JPS6355443A - 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（よ光を用いる構成が採られ
ており、その−例を示すと第５．６図に示す如くになっ
ている。第５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を被検査管Ｐ内に挿入す
ると共に、被検査管Ｐ内に超音波の伝播媒体である水を
注入し、反射部材４３をその軸心線図りに回転させつつ
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ゼ、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６図は従来の光学的管内面検査装置を示す模式的
縦断面図であり、筒状ケーシング５１ａ内に、その周壁
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５４
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を被検査管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５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、また被検査管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、排
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、被検査管Ｐ内への給水、排水作業時代も煩わし
く、作業能率も低い等の問題があった。−力筒６図に示
した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にて回転させつつ移動させねばならず作業
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
査管内周面の像を捉える受光素子を環状に配した二次元
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に対し、その周
方向の全面にわたって同時に光を投射し、且つ内周面の
像をその像の形状に応じた環状の二次元受光部にて無駄
なく同時的に捉え得ることとなる。

〔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）の使用態様を示す模式図、第２
図は第１図のｎ−ｎ線による拡大平面図であり、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加酸されたケーシング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、二次元受光部２７等を配設
して構成されている。

ゲージング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、　２１ｃ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（ｉｍ常は３本）づつ固定されており、検出ヘッド
を被検査管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査管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ヘッ
ドｌの前、後移動用の駆動索を兼ねる可撓性チューブ４
（金属製パイプ等を用いてもよい）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の近傍に迄延在せしめられており、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の軸心線と一敗させた状態で、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−Ｌに光軸を一致させ
てレンズ２６、二次元受光部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＃２２は発光駆動回路２８を経てケーブル２
２ａ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２
３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
けて投射される。

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
からの反射光はレンズ２６にて集光せしめられ、二次元
受光部２７に投射結像せしめられ、これによって捉えら
れた各部の受光量に関するデータは出力回路２９、ケー
ブル２９ａを介して検出装置本体２に読み込まれ、形状
検出が行われるようになっている。

なお、レンズ２６と二次元受光部２７とはレンズ２６で
捉えられた被検査管Ｐの内周面の像が所要の比率に縮尺
された状態で二次元受光部２７に投影されるよう相互の
配置位置を定めである。

二次元受光部２７は円板２７ａ表面に電荷結合素子等を
所要幅寸法で光軸中心に円環状に配列形成して構成しで
ある。

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
二次元受光部２７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図であり、いま被検査管Ｐの軸心線
と検出ヘッドＩ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の内周面の各光反
射位置Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃまでの１法を夫々１．ａ、　Ｌ
ｂ、Ｌｃとすると、ここから反射された光がレンズ２６
を経て二次元受光部２７上に達したときの二次元受光部
２７上における位置はレンズ２６の光軸から夫々ｊｌａ
、ρｂ、ｊ！ｃだけ離れたＱａ。

Ｑｂ、Ｑｃ点となる。これらＬａ＋Ｉ、ｂ＋Ｌｃ等の距
離りとｌａ、Ａｂ、ＥＣ等の距離ｌとの間には一般的に
次の関係が成立する。

Ｌ＝−□　・　ｅ 但し、Ｄ：集光レンズ２６から検出面までの水平距離 Ｆ、４ｉ光レンズ２Ｇから二次元受光部２７表面までの
距離 従って、二次元受光部２７上に投射される被検査管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。勿論二次元受光部２７への投影像の真円度、
各部の光量等に基づき被検査管Ｐ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にその一端から検出へラドｌを先端部側
から挿入する。この状態では検出ヘッド１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Ｐ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を繰り出して検出へラド１を被検
金管Ｐ内で移動させつつ検出装置本体２からケーブル２
２ａを通じて連続的又は間欠的に発光駆動口ｖＰ１２８
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を介して二次元受
光部２７に縮小投影され、二次元受光部２７にて光電変
換され、出力回路２９．ケーブル２９ａを通じて検出装
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管内面の形状検出に光を用
いることとしているから、従来装置の如く超音波を用い
る場合の如き水の給、排設備等が全く不要となり、水の
取扱いに関わる煩わしさが解消され、全体の構成が簡略
化され、設備コストが安価となる外、分解能が大きく形
状検出精度を高め得る。

更に、二次元受光部２７は被検査管■）の内面像に合わ
せて円環状に構成しであるから、無駄がなく、検出装置
本体２の構成も簡略化が図れることとななお、上述の実
施例では被検査管Ｐ、検出ヘッド１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。この場合は像
自体は角形となるが二次元受光部２７の受光素子２７ｂ
は円環又は角環のいずれに形成してもよい。

また上述の各実施例では被検金管Ｐ内における検出ヘッ
ド１の移動は可撓性チューブ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、制動機構を検出へノド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２５を用いる場合につき説明
したがこれに限らず、バンドル光ファイバ等を用いても
よいことは勿論である。

〔効果〕

以上の如く本発明に依れば管内面に対し、その周方向の
全面に同時的に光を投射し、その像を捉えるため未検出
部分が発生する虞れがなく、形状検出精度が高い信頼性
が得られ、更に設備も簡略化され、設備コストも安価と
なるに加え、二次元受光部は環状に形成したから構造上
無駄がなく検出装置本体の構成も簡略化できるなど本発
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図は第１図の
１１−■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）は二次元受光部で捉えた反射光の説明図、第５．
６図はいずれも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・・・
投光レンズ　２５・・・円錐体　２６・・・集光レンズ
２７・・・二次元受光部　２８・・・発光駆動回路　２
９・・・出力回路　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。 代理人　　大　　岩　　増　　雄 ｉ ＄２１！１ 第　４！Ｓ２１ 第５図 手続補正書（自発） ■３和　６奔　１２月１７日 ｌ・事件の表示　　　特願昭　６１−２００５６８号３
、補正をする者 ５、補正の対象 明細書の１−発明の詳細な説明」の欄 ６、補正の内容 ＋１１　　明細書の第３頁１７行目に「排水作業時代」
とあるを、「排水作業自体」と訂正する。 （２）明細書の第８頁１４行目に「等を所要幅寸法・・
・円環状」とあるを「等の受光素子２７ｂを所要幅寸法
で光軸を中心として円環状」と訂正する。 以上

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像を捉えるべく受光
   素子を環状に配した二次元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、頂点を光
   源側に向け、且つ被検査管と同心状に位置するよう配設
   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。