(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶やプラントなどにおいて、気体や液体の搬送に用いるパイプを接続する溶接管の製作に際し、接続される互いに対向する両パイプ端面（２ａａ、２ｂａ）の相対的空間座標データを取得して溶接管（６）の製作図データを作成するパイプ端面計測装置（１）であって、
前記パイプ端面計測装置（１）は、
開口部が互いに対向する一方のパイプ（２ａ）のパイプ端面（２ａａ）と他方のパイプ（２ｂ）のパイプ端面（２ｂａ）とを被計測対象とし、
前記一方のパイプ（２ａ）のパイプ端面（２ａａ）の複数の位置を先端にフック（３ｄ）を有する巻取り式のワイヤ（３ａ）で長さおよび角度を計測する位置測定装置（３）と、
前記一方のパイプ（２ａ）のパイプ端面（２ａａ）に装着されて、前記フック（３ｄ）が掛止される掛止具（４ａ）を備えたフック掛止用治具（４）と、
前記位置測定装置（３）が載置され前記他方のパイプ（２ｂ）のパイプ端面（２ｂａ）近傍に、前記他方のパイプ（２ｂ）を抱持して固定するセットテーブル（５）と、
を備え、
前記フック掛止用治具（４）は、前記フック（３ｄ）を掛止する前記掛止具（４ａ）を有し、前記一方のパイプ（２ａ）のパイプ厚さ部（２ａｄ）に対し前記一方のパイプ（２ａ）の外周面（２ａｂ）側に設けられた２つの位置決めピン（４ｄ、４ｄ）、および位置決め稜（４ｂ）の何れか一方と、内周面（２ａｃ）側に設けられた位置決めピン（４ｃ）とを備え、前記パイプ端面（２ａａ）側から装着されてパイプ厚さ部（２ａｄ）を挟持し、
前記位置測定装置（３）を前記他方のパイプ（２ｂ）のパイプ端面（２ｂａ）に対向して前記セットテーブル（５）に載置し、前記一方のパイプ端面（２ａａ）に固定された前記フック掛止用治具（４）の掛止具（４ａ）に前記ワイヤ（３ａ）を緊張状態にして前記フック（３ｄ）が掛止され、前記一方のパイプ（２ａ）におけるパイプ端面（２ａａ）の空間的位置を計測することによって前記一方のパイプ（２ａ）のパイプ端面（２ａａ）と前記他方のパイプ（２ｂ）のパイプ端面（２ｂａ）との互いの空間的座標データを取得することを特徴とするパイプ端面計測装置（１）。
【請求項２】
前記セットテーブル（５）は、前記他方のパイプ（２ｂ）の軸芯位置と相対的な位置関係を保持しながら前記他方のパイプ（２ｂ）の外周面（２ｂｂ）をチャックする、左右一対に設けられて互いに近接または離間のいずれかを行う一方のクランパ（５ａａ）と他方のクランパ（５ａｂ）と、前記位置測定装置（３）を載置し固定する位置決め機構（５ａ）と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のパイプ端面計測装置（１）。
【請求項３】
前記位置決め機構（５ａ）は、前記他方のパイプ（２ｂ）の軸芯（２ｂｄ）を延長した位置と、前記ワイヤ（３ａ）をガイドするアーム（３ｅ）の軸芯（３ｅｃ）と、前記アーム（３ｅ）の旋回軸芯（３ｅｃ）とが交差するように前記位置測定装置（３）を載置しクランプすることを特徴とする請求項２に記載のパイプ端面計測装置（１）。
【請求項４】
前記請求項１に係るパイプ端面計測装置（１）を用い、前記一方のパイプ（２ａ）のパイプ端面（２ａａ）と前記他方のパイプ（２ｂ）のパイプ端面（２ｂａ）との互いの空間的座標データを取得するパイプ端面計測方法であって、
前記フック掛止用治具（４）が前記一方のパイプ（２ａ）のパイプ端面（２ａａ）に３〜４個装着され、前記一方のパイプ（２ａ）のパイプ端面（２ａａ）の空間的座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および前記他方のパイプ（２ｂ）のパイプ端面（２ｂａ）との相対位置が取得されることを特徴とするパイプ端面計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶やプラントなどにおいて、気体や液体の搬送に用いるパイプを接続する溶接管の製作に際し用いられるパイプ端面計測装置に関し、特に、接続される互いに対向する両パイプ端面の相対的空間座標データを取得して溶接管の製作図データを作成するパイプ端面計測装置およびパイプ端面計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶やプラントなどにおいて、気体や液体の搬送に用いるパイプの直管や曲がり管など接続する接続管の外形寸法を測定する場合、ガスや水道等の流体の搬送においては両端に接続用のフランジを備えた管（パイプ）が使用されているが、この管は直管の他に屈曲部分に使用する曲がり管がある。この屈曲部分に使用する曲がり管は取付け工事の容易さから一般に接続管が使用されており、接続管の取付けは予め適当な長さ及び適当な曲がりの接続管の両端に、例えば、フランジＡ、Ｂを取り付けない状態で用意し、このフランジＡ、Ｂを取り付けようとするパイプのフランジＣ、Ｄにそれぞれねじで固定した状態で用意した接続管を現物合わせでその端部にフランジＡ、Ｂが取付けられるように加工し、次にその端部にフランジＡ、Ｂを仮付けした後、フランジを仮付けした接続管を一旦外して接続管の両端にフランジＡ、Ｂを溶接するという作業を行っていた。
現在、接続管（現合管・型取り管）の製作は現場作業で行われているが、その作業はガス切断、溶接、重量物可搬など危険を伴う作業が大半である。
また、完成した接続管も精度が一定ではなく、品質などはかなりラフであり、一般にはこのようなレベルのものが使われている。また、これらをシステム化して接続管の製作図および、両端に連接されるフランジを載置支持する取付フランジ面の姿勢、すなわち、位置と角度を決定でき、工場でフランジ付きの接続管を容易に製造できるようにした測定方法が次のように開示されている。
【０００３】
図８の（ａ）は全体概略図、（ｂ）は従来の実施形態に係る位置測定装置によるフランジの測定方法を示す側面図である。
図８の（ａ）（ｂ）に示すように、位置測定装置Ｅを基準ステージ取り付け面１２１に固定する。また、被測定物１０３の被測定側のフランジ１０４のボルト穴の任意の三カ所にフック掛止用治具１２２を固定する。その際、フック掛止用治具１２２の中心がボルト穴の中心になるように、フランジの裏面からテーパ付ナット１２３で締結してセンタリングしてある。位置測定装置Ｅのワイヤ案内アーム１１３の先端からワイヤ１１６を引き出し、ワイヤ先端フック１２４をフック掛止用治具１２２に掛止する。ワイヤ１１６はワイヤエンコーダーとして張力を持っているので、ワイヤ案内アーム１１３はフランジ１０４の方向へ傾動する。この状態で一つの測定点Ｐ１のワイヤの長さｌ（エル）、ワイヤ案内アーム１１３と旋回台の旋回角度θ及び計測軸１１２の回転角度φの出力が制御部に入力される。同様の方法で、残り２箇所Ｐ２、Ｐ３を測定する。
【０００４】
この方法で得られる複数の測定点Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３の距離データや角度データに基づいて、測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を含む平面を演算し、その面の中心点Ｐ及びボルト穴位置を演算する。これで基準ステージ１０６と被測定側のフランジ１０４の位置関係が正確に得られることになる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３２９５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、船舶には、例えば、１０、０００本以上の配管が用いられていることがあるが現場となる船内において、高度な耐圧を要する配管ではフランジを用いることができない。このため、配管の端面を互いに溶接で接合させる必要があった。このフランジを備えていないパイプの直管や曲がり管などの外形寸法を計測して、製作図データを作成することが残された問題であった。さらに、計測装置を設置する基準となる場所を定めて、その基準データを設定するのは大変苦労があった。また、次の寄港地でのパイプ交換に通常１週間程度の停泊が余儀なくされているが、都合良く次の停泊地で溶接管の取り付けを行うためにも溶接管の測定データをいち早く電子データとしてパイプ製造工場に伝送しなければならず、迅速な測定が必要であった。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、フランジを備えていない配管の端面を計測し、船舶やプラントなどにおいて、気体や液体の搬送に用いるパイプ間を接続する溶接管の製作に際し、接続される互いに対向する両パイプ端面の相対的空間座標データを取得して溶接管の製作図データを迅速かつ正確に作成するパイプ端面計測装置およびパイプ端面計測方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明のパイプ端面計測装置１は、開口部を互いに対向させた一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａと他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａとを被計測対象とし、前記一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａの複数の位置を先端にフック３ｄを有する巻取り式のワイヤ３ａで長さおよび角度を計測可能な位置測定装置３と、前記一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａに装着されて、前記フック３ｄが掛止される掛止具４ａを備えたフック掛止用治具４と、前記位置測定装置３が載置され前記他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａ近傍に、前記他方のパイプ２ｂを抱持して固定するセットテーブル５と、を備え、前記フック掛止用治具４は、前記フック３ｄを掛止する前記掛止具４ａを有し、前記一方のパイプ２ａのパイプ厚さ部２ａｄに対し前記一方のパイプ２ａの外周面２ａｂ側に設けられた位置決め稜４ｂおよび２つの位置決めピン４ｄ、４ｄの何れか一方と、内周面２ａｃ側に設けられた位置決めピン４ｃとを備え、前記パイプ端面２ａａ側から装着されてパイプ厚さ部２ａｄを挟持し、前記位置測定装置３を前記他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａに対向して前記セットテーブル５に載置し、前記一方のパイプ端面２ａａに固定された前記フック掛止用治具４の掛止具４ａに前記ワイヤ３ａを緊張状態にして前記フック３ｄが掛止され、前記一方のパイプ２ａにおけるパイプ端面２ａａの空間的位置を計測することによって前記一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａと前記他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａとの互いの空間的座標データを取得することを特徴とする。
【０００９】
また、前記フック掛止用治具４は、前記フック３ｄを掛止する前記掛止具４ａを有し、前記一方のパイプ２ａのパイプ厚さ部２ａｄに対し前記一方のパイプ２ａの外周面２ａｂ側に設けられた２つの位置決めピン４ｄ、４ｄ、および位置決め稜４ｂの何れか一方と、と内周面２ａｃ側に設けられた位置決めピン４ｃを備え、前記パイプ端面２ａａ側から装着されてパイプ厚さ部２ａｄを挟持することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパイプ端面計測装置１であって、前記セットテーブル５は、前記他方のパイプ２ｂの軸芯位置と相対的な位置関係を保持しながら前記他方のパイプ２ｂの外周面２ｂｂをチャックする、左右一対に設けられて互いに近接または離間のいずれかを行う一方のクランパ５ａａと他方のクランパ５ａｂと、前記位置測定装置３を載置し固定する位置決め機構５ａｃと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のパイプ端面計測装置１であって、前記位置決め機構５ａは、前記他方のパイプ２ｂの軸芯２ｂｄを延長した位置と、前記ワイヤ３ａをガイドするアーム３ｅの軸芯３ｅｃと、アーム３ｅの旋回軸芯３ｅｃとが交差するように前記位置測定装置３を載置しクランプすることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明のパイプ端面計測方法は、前記請求項１に係るパイプ端面計測装置１を用い、前記一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａと前記他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａとの互いの空間的座標関係を取得するパイプ端面計測方法であって、前記フック掛止用治具４が前記一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａに３〜４個装着され、前記一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａの空間的座標Ｘ、Ｙ、Ｚおよび前記他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａとの相対位置が取得されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、パイプ端面計測装置は、他方のパイプのパイプ端面を基準として設けられたセットテーブルに位置測定装置を固定し、セットテーブルに載置された位置測定装置のフックを一方のパイプ端面に固定されたフック掛止用治具の掛止具にワイヤが緊張状態で掛止させて、一方のパイプにおけるパイプ端面の空間的位置を計測することによって、一方のパイプのパイプ端面と他方のパイプのパイプ端面との互いの空間的座標データを取得することができる。これによって、パイプ端面計測装置は、船舶やプラントなどにおいて、気体や液体の搬送に用いるパイプを接続する溶接管の外形寸法を迅速かつ正確に計測し、接続される互いに対向する両パイプ端面の相対的空間座標データを取得して溶接管の製作図データを作成するパイプ端面計測装置を提供することができる。
【００１６】
また、フック掛止用治具は、フックを掛止する掛止具を有し、一方のパイプのパイプ厚さ部に対し一方のパイプの外周面側に設けられた２つの位置決めピン、および位置決め稜の何れか一方と、内周面側に設けられた１つの位置決めピンを備え、パイプ端面側から装着されパイプ厚さ部を挟持することによって、パイプ端面の位置を正確に示すことができ、接続される互いに対向する両パイプ端面の相対的空間座標データを取得して溶接管の製作図データを作成するパイプ端面計測装置を提供することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、他方のパイプに装着されたセットテーブルは、ハンドルを廻すことによってボールねじを回転させ、このボールねじにはその回転によって互いに近接または離間する一方のクランパと他方のクランパが設けられた位置決め機構を備えており、これによって、他方のパイプの軸芯位置が正確に把握され、位置測定装置を他方のパイプの軸芯位置に正確に位置決めでき、接続される互いに対向する両パイプ端面の相対的空間座標データを取得して溶接管の製作図データを作成するパイプ端面計測装置を提供することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、位置決め機構は、他方のパイプの軸芯を延長した位置と、ワイヤをガイドするアームの軸芯と、アームの旋回軸芯とが交差するように位置測定装置を載置するため、接続される互いに対向する両パイプ端面の相対的空間座標データを取得して溶接管の製作図データを作成するパイプ端面計測装置を提供することができる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、フック掛止用治具が一方のパイプのパイプ端面に３〜４個装着され、３個のフック掛止用治具よってデータとして取得される一方のパイプのパイプ端面の３つの位置の距離データや角度データに基づいて、３つの測定点を含む平面を演算し、パイプの中心点やパイプ端面の座標を演算することができる。また、４つの測定点を計測することによって、３つの測定点を含む少なくとも２つの平面が演算され、これらの２つの平面は一致していなければならないため誤差を検証することが可能である。これによって、一方のパイプのパイプ端面と他方のパイプのパイプ端面との互いの高精度の空間的座標関係を取得することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
船舶には多くの配管が設けられている。ボイラー室からの蒸気の配管、クーラーの冷気用配管の他、ガス、水道、下水道など水廻りの配管があり、さらに、ディーゼルエンジンにも排気ガス廻りの配管があり、客船やプラントを備えた船舶などでは、１０、０００本以上の配管が用いられていることがある。
これらの配管を接続する際に、例えば、高圧ガスなどではその高圧のためフランジを用いることができないので溶接管というものを用いてそれを溶接で接続する必要がある。ここで言う溶接管とは、配管と配管を接続する際に用いる配管で、フランジを介在させることなく直接に溶接で接続する際に用いる配管のことである。
従来は、新規設備を施工する現場となる船内においてパイプの直管や曲がり管などの外形寸法やフランジの位置を測定する際に、計測装置を設置する基準となる場所を定めて、その基準データを設定するのは大変苦労があった。
また、修理交換の場合では、次の寄港地でのパイプ交換に通常１週間程度の停泊が余儀なくされている。また、都合良く次の停泊地で修理交換を行うためにも溶接管の測定データをいち早く電子データとしてパイプ製造工場に伝送しなければならず迅速な測定が必要であった。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る溶接管の製作図を作成するために、一方のパイプにおけるパイプ端面の空間的座標データを取得する様子を示し、（ａ）は、一方のパイプ端面にフック掛止用治具を装着し、他方のパイプ端面に位置測定装置を装着してパイプ端面の互いの空間的座標データを取得する様子を示す側面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ―Ａ線の断面端面図であり、３点計測の場合を示し、（ｃ）は４点計測の場合を示している。なお、各フック掛止用治具の取り付け位置は等間隔に取り付けなくても構わない。適宜、設定可能である。
図１の（ａ）に示すように、船舶やプラントなどにおいて、気体や液体の搬送、特に高圧の気体の搬送にはフランジ無しのパイプが用いられる。このフランジ無しのパイプ間を接続する場合もフランジ無しの溶接管が用いられる。パイプ端面計測装置１は、パイプ間の接続を完成させるために、この接続される予定の互いに対向する両パイプ端面２ａａ、２ｂａの相対的空間座標データを取得して溶接管６の製作図データの作成に用いるものである。
本願発明のパイプ端面計測装置１は、被計測対象として互いの開口を対向させた一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａと他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａと、一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａの複数の位置を先端にフックを有する巻取り式のワイヤ３ａで長さおよび角度を計測可能な位置測定装置３と、一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａに装着されて、フックが掛止されるフック掛止用治具４と、位置測定装置３が載置され他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａ近傍に他方のパイプ２ｂを抱持して固定されるセットテーブル５とを備えている。
図１の（ｂ）に示すように、３点計測の場合では、３個のフック掛止用治具４が一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａのパイプ厚さ部２ａｄをクランプして設けられている。この３点の空間座標を測定することで三角形の平面が求められる。パイプの厚さは８ｍｍ、パイプの径は１０、３０、６０、および１００ｍｍを用いているが、これに限るものではない。
また、図１の（ｃ）に示すように、４点計測の場合では、４個のフック掛止用治具４が一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａのパイプ厚さ部２ａｄをクランプして設けられている。この４点の空間座標を測定することで、少なくとも２つの三角形の平面が求められる。４点計測の場合が３点計測の場合と異なる点は、４点計測の場合には少なくとも２つの三角形の平面が求められるが、これらの平面は同一面でなければならず、これらの平面が同一面でなければ測定値が合っていないということが検証される。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るフック掛止用治具の概略を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
図３は、本発明の第１の実施形態に係るフック掛止用治具をパイプに装着した概略を示し、（ａ）はパイプの断面図とフック掛止用治具の側面図、（ｂ）はフック掛止用治具の掛止具にフックを掛止した様子を示す側面図である。
図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）および図３の（ａ）（ｂ）に示すように、フック掛止用治具４は、フック３ｄが掛止されて回動自在に設けられた掛止具４ａと、一方のパイプ２ａのパイプ厚さ部２ａｄに対し外周面２ａｂ側に設けられた位置決め稜４ｂとその支持部４ｂａと、内周面２ａｃ側に設けられ先端を支持部４ｃａとした１つの位置決めピン４ｃとを備えている。位置決めピン４ｃは、パイプ２ａの肉厚方向に移動可能にフック掛止用治具４に螺着されている。そして、このフック掛止用治具４を一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａ側からパイプ厚さ部２ａｄに、位置決め稜４ｂの支持部４ｂａと位置決めピン４ｃの支持部４ｃａとで挟持されている。すなわち、このパイプ厚さ部２ａｄを外周面２ａｄ側の位置決め稜４ｂの支持部４ｂａに当接させ、内周面２ａｃ側の位置決めピン４ｃが蝶ボルト４ｅを捩じ込んで固定される。このフック掛止用治具４は、螺着された位置決めピン４ｃの捩じ込み量を調節することによって、一方のパイプ２ａのパイプ厚さ部２ａｄに装着されたフック掛止用治具４の掛止具４ａの位置をパイプ端面２ａａの所定の測定位置に容易に設定でき、パイプ端面の位置を正確に示すことができる。所定の測定位置はパイプ厚さ部２ａｄの中心である。パイプの多くは８ｍｍ厚を用いているが、パイプ厚に応じたフック掛止用治具を用いても構わない。なお、上記位置決めピンはボルトの先端を丸く加工したものを用いている。
【００２５】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る位置測定装置とセットテーブルの概略を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）に示すＤ矢視図である。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る位置測定装置の概略図である。
図４の（ａ）（ｂ）および図５に示すように、セットテーブル５は位置決め機構５ａを備えている。この位置決め機構５ａは、他方のパイプ２ｂの軸芯位置２ｂｄと相対的な位置関係を保持しながら他方のパイプ２ｂの外周面２ｂｂをチャックする一方のクランパ５ａａと他方のクランパ５ａｂを備えている。そして、これらの左右一対に設けられた一方のクランパ５ａａと他方のクランパ５ａｂにはボールねじ５ｂのねじピッチに螺合するねじが設けられており、しかも、一方のクランパ５ａａと他方のクランパ５ａｂではそれぞれ逆ねじとなっているため、クランパ送りハンドル５ａｃを回すことによってボールねじ５ｂが回転し、一方のクランパ５ａａと他方のクランパ５ａｂとが互いに近接または離間して他方のパイプ２ｂをクランプまたは解放する。また同時に、クランプ送りハンドル５ａｃを廻すことによって位置測定装置３のセンタリングを行うので左右の固定ハンドル５ａｄ、５ａｅによって位置測定装置３が固定される。すなわち、ボールねじ５ｂは中間部で正ねじ及び逆ねじに別れており、クランパ送りハンドル５ａｃを回すことによって回転する。そして、一方のクランパ５ａａが正ねじ部に設けられ、他方のクランパ５ａｂが逆ねじ部に設けられているため、クランパ送りハンドル５ａｃを回すことで互いに近接または互いに離間する動作を行う。これにより、一方のクランパ５ａａと他方のクランパ５ａｂのセンタリングを可能としている。また、ボールねじ５ｂの左右にはスライド式ガイド５ｃが設けられており、一方のクランパ５ａａと他方のクランパ５ａｂとを摺動自在に支持している。センタリングされた他方のパイプ２ｂはクランパ固定ねじ５ａａａおよびクランパ固定ねじ５ａｂａによって固定される。ここで、一方のクランパ５ａａが正ねじ部に設けられ、他方のクランパ５ａｂが逆ねじ部に設けられているとして説明したがこれに限るものではなく、設ける位置は逆にしても構わない。
また、他方のパイプ２ｂの軸心２ｂｄは、セットテーブル５の中心位置と交差しており、一方のクランパ５ａａと他方のクランパ５ａｂには位置測定装置３を固定する固定ハンドル５ａｄ、５ａｅが設けられていると共に、位置測定装置３の中心、即ち、ワイヤ３ａをガイドするアーム３ｅの軸芯３ｅａとアーム３ｅの旋回軸芯３ｅｃとが交差する位置が、他方のパイプ２ｂの軸心２ｂｄの延長線と交差するように構成されている。また、中心位置出し機構３ｂは、アーム３ｅの左右を支持するように設けられてアーム３ｅのセンタリングを行う。この中心位置出し機構３ｂの軸芯はアームの旋回軸心３ｅｃと同一軸芯である。
【００２６】
図６は、本発明の第１の実施形態に係るパイプ端面計測装置の概略図であり、（ａ）はパイプ断面とパイプに装着されたフック掛止用治具の側面図、（ｂ）はフック掛止用治具にワイヤを掛止した位置測定装置の側面図および製作図作成手段の概略図である。
図６の（ａ）（ｂ）に示すように、セットテーブル５に固定された位置測定装置３は、ワイヤ３ａを導出・巻取りし、導出されたワイヤ３ａの長さを測定可能なワイヤ導出長さ測定手段３ｉａを備えたワイヤ巻取り部３ｉと、ワイヤ３ａを導出する方向に回動し、回動したアーム角度θ１を測定可能で、ワイヤ巻取り部３ｉとの間でワイヤ３ａを導出・巻取りしてワイヤ３ａを支持するアーム３ｅと、アーム３ｅをワイヤ３ａの導出される方向へ旋回させ、この旋回した旋回角度θ２を測定可能な旋回台３ｃとを備えている。
セットテーブル５に固定された位置測定装置３から導出されたワイヤ３ａの先端に設けられたフック３ｄを掛止具４ａに掛ける。その際、フック掛止用治具４の中心が一方のパイプ２ａのパイプ厚さ部２ａｄの中心になるように固定される。
つまり、位置測定装置３のアーム３ｅの先端からワイヤ３ａを引き出し、ワイヤ先端のフック３ｄをフック掛止用治具４の掛止具４ａに掛止すると、ワイヤ３ａはワイヤエンコーダーとして張力を持っているので、ワイヤ３ａを案内するアーム３ｅは一方のパイプ２ａ側へ傾動する。この状態で一つの測定点のワイヤ３ａの長さ、アーム角度θ１、および旋回台３ｃの旋回角度θ２が制御部３ｈに入力される。同様の方法で、残り２箇所を測定する。
【００２７】
この方法で得られる複数の測定点の距離データや角度データに基づいて、複数の測定点を含む平面を演算し、パイプの中心点やパイプ端面の座標を演算することができる。パイプの口径としては、φ１０〜φ３０ｃｍ、φ１０〜φ６０ｃｍ、φ１０〜φ１００ｃｍなどの範囲があり、それぞれに対応するセットテーブルを用いている。
このように、パイプ端面計測装置１は、他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａを基準として設けられたセットテーブル５に位置測定装置３を固定し、セットテーブル５に載置された位置測定装置３のフック３ｄを一方のパイプ端面２ａａに固定されたフック掛止用治具４の掛止具４ａにワイヤ３ａが緊張状態で掛止させて、一方のパイプ２ａにおけるパイプ端面２ａａの空間的位置を計測することによって、一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａと他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａとの互いの空間的座標データを取得することができる。
これによって、パイプ端面計測装置は、船舶やプラントなどにおいて、気体や液体の搬送に用いるパイプを接続する溶接管の外形寸法を迅速かつ正確に計測し、接続される互いに対向する両パイプ端面の相対的空間座標データを取得して溶接管の製作図データを作成するパイプ端面計測装置を提供することができる。
【００２８】
次に、第１の実施形態に係るパイプ端面計測装置の動作を説明する。
パイプ端面計測方法は、パイプ端面計測装置１において、一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａと他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａとの互いの空間的座標関係を取得するパイプ端面計測方法であって、フック掛止用治具４が一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａに３〜４個装着され、一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａの空間的座標Ｘ、Ｙ、Ｚおよび他方のパイプ２ｂのパイプ端面２ｂａとの相対位置が取得される。
これによれば、フック掛止用治具が一方のパイプ端面に３〜４個装着され、データとして取得される一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａの複数の位置の距離データや角度データに基づいて、３つの測定点を含む平面を演算し、その平面の中心点を演算することができる。また、４つの測定点を計測することによって、３つの測定点を含む少なくとも２つの平面が演算される。このとき、これらの平面は同一面でなければならず、これらの平面が同一面でなければ測定値が合っていないということで誤差を検証することが可能である。これによって、他方のパイプ５ｂの軸芯２ｂｄ位置が正確に把握され、位置測定装置３を他方のパイプ２ｂの軸芯位置に正確に位置決めでき、接続される互いに対向する両パイプ端面の相対的空間座標データを取得して溶接管の製作図データを作成することができる。
また、フランジを設けることのできないパイプであっても、交換・修理を行う際に迅速・正確な製作図データに沿った溶接管を製作して溶接修理を高精度で安全に、そして容易に行うことができる。
【００２９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係るパイプ端面計測装置の第２の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態のフック掛止用治具には支持部４ｂａとして位置決め稜４ｂが設けられていたが、第２の実施形態では、２つの位置決めピン１４ｂ、１４ｂが設けられている点である。
図７は、本発明の第２の実施形態に係るフック掛止用治具の概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。尚、図７において、図１〜図６と同様の構成については同符合を付し、その説明を省略する。
図７の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、フック掛止用治具１４は、フック３ｄを掛止する掛止具１４ａを有し、一方のパイプ２ａのパイプ厚さ部２ａｄに対し一方のパイプ２ａの外周面２ａｂ側に設けられた２つの位置決めピン１４ｂ、１４ｂと内周面２ａｃ側に設けられた１つの位置決めピン１４ｃを備えている。この３つの位置決めピン１４ｂ、１４ｂ、１４ｃによって、一方のパイプ２ａのパイプ端面２ａａ側から装着されパイプ厚さ部２ａｄを挟持する。この螺着されてフック掛止用治具１４に設けられた３つの位置決めピン１４ｂ、１４ｂ、１４ｃを調節してどのようなパイプの厚さに対しても対応可能であり、パイプ端面２ａａの厚さ方向の中心位置を正確に把握することができ、接続される互いに対向する両パイプ端面２ａａ、２ｂａの相対的空間座標データを正確に取得することができる。
【００３０】
以上、好ましい実施の形態を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することの無い範囲内において適宜変更が可能なものである。例えば、フック掛止用治具をパイプ端面に装着するために、フック掛止用治具には、パイプの外周側に対して１つの位置決め稜、内周側に対して１つの位置決めピンを設けるなどとして説明したが、これらの個数に限定するものではなく適宜、構成しても構わない。
また、位置決め稜はフック掛止用治具にボルト４ｄによって固定されいるが、捩じ込み量の調節可能なボルトを用いて位置決め稜の位置を可変にしても構わない。さらに、内周側および外周側の位置決めピンの支持部の位置調節は、パイプの肉厚の中心に掛止具が来るように調節すると共に、パイプの径によっても変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る溶接管の製作図を作成するために、一方のパイプにおけるパイプ端面の空間的座標データを取得する様子を示し、（ａ）は一方のパイプ端面にフック掛止用治具を装着し、他方のパイプ端面に位置測定装置を装着してパイプ端面の互いの空間的座標データを取得する様子を示す側面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ―Ａ線の断面端面図であり、３点計測の場合を示し、（ｃ）は４点計測の場合を示している。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るフック掛止用治具の概略を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るフック掛止用治具をパイプに装着した概略を示し、（ａ）はパイプの断面図とフック掛止用治具の側面図、（ｂ）はフック掛止用治具の掛止具にフックを掛止した様子を示す側面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る位置測定装置とセットテーブルの概略を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）に示すＤ矢視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る位置測定装置の概略図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るパイプ端面計測装置の概略図であり、（ａ）はパイプ断面とパイプに装着されたフック掛止用治具の側面図、（ｂ）はフック掛止用治具にワイヤを掛止した位置測定装置の側面図および製作図作成手段の概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るフック掛止用治具の概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。
【図８】従来の実施形態に係る位置測定装置による測定方法を示し、（ａ）は全体概略図、（ｂ）はフランジの位置を測定する様子を示す側面図である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、船舶やプラントなどにおいて、液体や高圧の気体の搬送にフランジ無しの配管を用いる際のパイプ間を接続する溶接管の製作に際し、接続される互いに対向する両パイプ端面の相対的空間座標データを取得して溶接管の製作図データを迅速かつ正確に作成するパイプ端面計測装置およびパイプ端面計測方法に適用される。
【符号の説明】
【００３３】
１  パイプ端面計測装置
２  パイプ
２ａ  一方のパイプ、パイプ
２ａａ  パイプ端面、一方のパイプ端面
２ａｂ  外周面
２ａｃ  内周面
２ａｄ  パイプ厚さ部
２ｂ  他方のパイプ、パイプ
２ｂａ  パイプ端面、他方のパイプ端面
２ｂｂ  外周面
２ｂｄ  軸芯、他方のパイプの軸芯
３  位置測定装置
３ａ  ワイヤ
３ｂ  中心位置出し機構
３ｃ  旋回台
３ｃａ  旋回角度（θ２）測定手段
３ｄ  フック
３ｅ  アーム
３ｅａ  軸芯、アームの軸芯
３ｅｂ  アーム角度（θ１）測定手段
３ｅｃ  軸芯、アームの旋回軸芯
３ｆ  架台
３ｇ  基板
３ｈ  制御部
３ｉ  ワイヤ巻取り部
３ｉａ  ワイヤ導出長さ測定手段
４、１４  フック掛止用治具
４ａ、１４ａ  掛止具
４ｂ  位置決め稜
４ｂａ、１４ｂａ  支持部
４ｃ、１４ｂ、１４ｃ  位置決めピン
４ｃａ、１４ｂａ、１４ｃａ  支持部
４ｄ、１４ｄ  ボルト
４ｅ、１４ｅ  蝶ボルト
４ｆ、１４ｆ  ハンドル
４ｇ、１４ｇ  ナット
４ｈ、１４ｈ  円板
５  セットテーブル
５ａ  位置決め機構
５ａａ  一方のクランパ
５ａａａ  クランパ固定ねじ
５ａｂ  他方のクランパ
５ａｂａ  クランパ固定ねじ
５ａｃ  クランパ送りハンドル
５ａｄ  固定ハンドル
５ａｅ  固定ハンドル
５ｂ  ボールねじ
５ｃ  スライド式ガイド
６  溶接管
７  製作図作成手段
７ａ  ケーブル
７ｂ  モニタ
７ｃ  キー
７ｄ  製作図
【要約】
【課題】  フランジを備えていない配管の端面を計測して溶接管の製作図データを迅速かつ正確に作成するパイプ端面計測装置およびパイプ端面計測方法を提供する。
【解決手段】  本願発明は、一方のパイプ端面２ａａの複数の位置を計測可能な位置測定装置３、外周面２ａｂ側に設けられた位置決め稜４ｂと内周面２ａｃ側に設けられた位置決めピン４ｃおよび掛止具４ａとを有する、一方のパイプ端面に３〜４個装着されたフック掛止用治具４、および他方のパイプ２ｂを抱持すると共に位置測定装置３を載置したセットテーブル５を備えたパイプ端面計測装置であって、ワイヤ３ａを緊張状態にしてフック３ｄを掛止具４ａに掛止し、一方のパイプ端面２ａａの空間的位置を計測することによって、一方のパイプ端面２ａａと他方のパイプ端面２ｂａとの互いの空間的座標データを取得する。
【選択図】図１【図１】
0005877436.tif 000002
【図２】
0005877436.tif 000003
【図３】
0005877436.tif 000004
【図４】
0005877436.tif 000005
【図５】
0005877436.tif 000006
【図６】
0005877436.tif 000007
【図７】
0005877436.tif 000008
【図８】
0005877436.tif 000009