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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-190830(P2019-190830A)
(43)【公開日】2019年10月31日
(54)【発明の名称】外径計測装置
(51)【国際特許分類】
   G01B 11/08 20060101AFI20191004BHJP
   G01N 17/00 20060101ALN20191004BHJP
【FI】
   G01B11/08 Z
   G01N17/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2018-79545(P2018-79545)
(22)【出願日】2018年4月18日
(71)【出願人】
【識別番号】000211307
【氏名又は名称】中国電力株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】一色国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】片岡 敏明
(72)【発明者】
【氏名】吉光 昭典
(72)【発明者】
【氏名】森下 啓司
(72)【発明者】
【氏名】船越 健太
【テーマコード(参考)】
2F065
2G050
【Fターム(参考)】
2F065AA22
2F065AA26
2F065BB08
2F065DD03
2F065DD06
2F065FF02
2F065FF04
2F065GG04
2F065HH05
2F065JJ02
2F065JJ05
2F065JJ25
2F065LL12
2F065MM03
2F065PP12
2F065SS13
2F065SS15
2G050AA01
2G050BA06
2G050BA10
2G050BA11
2G050EB07
(57)【要約】      (修正有)
【課題】円筒形を呈する配管の外径を計測する外径計測装置を提供する。
【解決手段】配管を挟むように対向して設けられる一対の保持体を有する保持部材と、一方の保持体に固定され、他方の保持体に向けて、配管によって一部が遮られるような第1レーザ光を照射する第1発光部と、配管を挟んで第1発光部と対向するように他方の保持体に固定され、配管の外側を通過する第1レーザ光を受光する第1受光部と、第1発光部と所定の取り付け間隔を隔てて、配管の第1レーザ光を遮る側とは径方向反対側の部分によって一部が遮られるような第2レーザ光を照射する第2発光部と、第1受光部と同様に固定され、配管の外側を通過する第2レーザ光を受光する第2受光部と、保持部材に設けられ、第1受光部で受光する第1レーザ光と、第2受光部で受光する第2レーザ光と、第1発光部と第2発光部との取り付け間隔とに基づいて、配管の外径を算出する外径算出部と、を備える。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
円筒形を呈する配管の外径を計測する外径計測装置であって、
前記配管を挟むように対向して設けられる一対の保持体を有する保持部材と、
一方の前記保持体に固定され、他方の前記保持体に向けて、前記配管によって一部が遮られるような第1レーザ光を照射する第1発光部と、
前記配管を挟んで前記第1発光部と対向するように他方の前記保持体に固定され、前記配管の外側を通過する前記第1レーザ光を受光する第1受光部と、
前記第1発光部と所定の取り付け間隔を隔てて一方の前記保持体に固定され、他方の前記保持体に向けて、前記配管の前記第1レーザ光を遮る側とは径方向反対側の部分によって一部が遮られるような第2レーザ光を照射する第2発光部と、
前記配管を挟んで前記第2発光部と対向するように他方の前記保持体に固定され、前記配管の外側を通過する前記第2レーザ光を受光する第2受光部と、
前記保持部材に設けられ、前記第1受光部で受光する前記第1レーザ光と、前記第2受光部で受光する前記第2レーザ光と、前記第1発光部と前記第2発光部との前記取り付け間隔と、に基づいて、前記配管の外径を算出する外径算出部と、
を備えることを特徴とする外径計測装置。
【請求項2】
前記第1発光部は、前記配管の軸方向に前記第1レーザ光を照射するように配置され、
前記第2発光部は、前記配管の軸方向に前記第2レーザ光を照射するように配置され、
前記第1発光部が照射する前記第1レーザ光を前記配管の直径の方向に向かって反射し、前記第2発光部が照射する前記第2レーザ光を前記配管の直径の方向に向かって反射する、前記一方の保持体に固定される第1ミラーと、
前記第1ミラーで反射された前記第1レーザ光を前記配管の軸方向に向かって前記第1受光部が受光可能に反射し、前記第1ミラーで反射された前記第2レーザ光を前記配管の軸方向に向かって前記第2受光部が受光可能に反射する、前記他方の保持体に固定される第2ミラーと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の外形計測装置。
【請求項3】
前記第1発光部は、前記配管の軸方向に前記第1レーザ光を照射するように配置され、
前記第2発光部は、前記配管の軸方向に前記第2レーザ光を照射するように配置され、
前記第1発光部が照射する前記第1レーザ光を、前記配管の直径の方向に向かって反射する、前記一方の保持体に固定される第3ミラーと、
前記第3ミラーで反射された前記第1レーザ光を、前記第1受光部が受光可能に前記配管の軸方向に向かって反射する、前記他方の保持体に固定される第4ミラーと、
前記第2発光部が照射する前記第2レーザ光を、前記配管の直径の方向に向かって反射する、前記第3ミラーと所定の隙間を隔てて前記一方の保持体に固定される第5ミラーと、
前記第5ミラーで反射された前記第2レーザ光を、前記第2受光部が受光可能に前記配管の軸方向に向かって反射する、前記第4ミラーと所定の隙間を隔てて前記他方の保持体に固定される第6ミラーと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の外形計測装置。
【請求項4】
前記保持部材は、人が把持する把持体を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の外径計測装置。
【請求項5】
前記保持部材は、前記配管が前記一対の保持体の間に収容されている状態において、前記配管の周面に接触する案内部を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の外径計測装置。
【請求項6】
前記案内部は、前記配管の周面上を回転する複数の案内ローラを有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の外径計測装置。
【請求項7】
前記外形算出部は、算出された前記配管の外径を表示する表示部を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の外径計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、外径計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、火力発電所における過熱器や再熱器は、耐熱鋼(例えば低合金鋼)を成分とするボイラチューブで構成されている。そして、ボイラチューブが設計基準を超えた高温状態で使用され続けると、クリープ損傷の進行に伴って、ボイラチューブの外周面が膨出し、或いはボイラチューブの肉厚が減肉することにより変形して劣化を生じる虞がある。そこで、ボイラチューブの劣化に起因する事故を未然に防止するために、ボイラチューブの劣化状態を定期的に点検し、上記の膨出や減肉等の傾向管理を行っている。例えば、ボイラチューブの点検を行う場合、発電用ボイラの内部に足場を設置し、作業者は、足場を伝わりながら、ボイラチューブの外周面の劣化状態を目視で点検し、更に、ボイラチューブの外径のうち任意の位置の外径(代表点)のみをノギスやゲージを用いて計測し、これらの結果を基にボイラチューブの膨出や減肉等の傾向管理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2013−122411号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、ボイラチューブの外径を計測する場合、作業者が手作業で計測を行うため、ボイラチューブ1本あたりの作業時間が長くなることに伴って、発電用ボイラの缶右及び缶左の間に並設されている全てのボイラチューブの外径を計測することが困難になり、正確な傾向管理を行えなくなる虞があった。
【0005】
そこで、本発明は、比較的短時間でボイラチューブの外径を正確に計測する外径計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前述した課題を解決する主たる本発明は、円筒形を呈する配管の外径を計測する外径計測装置であって、前記配管を挟むように対向して設けられる一対の保持体を有する保持部材と、一方の前記保持体に固定され、他方の前記保持体に向けて、前記配管によって一部が遮られるような第1レーザ光を照射する第1発光部と、前記配管を挟んで前記第1発光部と対向するように他方の前記保持体に固定され、前記配管の外側を通過する前記第1レーザ光を受光する第1受光部と、前記第1発光部と所定の取り付け間隔を隔てて一方の前記保持体に固定され、他方の前記保持体に向けて、前記配管の前記第1レーザ光を遮る側とは径方向反対側の部分によって一部が遮られるような第2レーザ光を照射する第2発光部と、前記配管を挟んで前記第2発光部と対向するように他方の前記保持体に固定され、前記配管の外側を通過する前記第2レーザ光を受光する第2受光部と、前記保持部材に設けられ、前記第1受光部で受光する前記第1レーザ光と、前記第2受光部で受光する前記第2レーザ光と、前記第1発光部と前記第2発光部との前記取り付け間隔と、に基づいて、前記配管の外径を算出する外径算出部と、を備える。
【0007】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、短時間で配管の外径を正確に計測する外径計測装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】第1実施形態に係る外径計測装置が用いられる火力発電所の全体構成を示す図である。
図2】第1実施形態に係る外径計測装置の一例を示す斜視図である。
図3】第1実施形態に係る外径計測装置を−X方向側から見た一例を示す平面図である。
図4】第1実施形態に係る外径計測装置を+Z方向側から見た一例を示す平面図である。
図5】第1実施形態に係る外径計測装置を+Y方向側から見た一例を示す平面図である。
図6】第1実施形態に係る外径計測装置のレーザ光の経路を示す概略斜視図である。
図7】第1実施形態に係る外径計測装置のレーザ光の経路を示す概略平面図である。
図8】第1実施形態に係る外径計測装置の算出装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
図9】第1実施形態に係る外径計測装置の算出装置のソフトウェア構成の一例を示す図である。
図10】第1実施形態に係る外径計測装置の算出装置における算出根拠を示す概略図である。
図11】第1実施形態に係る外径計測装置の算出処理を示すフロー図である。
図12】他の実施形態に係る外径計測装置の一例を示す斜視図である。
図13】他の実施形態に係る外径計測装置のレーザ光の経路を示す概略平面図である。
図14】他の実施形態に係る外径計測装置の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【0011】
===火力発電所の全体構成===
図1は、第1実施形態に係る外径計測装置が用いられる火力発電所の全体構成を示す図である。なお、図1に示す火力発電所の全体構成は、外径計測装置の説明を容易に理解するための一例であり、図1の火力発電所とは異なる構成の火力発電所内のボイラチューブ13に対して、外径計測装置を適用することも可能である。
【0012】
火力発電所1は、図1に示すように、ボイラ2、蒸気発生器3、水冷壁4、蒸気弁5、高圧タービン6、中圧タービン7、低圧タービン8、再熱器9、復水器10、給水ポンプ11、発電機12を含んで構成されている。
【0013】
ボイラ2は、外部から供給される燃料(例えば微粉炭)と空気を混合して燃焼ガスを生成し、燃焼ガスの熱を用いて水を水蒸気に換える熱交換装置である。ボイラ2には、蒸気発生器3、水冷壁4、再熱器9が収容されている。蒸気発生器3は、復水器10から供給される水を予熱する節炭器(不図示)と、水冷壁4から供給される飽和蒸気を更に加熱して過熱蒸気にする過熱器(不図示)と、を含んで構成されている。水冷壁4は、ボイラ2のハウジングを形成し、余熱された水を飽和蒸気にして過熱器に供給する。蒸気弁5は、蒸気発生器3で生成される過熱蒸気の流量を制御する調整弁である。
【0014】
高圧タービン6、中圧タービン7、低圧タービン8の回転軸は同一であって、発電機12の回転軸と結合されている。高圧タービン6には、蒸気発生器3で生成される過熱蒸気(第1蒸気)が蒸気弁5を介して供給される。高圧タービン6は、第1蒸気を膨張させ、膨張後の蒸気(第2蒸気)をボイラ2内の再熱器9に供給する。再熱器9は、第2蒸気を再熱し、再熱蒸気(第3蒸気)として中圧タービン7に供給する。中圧タービン7は、第3蒸気を膨張させ、膨張後の蒸気(第4蒸気)を低圧タービン8に供給する。低圧タービン8は、第4蒸気を膨張させる。
【0015】
復水器10は、低圧タービン8が第4蒸気を膨張させた後の排気を凝縮して復水に換える。給水ポンプ11は、復水器10で生成される復水を昇圧して給水としてボイラ2内の蒸気発生器3に戻している。そして、発電機12は、電力が発電されるように、第4蒸気が膨張した際に発生する動力で駆動される。
【0016】
上記の蒸気発生器3や再熱器9は、蒸気を循環させるボイラチューブ13(配管)を含んで構成され、例えば100本程度のボイラチューブ13がボイラ2を形成するハウジングの缶右および缶左の間に実質的に等間隔で配列されている装置である。このボイラチューブ13が熱疲労などで劣化すると、ボイラチューブ13の一部が膨らむか又は減肉する。外径計測装置100,200,300は、ボイラチューブ13の外径を計測することにより、その劣化状態を把握するための装置である。
【0017】
===第1実施形態に係る外径計測装置100の構成===
図1図10を参照しつつ、外径計測装置100の構成について説明する。なお、図2図7においては、複数のボイラチューブ13の整列方向に沿う方向をX軸(X方向)として示し、複数のボイラチューブ13夫々の軸方向に沿う方向をY軸(Y方向)として示し、X軸及びY軸で形成されるXY平面に直交する方向をZ軸(Z方向)として示している。また、X軸及びZ軸で形成されるXZ平面に沿う方向を直径方向として説明することもある。また、外径計測装置100で計測されるボイラチューブ13は、円筒形状を呈し、耐熱鋼として低合金綱を用いて形成されているものとする。
【0018】
外径計測装置100は、ボイラチューブ13を所定の領域に収容することで、ボイラチューブ13の外径を計測する装置である。
【0019】
図2は、第1実施形態に係る外径計測装置100の一例を示す斜視図である。外径計測装置100は、図2に示すように、保持部材110と、第1発光部120と、第1受光部130と、第2発光部140と、第2受光部150と、第1ミラー160と、第2ミラー170と、外径算出装置180と、を含んで構成されている。
【0020】
保持部材110は、第1発光部120、第1受光部130、第2発光部140および第2受光部150を固定するとともに、操作者がボイラチューブ13に外径計測装置100を押し当てやすい外形を形成している部材である。保持部材110は、図2に示すように、例えば、ボイラチューブ13を収容する領域を形成するように対向して設けられる一対の保持体112と、操作者が把持する把持体113と、ボイラチューブ13が押し当てられる案内部114と、を有する。また、案内部114は、ボイラチューブ13の周面上を回転する際にボイラチューブ13の周面に沿って接する案内ローラ114aを有する。
【0021】
以下、保持部材110についてより具体的に説明する。図3は、外径計測装置100を−X方向側から見た一例を示す平面図である。図4は、外径計測装置100を+Z方向側から見た一例を示す平面図である。図2図4に示すように、把持体113は、操作者がグリップ可能な形状であればよく、板形状を呈する中壁111の中央部から、+Z方向に延設される。図2に示すように、中壁111における把持体113が接続される面とは反対側の面から、一対の保持体112が−Z方向に延設される。一方の保持体112aは、中壁111の一方の周縁部から中壁111に対して−Z方向に延設される。他方の保持体112bは、中壁111の一方の周縁部とは反対側の他方の周縁部から中壁111に対して−Z方向に延設される。これにより、一方の保持体112aと他方の保持体112bとの間に、ボイラチューブ13を収容する領域が形成される。なお、一対の保持体112におけるX方向の厚みは、第1発光部120、第2発光部140、第1受光部130および第2受光部150が収容できる厚みであればよい。
【0022】
図5は、外径計測装置100を+Y方向側から見た一例を示す平面図である。案内部114は、外径計測装置100がボイラチューブ13に押し当てられた状態において、外径計測装置100をボイラチューブ13の軸方向に沿ってスムーズにスライドさせるための部材である。案内部114は、中壁111の−Z方向側の面に設けられている。また、案内部114は、少なくとも、中壁111の+Y方向側の端部と、中壁111の−Y方向側の端部と、にそれぞれ1体ずつ設けられている。これにより、ボイラチューブ13がY軸に沿って安定的に保持され、外径を算出する際に角度誤差を抑制できるため、正確に外径を計測できる。なお、上記に限定されず、案内部114は、中壁111の+Y方向側の端部から−Y方向側の端部にかけて連続的に設けられていてもよい。
【0023】
ここで、案内部114を構成する案内ローラ114aについて説明する。案内ローラ114aは、ボイラチューブ13の周面上を回転しながら、ボイラチューブ13の周面に装着された状態の外形計測装置100をボイラチューブ13の軸方向に沿って案内する部材である。案内ローラ114aは、ボイラチューブ13の軸方向に沿ってボイラチューブ13の+Z側の周面に接触する。また、案内ローラ114aは、ボイラチューブ13の周面に対向する面がボイラチューブ13の周面に沿う曲面の形状を呈している。これにより、外径計測装置100をボイラチューブ13の軸方向にスムーズにスライドさせることができるため、作業効率の向上が図れる。
【0024】
なお、案内部114は、案内ローラ114aを備える構成に限定されない。一例を述べると、図12に示すように、ボイラチューブ13の一方の周面に押し当たるような一対の凸部214aを有する部材であってもよい。
【0025】
次に、図2図6を参照しつつ、第1発光部120、第1受光部130、第2発光部140および第2受光部150について説明する。
【0026】
第1発光部120は、ボイラチューブ13の+X方向側の周面に隣接するように一方の保持体112aに固定されている。第1発光部120は、第1レーザ光をボイラチューブ13の軸方向(+Y方向)に向かって照射する。第1ミラー160は、第1発光部120より+Y方向側において保持体112aに固定されている。第1ミラー160は、第1レーザ光の光軸に対して45度傾斜した状態で配置されており、これにより、第1ミラー160は、第1レーザ光を直径方向(−X方向)に向けて反射する。
【0027】
第1ミラー160で直径方向に反射された第1レーザ光は、ボイラチューブ13における+Z方向側の領域で、その一部が遮られ、その領域の外側を通過した第1レーザ光は、第2ミラー170に到達する。ここで第2ミラー170は、第1レーザ光の光軸に対して45度傾斜している。このため、第1レーザ光は、軸方向(−Y方向)に向けて反射され、第1発光部120と対向するように他方の保持体112bに固定された第1受光部130により受光される。
【0028】
第2発光部140は、ボイラチューブ13の+X方向側の周面に隣接するように一方の保持体112aに固定されている。また、第2発光部140は、例えば、第1発光部120と隙間を隔てて所定の取付間隔Wで設けられている。取付間隔Wとは、例えば、第1発光部120が照射する第1レーザ光の−Z方向の端から第2発光部140が照射する第2レーザ光の+Z方向の端までの距離である。第2発光部140は、第2レーザ光を軸方向(+Y方向)に向かって照射する。第1ミラー160は、第1レーザ光と同様に、軸方向に向かう第2レーザ光を直径方向(−X方向)に反射する。
【0029】
第1ミラー160で直径方向に反射された第2レーザ光は、ボイラチューブ13における−Z方向側の領域で、その一部が遮られる。ボイラチューブ13における−Z方向側の領域の外側を通過した第2レーザ光は、第2ミラー170により軸方向(−Y方向)に向かって反射される。ボイラチューブ13を挟んで第2発光部140と対向するように他方の保持体112bに固定されている第2受光部150は、第2ミラー170で軸方向に向かって反射された第2レーザ光を受光する。
【0030】
なお、第1発光部120と第2発光部との取付間隔Wがボイラチューブ13の直径よりも狭く、第1レーザ光の+Z方向側端辺と第2レーザ光の−Z方向側端辺との距離がボイラチューブ13の直径よりも広くなるように、第1発光部120および第2発光部が配置されており、これにより、上記のように、第1レーザ光及び第2レーザ光のそれぞれの一部がボイラチューブ13によって遮られた状態になるように、外径計測装置100をボイラチューブ13に対して設置できるようになっている。
【0031】
なお、第1発光部120は、上述した第1レーザ光を照射するものであればよく、第2発光部140は、上述した第2レーザ光を照射するものであればよく、その仕様が限定されるものではない。
【0032】
また、上述したように、ボイラチューブ13の外径を超えるレーザ光を1台の発光部で照射するように構成するよりも、1台の発光部よりも小さい、第1発光部120と第2発光部140を所定の取付間隔Wを隔てて設ける方が、外径計測装置100を小型化できる。また、第1発光部120および第1受光部130からなる送受信装置と、第2発光部140および第2受光部150からなる送受信装置と、は同じ装置であってもよいし、異なる装置であってもよい。例えば、図2に示すように、第1発光部120および第1受光部130が、第2発光部130および第2受光部140よりも小さい装置であってもよい。
【0033】
また、第1発光部120と第2発光部140とが一方の保持体112aに固定され、それぞれと対向するように第1受光部130と第2受光部150とが他方の保持体112bに固定されているとして説明したが、これに限定されない。第1発光部120と第2受光部150とが一方の保持体112aに固定され、第2発光部140と第1受光部130とが他方の保持体112bに固定されていてもよい。
【0034】
また、上述したように、第1ミラー160および第2ミラー170を設けることで、図2に示すように、照射する部分が縦長の直方体の端面に設けられている場合であっても、+Y方向に向けて発光させるように第1発光部120および第2発光部140を配置できるため、外径計測装置100のX方向の幅を縮小することができる。これにより、隣り合うボイラチューブ13の間隔が狭くても外径計測装置100を適用することができる。
【0035】
次に、受光部で受光したレーザ光に基づいてボイラチューブ13の外径を算出する外径算出装置180について説明する。
【0036】
外径算出装置180は、第1受光部130で受光する第1レーザ光の第1受光情報と、第2受光部150で受光する第2レーザ光の第2受光情報と、第1発光部120と第2発光部140との取付間隔Wと、に基づいて、ボイラチューブ13の外径を算出する装置である。外径算出装置180は、例えば、保持部材110に設けられる。より望ましくは、表示装置185が把持体113に隣接するように設けられる。これにより、操作者が外径計測装置100をボイラチューブ13に押し当てた状態において、表示装置185に表示される外径を示す数値を確認できる。以下、外径算出装置180のハードウェア構成とソフトウェア構成について説明する。
【0037】
図8は、外径算出装置180のハードウェア構成の一例を示す図である。図8に示すように、外径算出装置180のハードウェア構成は、プロセッサ181と、メモリ182と、記憶装置183と、入力装置184と、表示装置185と、を含んで構成されている。プロセッサ181は、例えば、MPU、CPUなどである。メモリ182は、例えば、RAM、ROM、NVRAMなどである。記憶装置183は、例えば、RAM、ROM、NVRAMなどであり、プロセッサ181が処理するために必要な各種情報が格納されている。例えば、記憶装置183には、第1発光部120と第2発光部140との取付間隔Wに関する情報が格納されている。入力装置184は、ユーザから操作入力を受け付けるユーザインタフェースであり、例えば、操作入力装置(キーボード、マウス、タッチパネル等)、音声入力装置(マイクロフォン等)などである。表示装置185は、各種情報をユーザに提供するユーザインタフェースであり、例えば、図3に示すような表示器(液晶モニタ等)、音声出力装置(スピーカ等)などである。
【0038】
図9は、外径算出装置180のソフトウェア構成の一例を示す図である。外径算出装置180のソフトウェア構成は、取得部180aと、算出部180bと、の機能で構成されている。これらの機能は、例えば、外径算出装置180のプロセッサ181がメモリ182に格納されているプログラムを読み出して実行することで実現される。なお、これらの機能は、例えば、ASICなどのハードウェアにより実現されてもよい。また、該プロセッサ181が外部記憶媒体に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現されてもよい。
【0039】
図10は、外径計測装置100の算出装置における算出根拠を示す概略図である。図10を参照しつつ、取得部180aおよび算出部180bの機能について説明する。
【0040】
取得部180aは、第1受光部130から第1受光情報を取得し、第2受光部150から第2受光情報を取得する機能である。取得部180aは、取得した各種情報を算出部180bに送信する。
【0041】
算出部180bは、第1受光情報、第2受光情報および取付間隔Wに基づいてボイラチューブ13の外径を算出する機能である。なお、算出部180bは、外径計測装置100がボイラチューブ13の軸方向に沿って移動しているときにボイラチューブ13の外径を連続的に算出してもよいし、外径計測装置100を停止させたときにボイラチューブ13の外径を算出してもよい。
【0042】
図10に示すように、第1発光部120で発光された第1幅L1を有する第1レーザ光は、その一部がボイラチューブ13の一方の領域で遮断され、一方の領域の外側を通過する第3幅L3を有する第1レーザ光を、第1受光部130で受光する。また、第2発光部140で発光された第2幅L2を有する第2レーザ光は、その一部がボイラチューブ13の他方の領域で遮断され、他方の領域の外側を通過する第4幅L4を有する第2レーザ光を、第2受光部150で受光する。算出部180bでは、第3幅L3を有する第1レーザ光の情報を第1受光情報として、第4幅L4を有する第2レーザ光の情報を第2受光情報として受信する。
【0043】
算出部180bは、第1受光部130から受信する第1受光情報に基づいて、図10に示す第1遮断幅S1を算出する。また、算出部180bは、第2受光部150から受信する第2受光情報に基づいて、図10に示す第2遮断幅S2を算出する。
【0044】
ここで、第1遮断幅S1および第2遮断幅S2の算出手法について説明する。第1遮断幅S1は、例えば、第1受光部130で受光する第1レーザ光から得られる電圧に基づいて、第1レーザ光がボイラチューブ13によって遮られた時間を算出することにより、算出される。同様に、第2遮断幅S2は、例えば、第2受光部150で受光する第2レーザ光から得られる電圧に基づいて、第2レーザ光がボイラチューブ13によって遮られた時間を算出することにより、算出される。他には、第1発光部120および第2発光部140で照射する第1レーザ光および第2レーザ光がボイラチューブ13で遮られた部分の長さを直接CCDラインセンサで算出してもよい。
【0045】
算出部180bは、例えば、第1遮断幅S1(長さの情報)、第2遮断幅S2(長さの情報)および取付間隔Wの和を、ボイラチューブ13の外径として算出する。これにより、ボイラチューブ13がクリープ損傷に伴って膨出や減肉を生じると、ボイラチューブ13の外径が変化するため、その変化を正確に把握することができる。
【0046】
===外径計測装置100の算出処理===
図11は、外径計測装置100の算出手順を示すフロー図である。図11を参照しつつ、外径計測装置100の算出処理について説明する。
【0047】
まず、作業者は、外径計測装置100を計測対象のボイラチューブ13に装着する。
【0048】
次に、作業者は、ボイラチューブ13の外径の計測を開始するための指示信号を入力装置184に入力する。更に、作業者は、把持体113を握って、案内ローラ114aをボイラチューブ13の周面に押し当てながら、ボイラチューブ13の軸方向に沿って移動させる。指示信号が入力装置184に入力されると、第1発光部120および第2発光部140は、第1レーザ光および第2レーザ光の発光を開始する(S10)。
【0049】
次に、第1受光部130および第2受光部150は、第1ミラー160および第2ミラー170で反射した第1レーザ光および第2レーザ光を受光する。外径算出装置180は、第1受光部130から第1受光情報を受信し、第2受光部150から第2受光情報を受信する(S11)。
【0050】
次に、外径算出装置180は、図10に示すように、第1受光情報に基づいて第1遮断幅S1(L1−L3)を算出し、第2受光情報に基づいて第2遮断幅S2(L2−L4)を算出する。外径算出装置180は、第1遮断幅S1、第2遮断幅S2および記憶装置183に予め格納されている取付間隔Wに基づいて、ボイラチューブ13の外径を式(1)のとおり算出する(S12)。
[数1]
外径=(L1−L3)+(L2−L4)+W ・・・・・・ (1)
【0051】
そして、外径算出装置180は、表示器にボイラチューブ13の外径を表示する(S13)。作業者は、表示器に表示された数値を確認して、ボイラチューブ13が劣化しているか否かを判定する。
【0052】
===第2実施形態に係る外径計測装置200の構成===
図12は、第2実施形態に係る外径計測装置200の一例を示す斜視図である。図13は、第2実施形態に係る外径計測装置200のレーザ光の経路を示す概略図である。図12図13を参照しつつ、第2実施形態に係る外径計測装置200について説明する。ただし、第2実施形態に係る外径計測装置200は、第1実施形態に係る外径計測装置100における第1ミラー160および第2ミラー170を省略したものである。それに伴って、外径計測装置200は、外径計測装置100における第1発光部120および第2発光部が照射する箇所と、第1受光部130および第2受光部150が受光する箇所が異なる。以下においては、第1実施形態に係る外径計測装置100と異なる構成要素のみについて説明することとする。なお、案内部214には、案内ローラ114a(図2参照)が用いられていないが、案内ローラ114a(図2参照)を有していてもよい。
【0053】
図12に示すように、第1発光部220は、一方の保持体212aに固定されている。図13に示すように、第1発光部220は、−X方向に向かって第1レーザ光を照射する。第1受光部230は、第1発光部220とX軸に沿って対向するように他の保持部に固定されている。これにより、第1ミラー160および第2ミラー170を省略することができるため、外径計測装置200の製作コストの低減が図れる。
【0054】
===第3実施形態に係る外径計測装置300の構成===
図14は、第3実施形態に係る外径計測装置300の一例を示す斜視図である。図14を参照しつつ、第3実施形態に係る外径計測装置300について説明する。以下においては、第1実施形態に係る外径計測装置100と異なる構成要素のみについて説明することとする。
【0055】
第3実施形態に係る外径計測装置300は、図14に示すように、一方の保持体312aには、+Y方向に発光した第1レーザ光を−X方向に反射する第3ミラー360aと、第3ミラー360aと第1発光部320および第2発光部340の取付間隔Wを隔てて設けられ、+Y方向に発光した第2レーザ光を−X方向に反射する第5ミラー360cと、がそれぞれ設けられている。他方の保持体312bには、第1受光部330が第1レーザ光を受光できるように、−X方向に直進する第1レーザ光を−Y方向に反射する第4ミラー360bと、第2受光部350が第2レーザ光を受光できるように、第4ミラー360bと少なくとも第1発光部320および第2発光部340の取付間隔Wを隔てて設けられる、−X方向に直進する第2レーザ光を−Y方向に反射する第6ミラー360dと、がそれぞれ設けられていてもよい。これにより、ミラーを小型化できるため、外径計測装置300の製作コストの縮減が図れる。
【0056】
===まとめ===
以上説明したように、本実施形態に係る外径計測装置100は、円筒形を呈するボイラチューブ13の外径を計測する外径計測装置であって、ボイラチューブ13を挟むように対向して設けられる一対の保持体112を有する保持部材110と、一方の保持体112aに固定され、他方の前記保持体に向けて、ボイラチューブ13によって一部が遮られるような第1レーザ光を照射する第1発光部120と、ボイラチューブ13を挟んで第1発光部120と対向するように他方の保持体112bに固定され、ボイラチューブ13の外側(+Z方向側)を通過する第1レーザ光を受光する第1受光部130と、第1発光部120と取付間隔Wを隔てて一方の保持体112aに固定され、他方の保持体112bに向けて、ボイラチューブ13の第1レーザ光を遮る側とは径方向反対側の部分によって一部が遮られるような第2レーザ光を照射する第2発光部140と、ボイラチューブ13を挟んで第2発光部140と対向するように他方の保持体112bに固定され、ボイラチューブ13の外側(−Z方向側)を通過する第2レーザ光を受光する第2受光部150と、保持部材110に設けられ、第1受光部130で受光する第1レーザ光と、第2受光部150で受光する第2レーザ光と、取付間隔Wと、に基づいて、ボイラチューブ13の外径を算出する外径算出装置180(外径算出部)と、を備える。本実施形態によれば、短時間でボイラチューブ13の外径を正確に計測する外径計測装置100,200,300を提供することが可能になる。
【0057】
また、本実施形態に係る外径計測装置100における、第1発光部120は、ボイラチューブ13の軸方向に第1レーザ光を照射するように配置され、第2発光部140は、ボイラチューブ13の軸方向に第2レーザ光を照射するように配置され、第1発光部120が照射する第1レーザ光をボイラチューブ13の直径の方向(−X方向)に向かって反射し、第2発光部140が照射する第2レーザ光をボイラチューブ13の直径の方向(−X方向)に向かって反射する、一方の保持体112aに固定される第1ミラー160と、第1ミラー160で反射された第1レーザ光をボイラチューブ13の軸方向に向かって第1受光部130が受光可能に反射し、第1ミラー160で反射された第2レーザ光をボイラチューブ13の軸方向に向かって第2受光部150が受光可能に反射する、他方の保持体112bに固定される第2ミラー170と、をさらに備える。本実施形態によれば、照射する部分が縦長の直方体の端面に設けられているレーザ装置を用いる場合、+Y方向に向けて発光させるように第1発光部120および第2発光部140を配置できるため、外径計測装置100のX方向の幅を縮小できる。
【0058】
また、本実施形態に係る外径計測装置300における、第1発光部320は、ボイラチューブ13の軸方向に第1レーザ光を照射するように配置され、第2発光部340は、ボイラチューブ13の軸方向に第2レーザ光を照射するように配置され、第1発光部320が照射する第1レーザ光を、ボイラチューブ13の直径の方向(−X方向)に向かって反射する、一方の保持体312aに固定される第3ミラー360aと、第3ミラー360aで反射された第1レーザ光を、第1受光部330が受光可能にボイラチューブ13の軸方向に向かって反射する、他方の保持体312bに固定される第4ミラー360bと、第2発光部340が照射する第2レーザ光を、ボイラチューブ13の直径の方向に向かって反射する、第3ミラー360aと少なくとも第1発光部320および第2発光部340の隙間を隔てて一方の保持体312aに固定される第5ミラー360cと、第5ミラー360cで反射された第2レーザ光を、第2受光部350が受光可能にボイラチューブ13の軸方向に向かって反射する、第4ミラー360bと少なくとも第1発光部320および第2発光部340の隙間を隔てて他方の保持体312bに固定される第6ミラー360dと、をさらに備える。本実施形態によれば、ミラーを小型化できるため、外径計測装置300の製作コストの縮減が図れる。
【0059】
また、本実施形態に係る外径計測装置100における保持部材110は、人が把持する把持体113を有する。本実施形態によれば、外径計測装置100,200,300の操作性が向上する。
【0060】
また、本実施形態に係る外径計測装置100における保持部材110は、ボイラチューブ13が一対の保持体の間に収容されている状態において、ボイラチューブ13の周面に接触する案内部114を有する。本実施形態によれば、ボイラチューブ13が保持体112の間においてずれないことから、角度誤差を抑制できるため、外径の算出精度を向上できる。
【0061】
また、本実施形態に係る外径計測装置100における案内部114は、ボイラチューブ13の周面上を回転する複数の案内ローラ114aを有する。本実施形態によれば、外径計測装置100をボイラチューブ13の軸方向にスムーズにスライドさせることができるため、作業効率の向上が図れる。
【0062】
また、本実施形態に係る外径計測装置100の外形算出装置は、算出されたボイラチューブ13の外径を表示する表示装置185を有する。本実施形態によれば、作業者が容易に計測された外径を確認できるため、作業効率の向上が図れる。
【0063】
尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。外径計測装置100,200,300の測定対象配管には、ボイラチューブのみならず、外的要因に起因して外径が変化する円筒形状の配管であれば含まれる。
【符号の説明】
【0064】
100 外径計測装置
110 保持部材
112 保持体
112a 一方の保持体
112b 他方の保持体
113 把持体
114 案内部
114a 案内ローラ
120 第1発光部
130 第1受光部
140 第2発光部
150 第2受光部
160 第1ミラー
170 第2ミラー
180 外径算出装置
360a 第3ミラー
360b 第4ミラー
360c 第5ミラー
360d 第6ミラー
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14