は送り装置１１により連続して送り込まれその内面
各部は順次測定領域を通過する。従って、被測定体１が
測定領域を通過終了する際には、上記内面撮像装置２５
が前述の送り込み方向に交差する方向の内周面に投光し
た環状投射光か、送り込み方向（長手方向）の内面各部
にも及び、換言すれば全内面の各部に及ぶことになる。

又、この時、内面撮像装置２５は被測定体１の全内面に
形成せしめられた反射光像を撮像終了することになる。

これにより、データ処理装置１４は、上記内面撮像装置
２５の撮像結果を得て自動的に、且つ被測定体ｌが測定
領域を１度通過するたけ即ち能率的に、被測定体各部の
内面形状を求めることかできる。

又、上記形状測定袋２１０によれば、上述の如くにて求
められる被測定体各部の外面形状のデータ、及び内面形
状のデータを突き合わせることにて、自動的且つ能率的
に、被測定体各部の肉厚を求めることができる。

第６図の形状測定装置４０は、中実丸棒を被測定体１と
するものであり、不図示の送り装置、外面形状検出装置
４１、及び不図示のデータ処理装置を有して構成される
。

外面形状検出装置４１は、前述の形状測定装置１０の外
面形状検出袋Ｔｌ１２と同様に、光切断方式により被測
定体１の外面形状を検出するものであり、外面投光装置
ｔ４２と、外面撮像装置４３とを有して構成されている
。外面投光装置４２は、測定領域の一方側に配置した一
組の光源４４Ａ、投光レンズ４５Ａ、半円状スリット４
６Ａ、他方側に配置した一組の光源４４Ｂ、投光レンズ
４５Ｂ、半円状スリット４６Ｂに挟まれる特定領域の周
辺に配置したＶ字状反射体４７、及び測定領域の周囲に
上記反射体４７と軸方向に１１１隔して配置された集光
レンズ４８にて構成される。即ち、この外面投光装置４
２にあっては、被測定体１における両側部のそれぞれに
おいて、光源４４Ａ、４４Ｂからの光が投光レンズ４５
Ａ、４５Ｂにより平行光束となり、半円状スリット４６
Ａ、４６Ｂを通過する。この結果、半円状の光束が反射
体４７で曲げられ、集光レンズ４８にて被測定体１の中
心軸に向かって集光される。この光は、途中に被測定体
１の外面があるため、この外面の全周に照射される環状
投射光となる。

外面撮像装置４３は、測定領域を挟む一対のカメラ４３
Ａ、４３Ｂにて構成され、上記外面投光装置４２が被測
定体１の外面に投光した環状投射光の上記被測定体１の
外面における反射光像４４を撮像する。この反射光像４
４は、前述の光スポツト列２１と同様に、被測定体１の
外面に凹凸がなければ直線状となるか、被測定体１の外
面に凹凸があれば該凹凸部分に該凹凸の程度に比例した
歪みを生ずる。これにより、カメラ４３Ａ、４３Ｂの出
力回路から出力される反射光像の損保結果より被測定体
１の外面形状が検出できる。

従って、この形状測定装置４０にあっては、被測定体１
を送り装置により上記測定領域に送り込みなから、カメ
ラ４３Ａ、４３Ｂの撮像データをデータ処理装置により
処理することにより、被測定体１の各部の外面形状を求
めることができる。

尚、本発明の実施においては、被測定体１を移動させず
、外面形状検出装置１２、及び内面形状検出装置１３の
側を移動し、上述と同様の測定動作を実行するものであ
っても良い。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、管、中実棒等の物体の各
部の外面形状、内面形状、或いは肉厚を、自動的且つ能
率的に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用された形状測定装置の一例を示す
模式図、第２図は外面投光装置と外面撮像装置とを示す
模式図、第３図は内面投光装置と内面撮像装置とを示す
模式図、第４図は表示装置の入力データ表示状態例を示
す模式図、第５図は表示装置の出力データ表示状態例を
示す模式図、第６図は本発明が適用された形状測定装置
の他の例を示す模式図である。 １０・・・形状測定装置、 １１・・・送り装置、 １２・・・外面形状検出装置、 １３・・・内面形状検出装置、 １４・・・データ処理装置、 １８・・・外面投光装置、 １９・・・外面撮像装置、 ２１・・・光スポツト列 ２４・・・内面投光装置、 ２５・・・内面撮像装置、 ４０・・・形状測定装置、 ４１・・・外面形状検出装置、 ４２・・・外面投光装置、 ４３・・・外面撮像装置、 ４４・・・反射光像。 （反射光像）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定体を測定領域に対し相対的に移動する送り
   装置と、上記測定領域の周囲に配置した光源から、該測
   定領域に位置する被測定体の外面に環状投射光を投光す
   る外面投光装置と、上記外面投光装置が投光した環状投
   射光の上記被測定体の外面における反射光像を撮像する
   外面撮像装置と、上記送り装置により上記測定領域に送
   り込まれる被測定体の該送り方向の各部にて、上記外面
   撮像装置が撮像した反射光像により該被測定体各部の外
   面形状を求めるデータ処理装置とを有してなる物体の形
   状測定装置。
2. （２）被測定体を測定領域に対し相対的に移動する送り
   装置と、上記測定領域の周囲に配置した光源から、該測
   定領域に位置する被測定体の外面に環状投射光を投光す
   る外面投光装置と、上記外面投光装置が投光した環状投
   射光の上記被測定体の外面における反射光像を撮像する
   外面撮像装置と、上記測定領域の中心部に配置した光源
   から、該測定領域に位置する上記被測定体の内面に環状
   投射光を投光する内面投光装置と、上記内面投光装置が
   投光した環状投射光の上記被測定体の内面における反射
   光像を撮像する内面撮像装置と、上記送り装置により上
   記測定領域に送り込まれる被測定体の該送り方向の各部
   にて、上記外面撮像装置が撮像した反射光像により該被
   測定体各部の外面形状を求めるとともに、上記内面撮像
   装置が撮像した反射光像により該被測定体各部の内面形
   状を求め、さらにそれら外面形状と内面形状に基づいて
   該被測定体各部の肉厚を求めるデータ処理装置とを有し
   てなる物体の形状測定装置。