JPS6355442A - 管内面形状検出装置 - 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〕 本発明は熱交換器等のパイプ、その他各種の配管の内面
性状、特に小径管の内面形状を光学的に検出する装置に
関するものである。

〔従来技術〕

従来、この種の小径管の内面検査装置は種々提案されて
いるが、いずれも超音波又は光を用いる構成が採られて
おり、その−例を示すと第６，７図に示す如くになって
いる。第６図は超音波を用いた従来の管内面検査装置の
模式的断面図であり、超音波の送、受信機能を備えた超
音波探触子４２及びこれに対向させて配設した反射部材
４３を備えた検出ヘッド４１を被検套管Ｐ内に挿入する
と共に、被検套管Ｐ内に超音波の伝播媒体である水を注
入し、反射部材４３をその軸心線回りに回転させつつこ
れに向けて超音波探触子４２から超音波を投射し、反射
部材４３にて超音波を直角に屈折させ、被検査管Ｐの内
周面の周方向各部に投射させ、被検査管Ｐの内、外面か
らの反射エコーを超音波探触子４２にて受信し、そのデ
ータを図示しない検査装置本体に取り出し、被検査管Ｐ
の内、外径、表面の凹凸、変形等を検出するようになっ
ている。

また第７図は光学式の従来の管内面検査装置の模式的断
面図であり、筒状ケーシング５１ａ内に、その周壁の一
部に形成した窓５１ｂに面して投光部５２、受光部５３
をその光軸が被検査管Ｐの内周面にて相互に交叉するよ
う傾けた状態に配置してなる検出ヘッド５１を操作軸５
４の先端に固定して構成されており、操作軸５４にて検
出ヘッド５１を被検套管Ｐ内で回転させつつ軸方向に移
動させて内周面を光学的に検査するようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上述した第６図に示した如き超音波を利用する
検出装置にあっては超音波自体の特性である収束性が悪
いために分解能が低く、また被検套管Ｐ内に超音波の伝
播媒体たる水を充填しておく必要があって、水の給、徘
設備、更には被検査管両端の水密封止手段等を必要とし
、設備コストが高くなり、また被検査管Ｐの両端の封止
、被検套管Ｐ内への給水、排水作業自体も煩わしく、作
業能率も低い等の問題があった。一方策７図に示す如き
光学的検出装置は水を用いない利点がある反面、操作軸
５４にてケーシング５１ａを回転さ・Ｕつつ移動させる
必要があるため作業自体が煩わしいことは勿論、作業能
率も悪く、また被検査管の内周面に対する走査が螺旋状
となるため検出精度の信頼性が低いなどの問題があった
。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは設備が簡単で作業能率が高く、測定
精度も高い管内面形状検出装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明装置にあっては被検査管内に挿入される検出ヘッ
ド内に光源及びこれからの光を被検査管の内周面にその
周方向の略全面にわたって分配投射する手段、並びに被
検査管内周面の像を走査すべく受光素子を回転移動させ
る回転受光部とを具備する。

〔作用〕

本発明はこれによって被検査管の内周面の周方向全面の
像を回転受光部にて走査し、順次的に捉えることとなる
。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面□に基づき具体的に
説明する。第１図は本発明に係る管内面形状検出装置（
以下本発明装置という）の模式的断面図、第２図は第１
図のｎ−ｎ線による回転受光部の模式的拡大平面図、図
中１は検出ヘッド、２は検出装置本体、Ｐは被検査管を
示している。

検出ヘッド１は金属等の耐腐食性材料を用いて両端を閉
じた中空の円筒形に形成されたケーシング２１内に光源
２２、投光光学系を構成する第１．第２の投光レンズ２
３，２４　、光分配手段を構成する円錐体２５、集光光
学系を構成するレンズ２６、回転受光部２７等を配設し
て構成されている。

ケーシング２１はその軸方向の中間部周壁に、軸方向の
所要寸法にわたって周方向の全周にわたり透明体を嵌め
込んだ環状窓２１ａを備え、また前。

後端板の外側には取付部２１ｂ、２１ｃを備え、この各
取付部２１ｂ、２］ｃに一端に車輪３を取り付けた支持
杆３ａの各他端が相互に略１２０度の間隔を隔てて複数
本（通常は３本）づつ固定されており、検出ヘッドを被
検套管Ｐ内に挿入したときケーシング２１の軸心線を被
検査管Ｐの軸心線と略一致するよう支持し、且つこの状
態を維持しつつ被検套管Ｐ内を移動せしめるようになっ
ている。またこのケーシング２１の後端板に設けた取り
付は部２１ｃの中央にはこれを貫通させて検出へソド１
の前、後移動用の駆動索を兼ねる可撓性チューブ４（金
属製パイプでもよい）の一端がケーシング２１内と連通
させた状態で連結され、その他端部は検出装置本体２の
近傍にまで延在させてあり、内部には各駆動用電力を供
給するためのケーブル２２ａ及び検出データを送信する
ケーブル２９ａ等が配設されている。

一方、ケーシング２１内にはその環状窓２１Ａの内側に
対向させて中心部には光分配手段たる円錐体２５がその
頂点をケーシング２１の先端側に向け、且つ軸心線をケ
ーシング２１の軸心線と一致させた状態で、またその外
周には円環状の第２の投光レンズ２４が同心状に配設さ
れ、更に円錐体２５の頂点に対向させてその前方に第１
の投光レンズ２３．光源２２が配設され、一方円錐体２
５の頂点と反対側にはその軸心線上に光軸を一致させて
レンズ２６、回転受光部２７が配設されている。

光源２２としてはレーザ発生装置又は白熱光源等が用い
られる。光源２２は発光駆動口Ｉ￥８２８を経てケーブ
ル２２ａにより検出装置本体２と電気的に接続され、検
出装置本体２から入力される連続的又は間欠的な発光指
令信号に基づき発光駆動回路２８を介して発光せしめら
れるようになっており、発せられた光は第１の投光レン
ズ２３にて平行光束に変換された後、円錐体２５にその
頂点側から軸心線に平行に投射される。円錐体２５はそ
の周面を鏡面としてあり、これに入射された光はその周
面から軸心線と直交する向きの全方向に分配投射され、
更に第２の投光レンズ２４を介して被検査管Ｐの内周面
に向りて投射される。

第２の投光レンズ２４は円環状であって、且つその断面
は内、外周面共に所要の円弧をなす凸レンズ形をなし、
その焦点は被検査管Ｐの内周面上に略一致するよう設定
されており、円錐体２５で分配された光を管軸方向に集
光した状態で被検査管Ｐの内周面に細いリング状に投射
せしめるようになっている。被検査管Ｐの内周面の像は
レンズ２６にて集光せしめられ、回転受光部２７に縮尺
した状態で投射結像せしめられる。

回転受光部２７は円板２７ａの表面に、その周縁部から
回転中心側に向けて、半径方向に所要長さに受光素子２
７ｂを一直線状に設けると共に回転円板２７ａの中心を
モータＭに連繋せしめて構成しである。受光素子２７ｂ
としては電荷結合素子又はｌｌ５Ｄ等が用いられる。受
光素子２７ｂの長さは、後述する第４図（イ）、（ロ）
に示す如き、被検査ｖ４Ｐの内周面の環状の像を含み、
且つそれよりも内。

外方に所要の幅寸法にわたって走査可能なように設定さ
れる。

受光素子２７ｂで捉えられた環状の像の周方向各部の光
量の電気信号はロータリコネクタを介して出力回路２９
に取り出され、ケーブル２９ａを介して検出装置本体２
に出力される。なお同時にモータＭに連繋させた図示し
ないロータリエンコーダ（図示せず）の信号が検出装置
本体２に出力されでおり、これに基づき欠陥個所等の周
方向位置が検出される。

第３図は被検査管Ｐの軸心線から管内周面までの寸法と
回転受光部へ投影された像の光軸からの寸法との位置関
係を示す説明画であり、いま被検査管Ｐの軸心線と検出
ヘッドｌ内のレンズ２６の光軸が一致した状態にあるも
のとして軸心線から被検査管Ｐの内周面の各位置Ｐａ、
　Ｐｂ、　Ｐｃまでの寸法を夫々しａ＋　Ｌｂ＋　Ｌｃ
とし、ここから反射された光がレンズ２６を経て回転受
光部２７上に達したときの回転受光部２７上における位
置はレンズ２６の光軸から夫々ｊｌａ、ｊ！ｂ、１ｃだ
け離れたＱ　ａ　＋　Ｑ　ｂ　ｔ　Ｑ　ｃ点となる。

これらＬａ、　ｔｂ、　Ｌｃ等の距＠１−とｊｌ　ａ　
＋　ｊｌ　ｂ　＋　Ｊ　ｃ等の距＠ｉとの間には一般的
に次の関係が成立する。

Ｌ＝　　−□−・　ｌ 但し、Ｄ：集光レンズ２６から検出面までの水平距離 Ｆ；集光レンズ２６から回転受光部２７表面までの距離 従って、回転受光部２７上に投射される被検金管Ｐ内面
の像は被検査管Ｐの内周面が凹凸のない−様な円周面の
場合には第４図（イ）に示す如くに乱れのない円形像と
なるが、被検査管Ｐの内周面に腐食部分が存在して凹状
となっている部分では第４図（ロ）に示すａの如く外方
に膨出し、また錆等が発生して凸状となっている部分で
は第４図（ロ）に示すｂの如く内方に凹んだ像が表れる
。

この凹、凸の程度を測定することによって被検査管Ｐの
内周面における凹部、凸部の深さ、高さを検出し得るこ
ととなる。勿論回転受光部２７への投影像の真円度、各
部の光量等に基づき被検査管ｌ）の各種内面性状を推測
することも可能である。

而してこのような本発明装置にあっては、第１図に示す
如く被検査管Ｐ内ににその一端から検出ヘッドｌを先端
部側から挿入する。この状態では検出ヘッドｌはその先
、後端に取り付けである車輪３にてケーシング２１の軸
心線が被検査管Ｉ）の軸心線と略一致するよう保持され
る。そこで可撓性チューブ４を繰り出して検出ヘット１
を被検査管Ｐ内で移動ざセつつ検出装置本体２からケー
ブル２２ａを通して連続的又は間欠的に発光駆動回路２
８に発光指令信号を出力し、光源２２を発光させる。

光源２２の光は第１の投光レンズ２３にて平行光束に変
換されて円錐体２５の周面に入射され、ここからその周
方向の全面にわたって配分投射され、第２の投光レンズ
２４にて集光され、被検査管Ｐの内周面に゛その周方向
の全面にわたるようこれと直交する向きに投射される。

被検査管Ｐの内周面の像はレンズ２６を介して回転受光
部２７に走査検出され、回転受光部２７にて光電変換さ
れロータリコネクタ、出力回路２９．ケーブル２７ａを
通して検出装置本体２に取り出され、被検査管Ｐの内周
面の形状が検出される。

検出態様については特に限定するものではなく、従来知
られたものを適宜採択すればよい。

このような実施例にあっては被検査管Ｐの内周面の像を
１足える手段として回転受光部２７を設け、像を一次元
受光素子２７ｂにて走査することにより捉えることとし
ているから、受光素子２７ｂ自体極めて簡略化すること
が出来、検査装置本体２の構造の簡略化も図れることと
なる。

第５図は本発明の他の実施例を示す模式的断面図であり
、投光レンズ２３の像が該レンズ２３と円錐体２５周面
との寸法と、該周面から被検査管Ｐの内周面までの寸法
との和に略等しい位置に結像するよう設定して第１図に
示す第２の投光レンズ２４を省略すると共に、集光レン
ズ２６と回転受光部３１をケース３２内に収容し、且つ
前記集光レンズ２６の光軸が被検査管Ｐの内周面に対す
る光の投射域に向くよう傾けた状態でモータＭの駆動軸
に連結してあり、モータＭの駆動によって前記回転受光
部３１が被検査管Ｐの内周面の像を走査するようにしで
ある。回転受光部３１は基板表面に受光素子を一直線状
に配列して構成されている。他の構成は第１図に示した
実施例と実質的に同じである。

このような実施例にあっては第２の投光レンズ２４を省
略出来て投光光学系が簡略化できるほか、集光レンズ２
６を小径とすることが出来て小型化が図れる効果がある
。

なお、上述の実施例では被検査管Ｐ、検出ヘッドｌのケ
ーシング２１がいずれも円形の場合につき説明したが何
ら円形に限らず、各種の角形管についても適用し得る。

また」―述の各実施例では被検査管Ｐ内における検出へ
・７ド１のｔｆｌ、進はチ１−ブ４の挿入、引出しによ
って行う構成につき説明したが車輪３の駆動源、制動機
構を検出へソド１に設けて自走式としてもよいことは言
うまでもない。

更に上記各実施例にあっては光を周方向の全面にわたっ
て分配する手段として円錐体を用いる場合につき説明し
たが、これに限らず、例えばバンドル光ファイバ等を用
いてもよい。

更に上記した実施例では受光素子２７ｂは環状の像を含
むその内、外領域を走査し得る長さとした場合につき説
明したが、これに限らず、例えば欠陥像である内、外方
への膨出部分のみを検出し得るよう点状の受光素子を一
定間隔隔てて円板２７ａに設けるようにしてもよい。

〔効果〕

以上の如（本発明に依れば管内周面に対し、その周方向
の全面に同時的に光を投射し、その像を走査して捉える
回転受光部を備えるから、受光素子が円環状の軌跡を描
くこととなり、検出に要する処理が容易になり検出装置
本体の構成が簡略化できる上に受光素子は一列に所要長
さ配置するだけでよく、部品コストの低減が図れるなど
本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の模式的断面図、第２図は検出ヘッ
ドの第１図の■−■線による模式的平面図、第３図は管
内面形状の検出原理を示す説明図、第４図（イ）、（ロ
）は回転受光部で捉えた反」・１光像の説明図、第５図
は本発明の他の実施例を示す模式的縦断面図、第６．７
図は従来装置の模式的断面図である。 １・・・検出ヘッド　２・・・検出装置本体３・・・車
輪　２１・・・ケーシング　２２・・・光源２３・・・
第１の投光レンズ　２４・・・第２の投光レンズ２５・
・・円錐体　２６・・・集光レンズ　２７・・・回転受
光部２８・・・発光駆動回路　２９・・・出力回路　３
１・・・回転受光部　３２・・・ゲース　Ｐ・・・被検
査管なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査管内にその軸方向に移動可能な検出ヘッドを
   挿入して被検査管の内面形状を検出する装置において、
   前記検出ヘッドは光源と、該光源から発せられた光を被
   検査管の内周面に向けて周方向の全面にわたって分配投
   射する手段と、被検査管の内周面の周方向全面の像を捉
   えるレンズと、該レンズを介して投影される前記像の投
   射域にあって、これを走査すべく受光素子を回転移動さ
   せる回転受光部とを具備することを特徴とする管内面形
   状検出装置。 ２、前記光の分配投射手段は、円錐体であって、その頂
   点を光源側に向け、且つ頂点を通る軸心線が被検査管と
   同心状に位置するよう配置されている特許請求の範囲第
   １項記載の管内面形状検出装置。