JPS6358135A - 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４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１１．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１０
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の回転率１条方向よりは
ケーシング１０］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ＩＯ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ＩＩＩ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４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ＩＩ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セる。この発光素子１２
からの投射光は投光レンズ１３にて集束され、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にて再築束され、−次元受光素
子１５の受光面番こ結像される。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１６から
ケーブル１１１を介して処理装置７０に送られる。

第５図は」二連の装置による測定の原理を示した模式図
である。

第５図において、両レンズ１３．１４それぞれの中心４
．Ｂ間の距離を６９両レンズ１３．１４それぞれの中心
Ａ、Ｂ間を結ぶ線分ｎがＩＩＩ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１４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２　　（−一次元受
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Ｉ５の受光面は受光
レンズ１４の焦点（焦点距Ｍｌｌｆ）に位置するものと
する。

−次元受光素子１５上における距％ｉｌＩβと受光レン
ズ１４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。

「 線分へＢと線分Ｏとのなす角度は（β−θ）として求め
られる。従って、三角形ＡＢＣは二角、即ら一／　ＣＡ
　Ｒ（−α）と／ＣＢＡ　（−β−θ）及びその挟辺Ａ
１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ｎへ下した垂線百の長さ、即ち測定対象管
Ｐの管軸から内周面までの距離１１（検査対象管Ｐの内
周半径）は下記式にて求められる。

ｔａｎα−ｊａｎ　（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Ｎｈとの和を求めればよい。

上述の原理は、線分静を基線とする二角測量と同原理で
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】０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の回転中心が測定り］家督Ｐの管
軸と正しく一致しでいる場合には、測定結果が真円であ
れば管内面に欠陥（欠…、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Ｊｌ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〕

ところで上述の如き従来の管内面形状測定装置では、測
定対象管内でピグを回転させて管内面全周に亙るデータ
から管径を求める必要があった。

このような手法は測定対象管内面の微細な欠損等を検出
する目的には好適ではあるが、単に管の内径を知りたい
場合、あるいは腐食による肉厚の減少（管内径の拡大）
、逆に沈澱物、付着物等による管内径の減少等を知りた
いような場合には測定に長時間を要して非能率であると
いう問題がある。

また上述の従来装置では、ピグと外部のデータ処理装置
等との間を接続するケーブルが捩れるので、その解消の
ため、たとえばピグが所定回数回転する都度ケーブルの
捩を戻す、あるいはピグを所定回数ずつ両方向へ回転さ
せる等の対策及びケーブル自体の捩による破損に対する
強度面での対応が必要である。更にスリップリング等の
使用も考えられるが、構成が複雑になること、接触不良
が発生する可能性があること等の面から信頼性の低下は
免れない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
測定対象管の内部に挿入されるピグ内に備えられた光学
式距離計の発光手段から発せられた光を測定対象管の径
方向の両側に投射し、この管内面からの反射光を受光手
段にて受光することにより、管内面の直径を一回のａｌ
ｌ定動作にて測定可能に構成し、またピグを測定対象管
内で回転させずとも測定対象管の内径を測定可能な管内
面形状測定装置の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の管内面形状測定装置は、測定対象管の内部に挿
入されるピグ内に備えられた光学式距離計の発光手段か
ら発せられた光を、測定対象管のｉ￥力方向両側に投射
し、この管内面からの反射光を受光手段にて受光する構
成を採っている。

（作用） 本発明の管内面形状測定装置では、ピグの中心を測定対
象管の管軸と一致させて挿入することにより、短時間に
て完了する一回の測定動作により測定対象管の内径が測
定される。

〔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測定装置の第１の実施
例の構成を示す側断面図である。

本発明の管内面形状測定装置の第１の実施例では、端的
には前述の第４図に示した如き従来の装置に組み込まれ
ている光学式距離計の発光手段から発せられた光を反射
鏡により測定対象管Ｐの径方向の両側に投射し、それぞ
れの管内面からの反射光をそれぞれ独立した２系統の受
光手段にて受光する構成を採っている。

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の周側壁の前後
方向はぼ中央で径方向の対向する二位置にガラスあるい
は透明樹脂製の投受光窓１００ａ、　１００ｂ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内の挿入され
ている。

ピグ１０にはそのケーシング＋０１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１１、発光
素子１２．投光レンズ１３が備えられ、ケーシング１０
１の前後方向はぼ中央に位置する投受光窓１００ａ、　
１００ｂに対応する位置に４枚の反射鏡４１〜４４にて
構成された反射鏡ブロック４０が備えられている。これ
らの発光素子１２の発光中央方向、投光レンズＩ３の光
軸及び反射鏡ブロック４０の中心線は共にピグ１０の中
心軸と一致されている。

そして、ピグ１０の反射鏡４０より更に後端部寄りには
受光レンズ１４ａ（又は１４ｂ）　、　　リニアダイオ
ードアレイ等の一次元受光素子１５ａ（又は１５ｂ）　
、出力回路１６ａ（又は１６ｂ）等にてそれぞれ構成さ
れる受光手段としての２組の受光系がピグ１０の中心軸
を対称中心として平行に配列されている。

ところで、反射鏡ブロック４０は側面視で一つの対角線
をピグ１０の中心軸と一致させた菱形に形成されている
。具体的には、側面視での各辺を構成する４面の反射鏡
４１〜４４の内の前側寄りの２面の反射ＧＭ４１．４２
は、ピグ１０の中心軸を対称線として後端部寄りが拡開
された状態とされており、発光素子１２から発光されて
投光レンズ１３にて集束された光を投受光窓１００ａ及
び１００ｈそれぞれを通してビグ１０外部の１＆端部寄
り方向へ投射するようになっている。

また反射鏡ブロック４０の後端寄りの２面の反射鏡４３
．４４は、ピグ１０の中心軸を対称線として前端部寄り
が拡開された状態とされており、反射鏡４１゜４２から
投射されて測定対象管Ｐ内周面にて反射された光を投受
光窓１００ａ及び１００ｂそれぞれを通して受光し、ピ
グ１０の中心軸に沿ってその後端部寄りに位置する受光
レンズ１４ａ、　１４ｂ方向へ投射するようになってい
る。

またピグ１０はそのケーシング１０１の１＆端を支持杆
１１０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ｉＪｌ！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。

次に本発明装置による管内径の測定動作について説明す
る。

まず、本発明装置のピグ１０を支持杆１１０にて支持し
つつ測定対象管Ｐ内へ挿入する。この際、支持杆１１０
の軸心を測定対象管Ｐの管軸と一致させればピグ１０の
中心軸も測定対象管Ｐの管軸と一致する。

さて、本発明装置には、処理装置７０からケーブルＩ１
１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Ｉ３にて集束され、反射鏡ブロック４０の
前端部寄りの２面の反射鏡４１．４２により反射され゛
ζケーシング１０１の投受光窓１ｏｔａ。

１００ｂを通過してケーシング＋０１外の後端部寄り方
向へ投射される。

この投射光は測定対象管Ｐの内周面にて反射され、再度
投受光窓１００ａ、　］００ｂを通過して反射鏡ブロッ
ク４０の＃＆肩端部りの反射鏡４３．４４に入射してケ
ーシング１０１の中心軸に沿う後端部寄り方向へ反射さ
れ、受光レンズｌ　４　ａ　、　１４１１にて再集束さ
れ、−次元受光素子＋５ａ、　１５ｈ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１６ａ、　１６ｈそれぞれからケーブル１
１１を介して処理装置７０に送られる。

そして、上述のよ・）にして得られた両−次元受光素子
１５ａ、　１５ｂそれぞれの測定信号は前述の第５図に
示した原理に従って処理される。この結果を加算すれば
測定対象−ＷＰの内径が１！Ｉられることは自明である
。従って本発明装置では、極く短時間の一回の測定動作
にて、測定対象管Ｐの内径が測定される。

なおピグ１０の中心軸を測定対象管Ｐの管軸に一致させ
ることが困難な場合には、測定対象管Ｐ内に挿入された
ピグｌＯを測定対象管Ｐ内にて管軸と直交する方向、即
ち測定対象管Ｐの半ｊ￥：方向に移動さセつつ連続的に
測定を行えば、その間に測定された最大値が測定文・ｊ
家督Ｐの内径と見做１−得る。

第２図は本発明の第２の実施例の構成を示す側断面図で
ある。

本実施例は、ピグ１０のケーシング１０１内に備えられ
た発光回路１１１発光素子１２．投光レンズ＋３゜反射
鏡ブロック４０及び受光レンズ１４ａ、　１４ｂにより
発光し、その光を測定対象管Ｉ〕内周面の２方向へ投射
し、それぞれの反射光を結像さ・Ｕるまでの構成は」二
連の第１図に示した第１の実施例と同様である。しかし
、両受光レンズ１４ａ、　１４ｂにて結像されて２方向
からの反射光を受光する受光素子は一つの一次元受光素
子１５のみである。

第３図はこの第２の実施例の一次元受光素子１５による
２方向からの反射光の結像位置検出の原理を示す模式図
である。

いま、測定対象管Ｐの内周面が実線にて示す位置にある
場合のこの測定対象管Ｐの内周面の２方向からの反射光
の両受光レンズ１４ａ、　１４ｈによる一次元受光素子
１５」二への結像位置を基準位置として定めてお番ノば
、−次元受光素子１５のたとえば第３図上の下端の受光
素子から順に走査信号が与えられた場合の各時間、即ち
第１の受光素子が走査された時刻をＬＯとし、一方の基
準の受光素子が走査された時刻をＬｌｌ、他方の基準の
受光素子のそれをｔ１２とする。そして、実際の測定対
象管Ｐ内面からの反射光の一次元受光素子１５上の結像
位置は一次元受光素７−１５の各受光素子に順次走査信
号を与えることにより、ピーク位置検出回路７１にてピ
ークレベルが検出され、その基準位置の走査時刻との間
の時間差ｔｌ、　ｔ２が１１．１２検出回路７２にて検
出される。

この２回のハイレヘル信号が得られる時間の両基準位置
からの時間差１１．　ｔ２は実際の測定対象管Ｐの内面
の位置（ピグ１０に対する相対位置）の基準位置とのズ
レΔｈｌ、Δｈ２に比例している。従って、１１．　ｔ
２を検出することにより、これに多め求めである定数を
Δｈ／Ｊ算回ＦＩＰｔ７３にて乗することによりΔｈｌ
、　Δｈ２、即ち測定対象管Ｐの内周面のピグ１０との
相対位置の基準位置との差が検出される。

その伯の具体的な測定の方法等は」二連の第１の実施例
と同様であるので省略する。

〔効果〕

以」二のように本発明装置によれば、測定対象管内に挿
入されたピグを回転さ・口る必要なしに掻く短時間で完
了する一回の測定動作にて測定対象管の内径の測定が実
行されるので、管の内径を）ヌ１１定するためであれば
殆ど測定誤差を生しることはなく、測定の信頼性が向上
し、装置の操作、データ処理、取扱も容易になる。また
、本発明装置では発光手段及び受光手段の光軸を管の軸
心方向とし、反射鏡にて測定対象管の径方向に投射して
いるので、測定対象管内に挿入されるピグを比較的小径
に形成可能である。従って、より小径の管の測定が可能
になる。

【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
明の管内面形状測定装置の第１の実施例の構成を示す側
断面図、第２図は本発明の管内面形状測定装置の第２の
実施例の構成を示す側断面図、第３図その測距の原理を
示す模式図、第４図は従来装置の構成を示す側断面図、
第５図は従来装置及び本発明装置の測定原理を説明する
ための模式図である。 ■）・・・測定対象管　　１０・・・ピグ　１２・・・
発光素子１３・・投光レンズ　　１４・・・受光レンズ
　　Ｉ５・・・−次元受光素子　　４１〜４４・・・反
射鏡なお、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管
   内に挿入して管内面の形状を測定する装置において、 前記光学式距離計の発光手段からの光を管軸を含む同一
   平面上で管軸に対して実質的に対象な２方向へ投射すべ
   くなした第１の反射鏡と、 該第１の反射鏡にて投射された光の管内面の２方向から
   の反射光それぞれを前記受光手段の方向へ反射する第２
   の反射鏡と を備えたことを特徴とする管内面形状測定装置。 ２、２方向からの反射光それぞれを受光すべく受光手段
   が２組備えられている特許請求の範囲第１項記載の管内
   面形状測定装置。 ３、２方向からの反射光を同時に受光可能な１組の受光
   手段が備えられている特許請求の範囲第１項記載の管内
   面形状測定装置。