JPH11287647A - 隙間形状の計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隙間形状を簡単な構成で計測することのでき
る計測装置を提供する。 【解決手段】 隙間形状の計測装置１０は、配管１２に
固定をなす固定部１４と、配管１２の延長方向に沿って
移動可能とするスライダ１６とで構成される。固定部１
４は磁石ブロックにて配管１２へ固定が可能となり、一
対のレーザ発光部よりレーザ光をスライダ１６へと照射
可能にしている。また固定部１４にはワイヤエンコーダ
ユニットが備えられ、スライダ１６に接続されたワイヤ
の繰り出し量でスライダ１６との距離を計測可能にして
いる。一方スライダ１６には配管１２の外表面に接触す
る倣い接触子とレーザ受光部とが設けられ、隙間６０の
幅方向の距離を計測するとともにスライダ１６の変位お
よび傾きを算出可能にしている。このため計測装置１０
では、スライダ１６を配管１２に沿って走行させるだけ
で隙間６０の形状を計測することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は隙間形状の計測装置
に係り、特に配管の間に形成される隙間の形状を計測可
能とする隙間形状の計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所における火炉外壁面は垂直あ
るいはスパイラル状に傾斜した状態でチューブを並べた
多管構造とされ、チューブ相互はメンブレンバーと呼ば
れるフラットバーによって幅埋めされている。この状態
を図７（１）に示す。同図（１）に示すような火炉１に
おいて大きなものでは幅３０ｍ、奥行き１５ｍ、高さ８
０ｍにも及ぶため、現地での直接構築や工場での一体製
作は困難である。よって通常、３〜５ｍ×１０〜３０ｍ
程度に分割したチューブ壁モジュールを、予め工場にて
製作し、これを現地に搬入してモジュール同士を溶接接
合することによって火炉１の外壁面を構築している。各
モジュールの接合のうち、長手方向については同図
（２）に示すようにチューブ２同士の間をメンブレンバ
ー３で幅埋めして相互に溶接された構造となり、一方同
図（３）に示すように短い方向の分割部（接合部）は、
チューブ２同士の溶接接続のため、チューブ２の分割先
端がメンブレンバー３の端部より突出するように当該メ
ンブレンバー３端部を意図的に欠損させた構造とし、円
周溶接空間を確保できるようにしている。そして、現地
構築に際してモジュール同士をまず、当該モジュールの
端部で突出しているチューブ２相互の開先合わせと溶接
を行い、その後、溶接作業のために空けられていた空間
に溶接箇所用メンブレンバー４を装着して幅埋めし、周
縁部を溶接することによって密閉されたスパイラルチュ
ーブ壁として構成される。

【０００３】ところで、分割モジュールの現地組立てに
際し、スパイラルチューブ２同士の隙間に幅埋めされる
メンブレンバー３は、予め設計された図面仕様に準拠し
たチューブ２間の隙間幅（１０〜２０ｍｍ程度）に合わ
せてプレハブ加工された幅方向縁部両端開先加工済みの
ものが用いられ、これをモジュール上段から順次下方に
向けて幅埋めされる。このような作業では、メンブレン
バー幅埋め溶接作業前の段取りとして、メンブレンバー
３のサイズを実際の隙間に適応させる現物合わせ加工作
業を必要としている。この作業は、図面仕様に準拠し製
作された数種の幅サイズをもったメンブレンバー素材の
中から幅埋めされる隙間幅に適当なものを選び、作業性
が良いように３００〜１５００ｍｍ程度の長さ毎に、メ
ンブレンバー３の表面に現物隙間に合わせて目視でケガ
キ針、或いは油性ペンを用いてケガキを入れ、手持ち電
動サンダーによって摺り加工し、現物合わせと摺り加工
とを繰り返して、隙間にメンブレンバー３が一致させる
ようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述したメンブ
レンバー３の摺り加工を行う際、当該メンブレンバー３
によって幅埋めされる隙間形状をあらかじめゲージ等を
用いて計測せねばならなかった。しかしこのような隙間
形状の計測は、ボイラの規模、種類によっても異なる
が、長手方向の幅埋めのメンブレンバー３で総延長７０
０〜１０００ｍ程度となっている。このため多数の作業
従事者と多くの作業詩間が必要となっており、合理化が
強く望まれていた。本発明は上記従来の問題点に着目
し、配管の間に形成される隙間形状を容易に計測するこ
とのできる隙間形状の計測装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る隙間形状の計測装置は、配管の間に生じ
た隙間形状を計測する隙間形状の計測装置であって、前
記配管への固定部と、当該固定部と別体に設けられると
ともに前記隙間を形成する前記配管の対向表面に当接可
能な倣い計測ユニットを有したスライダとで構成し、前
記固定部に対する前記スライダの移動量を計測する距離
計測手段を備え、前記スライダには前記配管に当接し前
記スライダを前記配管の延長方向に沿って移動可能にす
る案内接触部を設けるように構成した。

【０００６】また前記固定部もしくは前記スライダのい
ずれか一方にレーザ発光部を設けるとともに、前記隙間
形状の横断方向に延長される帯状のレーザ受光部を他方
側に設け、前記スライダに生じる前記横断方向の変動量
を検知可能とするとともに、前記レーザ発光部を平行に
一対設けるようにすることが望ましい。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、まず固定部を配管表面に設
置し、次いでスライダに設けた案内接触部を配管表面に
接触させる。このように案内接触部を配管表面に接触さ
せれば、スライダを配管の延長方向に沿って移動させる
ことができる。またスライダには倣い計測ユニットが設
けられているので、この倣い計測ユニットがスライダの
移動に伴って隙間形状を形成する配管の対向表面を撫
で、隙間形状の横断方向の寸法を計測することができ
る。さらに距離計測手段により固定部に対するスライダ
の移動距離を計測することができるので、この距離計測
手段からの値と倣い計測ユニットからの値とを演算する
ことにより隙間形状を算出することができる。

【０００８】なおレーザ発光部を固定部もしくはスライ
ダのいずれか一方に設け、レーザ受光部を他方側に設け
れば、前記レーザ受光部は（所定の基準点から）隙間形
状の横断方向に変動するレーザ光の変位を検知すること
ができるので、スライダ走行中に横方向にブレが生じた
り、隙間形状にうねりが生じていたとしても、これらの
量を確実に検知することができるので、より正確な隙間
形状を算出することができる。

【０００９】またレーザ発光部を平行に一対設けるよう
にすれば、本来のレーザ発光部の間隔と、レーザ受光部
側で検出したレーザ発光部の間隔との比率にてスライダ
の傾き量（角度）を検出することが可能となり、この傾
き量（角度）から隙間形状の横断方向に変動するレーザ
光の正確な変位を検知することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る隙間形状の
計測装置の具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説
明する。図１は本実施の形態に係る隙間形状の計測装置
の使用状態を示す説明図を示し、図２は同計測装置を構
成する固定部の構造説明図を示し、図３は同計測装置を
構成するスライダの構造説明図を示す。これらの図に示
すように隙間形状の計測装置１０（以下、計測装置１０
と称す）は、配管１２に固定をなす固定部１４と、前記
配管１２の延長方向に沿って移動可能とするスライダ１
６とで構成される。

【００１１】固定部１４には、図２に示すようにスライ
ダ１６までの距離計測をなす距離計測手段となる平板状
のワイヤエンコーダユニット２０が設けられている。そ
して当該ワイヤエンコーダユニット２０における片面４
隅には磁石ブロック１８が設けられ、配管１２への固定
を可能にしているとともに、その反対面には一対のレー
ザ発光部２２が重なるように設けられている。

【００１２】磁石ブロック１８における配管１２との接
触側には、配管１２の延長方向に一致するＶ字溝２４が
形成されており、当該Ｖ字溝２４を配管１２の表面に押
し当てることで、横方向への動きを規制するようにして
いる。また磁石ブロック１８には着脱レバー２６が備え
られており、この着脱レバー２６を回転させることで磁
石ブロック１８の内部に設けられた図示しない磁石を配
管１２に対して接近あるいは遠ざけることができるよう
になっており、この磁石の移動にて磁石ブロック１８を
配管１２に対して着脱可能にしている。

【００１３】こうした磁石ブロック１８は、ワイヤエン
コーダユニット２０の４隅に設けられるとともに、その
幅方向のピッチが測定対象となる配管１２の間隔に一致
するように設定が可能となっている。このため固定部１
４を配管１２に取り付ける際、Ｖ字溝２４に配管１２が
確実に収まるようになっている。

【００１４】またワイヤエンコーダユニット２０は、磁
石ブロック１８により固定部１４を配管１２に取り付け
た際、当該配管１２の延長方向へワイヤ２８を繰り出し
可能にしている。そしてワイヤエンコーダユニット２０
には第１ケーブル３０を介して演算処理部３２が接続さ
れており、ワイヤエンコーダユニット２０からの信号に
てワイヤ２８の繰り出し量を計測可能にしている。また
ワイヤエンコーダユニット２０に重ねられる一対のレー
ザ発光部２２は、固定部１４を配管１２に取り付けた
際、その光軸３４が配管１２の延長方向に向けられるよ
うに配置されている。

【００１５】一方、図３に示すように計測装置１０を構
成するスライダ１６には、その走行方向となる両端側に
板状の支持フレーム３６がそれぞれ設けられる。そして
支持フレーム３６にはその厚み方向に挿通するよう支持
ピン３８が設けられており、この支持フレーム３６を挟
み込むよう案内接触部となる倣いローラ４０が支持ピン
３８に回転可能に保持されている。ここで倣いローラ４
０は転動面の中央部分が窪んだ鼓状の形態となってお
り、これを配管１２の外表面に接触させることで、スラ
イダ１６を配管１２の外表面から外れることなく配管１
２に沿って移動可能にしている。さらに支持ピン３８に
おける片側にはピッチ調整ノブ４２が設けられており、
当該ピッチ調整ノブ４２を動かすことにより支持ピン３
８に挿通される倣いローラ４０間のピッチを変更し、配
管１２のピッチに合わせ込めるようにしている。

【００１６】また支持フレーム３６に挟まれるスライダ
１６の中央部分には、配管１２への接触をなす倣い計測
ユニット４４が一対設けられる。当該倣い計測ユニット
４４には、支持ピン３８と平行に設置される案内ピン４
６が設けられており、この案内ピン４６に計測ブロック
４８が摺動可能に保持されている。ところで案内ピン４
６の先端側と計測ブロック４８との間にはスプリング５
０が設けられており、スライダ１６の外方に向かうよう
計測ブロック４８に付勢力を働かせることで、当該計測
ブロック４８に設けた倣い接触子５２を配管１２に押し
付けるようにしている。さらに計測ブロック４８には、
リニアゲージ５４が接続されており、倣い接触子５２が
配管１２の対向表面に接触することで変化する計測ブロ
ック４８の摺動量を第２ケーブル３１を介して演算処理
部３２へと伝達可能にしている。

【００１７】そしてこのような倣い計測ユニット４４を
互いに対向させるよう配置し、スプリング５０からの付
勢力によって倣い接触子５２が配管１２の対向表面を押
圧するようにすれば、スライダ１６の移動による隙間の
幅方向の変化を倣い接触子５２の摺動量として検出する
ことが可能になる。

【００１８】倣い計測ユニット４４の上部には、レーザ
発光部２２からの光軸３４の高さと同一になるようレー
ザ受光部５６が重ねられるように設けられている。当該
レーザ受光部５６の外形は帯形形状となっており、その
長手方向が配管１２の配列方向に一致するように設置さ
れている。このようにレーザ受光部５６を設置したこと
から、レーザ受光部５６に照射されるレーザ光が配管１
２の配列方向に変動するとその変動量を検知し、この変
動量を第２ケーブル３１を介して演算処理部３２へと伝
達できるようにしている。

【００１９】さらに倣い計測ユニット４４の上部には、
把手５８が設けられる。そしてこの把手５８を用いるこ
とで作業者がこのスライダ１６を配管１２の外表面に接
触させるとともに、配管１２の延長方向に沿ってスライ
ダ１６を移動できるようにしている。

【００２０】このような計測装置１０を用いて、火力発
電所におけるスパイラル状に配管１２を並べた火炉外壁
面に生じる隙間形状を計測する手順を説明する。まず固
定部１４に設けた磁石ブロック１８のＶ字溝２４を配管
１２の外表面に押し当てるとともに着脱レバー２６を回
転させ、（Ｖ字溝２４のピッチが調整された）固定部１
４を配管１２の表面に固定する。このように固定部１４
を配管１２に固定した後は、今度はスライダ１６のピッ
チ調整ノブ４２を動かし、倣いローラ４０間の間隔を測
定対象となる場所の配管１２の間隔に調整する。なお隙
間形状の測定範囲については、倣い接触子５２が接触可
能な配管１２の継ぎ目（配管の突合せ部分）を避けた範
囲のみ行うものとする。そして固定部１４からワイヤ２
８を引き出し、このワイヤ２８の先端をスライダ１６に
係止させるとともに、レーザ発光部２２、レーザ受光部
５６、演算処理部３２の電源を入れ稼働状態にしてお
く。

【００２１】計測装置１０を上記の状態に設定した後
は、把手５８を持ちスライダ１６を配管１２に押し付け
る。この際、倣いローラ３６が配管１２の外表面から外
れることなく嵌合するようスライダ１６の姿勢を配管１
２の延長方向に合わせておく。ここで倣い接触子５２は
スライダ１６が配管１２の外表面に接触することで隙間
６０の中に入り込み、スプリング５０の付勢力により前
記隙間６０を形成する配管１２の内側（対向表面）に接
触する。

【００２２】このように配管１２の表面にスライダ１６
を押し付けた後は、配管１２の延長方向に沿って（隙間
形状の測定方向に向かって）スライダ１６に力を加え
る。当該スライダ１６に配管１２の延長方向に沿って力
を加えると、倣いローラ３６が配管１２の外表面を転動
し、スライダ１６が配管１２上を移動する。ここで倣い
ローラ３６は前述の通り鼓形状となっており、配管１２
の表面と嵌合状態を保っていることから、スライダ１６
は配管１２から脱線することがない。このため別途移動
用の案内ガイドを設けずとも、配管１２によって確実に
スライダ１６を案内移動させることができる。

【００２３】そしてこのスライダ１６においては、倣い
接触子５２が隙間６０を形成する配管１２の内側（対向
表面）に接触している。このためスライダ１６の移動と
ともに、倣い接触子５２も配管１２との接触状態を保ち
ながら移動していく。すると隙間６０の幅方向の変化、
すなわち当該隙間６０を形成する一対の配管１２の間隔
の変化を計測することができる。そしてこの値（隙間６
０の幅寸法）の変化を演算処理部３２へと送り出すとと
もに、ワイヤエンコーダユニット２０から繰り出される
ワイヤ２８の繰り出し量の変化と関係付ければ、ワイヤ
２８の繰り出し量に対する隙間６０の幅方向の寸法変
化、すなわち隙間６０の形状を演算処理部３２にて算出
することができる。

【００２４】ところで本計測装置１０では、レーザ受光
部５６にて検出されるレーザ光軸３４のブレ量から配管
１２の配列方向のうねり量を検出することができる。図
４は、うねりをもった配管１２上をスライダ１６が走行
した様子を示す状態図である。同図に示すように、レー
ザ発光部２２から出たレーザ光６２は、うねりの部分を
通過する前のスライダ１６においては、レーザ受光部５
６のＡポイントに照射される。そしてスライダが配管１
２に沿って移動し、うねりの部分を通過した後なはレー
ザ受光部５６のＢポイントへとレーザ光６２が照射位置
が変動する。ここでレーザ受光部５６はレーザ光６２の
照射位置が配管１２の配列方向に移動した際、この移動
量を検出できることから、このＡポイントからＢポイン
トへの移動量（図中Ｃ寸法）を検出し、これを隙間形状
計測の補正量として演算処理部３２へ入力することがで
きる。図５は、図４にて計測されたうねり補正値の適用
前後の隙間形状を示す。同図（１）に示すように補正を
行わなければ、単純に倣い接触子５２からのデータとな
る。このためその隙間形状にうねりの要素は加算されな
くなり、正確な隙間形状を算出することができなくな
る。しかし同図（２）においては、レーザ受光部５６か
らの補正値が加わっていることから、隙間形状にうねり
の要素が加えられ、もって正確な隙間形状を算出するこ
とができる。さらに本計測装置１０では、レーザ発光部
２２を平行に一対設けたことから、スライダ１６がレー
ザ光６２に対して傾いた際でも、正規のスライダ１６の
蛇行量を求めることができる。

【００２５】図６は、スライダ１６が傾いていた際に正
規のスライダ１６の蛇行量を算出する手順を示す説明図
である。同図（１）に示すように、スライダ１６が距離
ＯＡ（寸法ａ）に相当するだけ蛇行した場合、前記スラ
イダ１６に所定の角度だけ回転が加わっていると（スラ
イダ１６が傾いていると）、レーザ光６２はレーザ受光
部５６のＡ’の位置に照射される。そしてレーザ受光部
５６は蛇行量を距離ＯＡ’（寸法ａ’）と判断してしま
い、寸法ａ’から寸法ａを差し引いた値が受光位置の誤
差となってしまう。このため正確な蛇行量（寸法ａ）を
求めるためには、レーザ受光部５６の傾きを求め、三角
関数を用いた演算が必要となる。

【００２６】すなわち同図（２）に示すように、一対の
レーザ発光部２２を配管１２の配列方向に平行に配置し
ておくと、スライダ１６が角度θだけ傾いた場合、レー
ザ発光部２２間の距離ＡＢ（寸法ｂ）と、レーザ受光部
５６がに照射される２つのレーザ光６２間の距離Ａ’
Ｂ’（寸法ｂ’）とが解る。このためスライダ１６の傾
き角度θとの関係は、

【数１】ｃｏｓθ＝ｂ／ｂ’で表される。このため正規
の蛇行量ＯＡについては、

【数２】蛇行量ＯＡ＝ａ’・ｃｏｓθ＝ａ’・ｂ／ｂ’ で算出することができる。このようにスライダ１６に傾
きが発生してもこの傾きの量（角度）を算出して正規の
スライダ１６の蛇行量を求められることから、隙間６０
の正確な形状を測定することができる。

【００２７】そして隙間６０の形状を計測した後は、こ
のデータをもとに工作機械を稼働させ、隙間６０を埋め
るメンブレンバー６４の製作を行うようにすればよい。
このように隙間６０の形状を計測しておけば、現場から
離れた工場でメンブレンバー６４を製作することが可能
となるとともに、現場での合わせ加工を行う必要が無く
なるので、作業効率の向上を図ることができる。

【００２８】なお本実施の形態では、距離計測手段をワ
イヤーエンコーダ２０としたが、この形態にこだわる必
要もなく、例えばワイヤーエンコーダ２０の代わりにレ
ーザ測長機器を用いるようにしてもよい。さらに本実施
の形態では、固定部１４にレーザ発光部２２を設け、ス
ライダ１６にレーザ受光部５６を設けることとしたが、
固定部１４にレーザ受光部５６を設け、スライダ１６に
レーザ発光部２２を設けるようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、配
管の間に生じた隙間形状を計測する隙間形状の計測装置
であって、前記配管への固定部と、当該固定部と別体に
設けられるとともに前記隙間を形成する前記配管の対向
表面に当接可能な倣い計測ユニットを有したスライダと
で構成し、前記固定部に対する前記スライダの移動量を
計測する距離計測手段を備え、前記スライダには前記配
管に当接し前記スライダを前記配管の延長方向に沿って
移動可能にする案内接触部を設けたことから、配管を案
内ガイドとしてスライダを移動させることが可能とな
る。このため配管の他に案内ガイドを設ける必要が無く
なり、簡単な構成で隙間形状を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る隙間形状の計測装置の使用
状態を示す説明図を示す。

【図２】同計測装置を構成する固定部の構造説明図を示
す。

【図３】同計測装置を構成するスライダの構造説明図を
示す。

【図４】うねりをもった配管１２上をスライダ１６が走
行した様子を示す状態図である。

【図５】図４にて計測されたうねり補正値の適用前後の
隙間形状を示す。

【図６】スライダ１６が傾いていた際に正規のスライダ
１６の蛇行量を算出する手順を示す説明図である。

【図７】火力発電所における火炉外壁面を示す状態図を
示す。

【符号の説明】

１ 火炉 ２ チューブ ３ メンブレンバー ４ 溶接箇所用メンブレンバー １０ 隙間形状の計測装置 １２ 配管 １４ 固定部 １６ スライダ １８ 磁石ブロック ２０ ワイヤエンコーダユニット ２２ レーザ発光部 ２４ Ｖ字溝 ２６ 着脱レバー ２８ ワイヤ ３０ 第１ケーブル ３２ 演算処理部 ３４ 光軸 ３６ 倣いローラ ３８ 支持ピン ４０ 倣いローラ ４２ ピッチ調整ノブ ４４ 倣い計測ユニット ４６ 案内ピン ４８ 計測ブロック ５０ スプリング ５２ 倣い接触子 ５４ リニアゲージ ５６ レーザ受光部 ５８ 把手 ６０ 隙間 ６２ レーザ光 ６４ メンブレンバー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配管の間に生じた隙間形状を計測する隙
   間形状の計測装置であって、前記配管への固定部と、当
   該固定部と別体に設けられるとともに前記隙間を形成す
   る前記配管の対向表面に当接可能な倣い計測ユニットを
   有したスライダとで構成し、前記固定部に対する前記ス
   ライダの移動量を計測する距離計測手段を備え、前記ス
   ライダには前記配管に当接し前記スライダを前記配管の
   延長方向に沿って移動可能にする案内接触部を設けたこ
   とを特徴とする隙間形状の計測装置。
2. 【請求項２】 前記固定部もしくは前記スライダのいず
   れか一方にレーザ発光部を設けるとともに、前記隙間形
   状の横断方向に延長される帯状のレーザ受光部を他方側
   に設け、前記スライダに生じる前記横断方向の変動量を
   検知可能としたことを特徴とする請求項１に記載の隙間
   形状の計測装置。
3. 【請求項３】 前記レーザ発光部を平行に一対設けたこ
   とを特徴とする請求項２に記載の隙間形状の計測装置。