(57)【要約】【課題】蛇腹管の曲率半径を正確に計測できる曲率半径計測システムを提供する。【解決手段】曲率半径計測システム１０は、車体２０と、車体２０の位置および向きを表す情報を取得する情報取得システムと、管路軌跡１００上の対象点Ｏにおける曲率半径を算出する演算・記録部５０とを備える。演算・記録部５０は、管路軌跡１００において、Ｏより前方に、Ｏから距離Ｄ１にあるＦ１を決定し、Ｏより後方に、Ｏから距離Ｄ１にあるＢ１を決定し、Ｏ，Ｆ１，Ｂ１に基づいて、Ｏにおける曲率半径Ｒ１を算出し、Ｏより前方に、Ｏから距離Ｄ２にあるＦ２を決定し、Ｏより後方に、Ｏから距離Ｄ２にあるＢ２を決定し、Ｏ，Ｆ２，Ｂ２に基づいて、Ｏにおける曲率半径Ｒ２を算出する。【選択図】図３
2018179605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛇腹管の曲率半径を計測する、曲率半径計測システムであって、
蛇腹管内において管路軌跡上を走行する車体と、
前記車体の位置および向きを表す情報を取得する情報取得システムと、
前記管路軌跡上の対象点における曲率半径を算出する演算装置と
を備え、
前記演算装置は、
前記管路軌跡において前記対象点より前方に、前記対象点から第１の距離にある第１前方基準点を決定する機能と、
前記管路軌跡において前記対象点より後方に、前記対象点から前記第１の距離にある第１後方基準点を決定する機能と、
前記対象点、前記第１前方基準点および前記第１後方基準点に基づいて、前記対象点における第１曲率半径を算出する機能と、
前記管路軌跡において前記対象点より前方に、前記対象点から第２の距離にある第２前方基準点を決定する機能と、
前記管路軌跡において前記対象点より後方に、前記対象点から前記第２の距離にある第２後方基準点を決定する機能と、
前記対象点、前記第２前方基準点および前記第２後方基準点に基づいて、前記対象点における第２曲率半径を算出する機能と、
を備える、曲率半径計測システム。
【請求項２】
前記第２の距離は、前記第１の距離よりも短く、
前記第２前方基準点を決定する機能、前記第２後方基準点を決定する機能、および前記第２曲率半径を算出する機能は、前記第１曲率半径が所定の閾値より小さい場合に実行される、
請求項１に記載の曲率半径計測システム。
【請求項３】
前記演算装置は、
前記第１前方基準点と前記第１後方基準点との間の距離Ｌ１’を算出する機能と、
前記管路軌跡において、前記第１前方基準点における向きと、前記第１後方基準点における向きとの差を表す角度α１を算出する機能と、
次式：
【数１】
2018179605.tif 000006
を用いて、前記第１曲率半径Ｒ１を算出する機能と
をさらに備える、請求項１または２に記載の曲率半径計測システム。
【請求項４】
前記曲率半径計測システムは、
前記演算装置に対して通信可能な中継部と、
前記車体および前記中継部を接続する通信ケーブルと、
をさらに備え、
前記情報取得システムは、前記車体に設けられる加速度計および角速度計を備える、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の曲率半径計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は曲率半径計測システムに関し、とくに蛇腹管の曲率半径を計測するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
管路の形状を測定するための構成として様々なものが知られており、例として特許文献２および３に記載されたものがある。また、特許文献１には、パイプラインの曲率を検出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２５７４５０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８１６９３号公報
【特許文献３】特許第２８５１６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、蛇腹管の曲率半径を正確に計測できない場合があるという問題があった。たとえば、蛇腹管が全体として直線状に配置されていても、蛇腹管内に形成された凹凸またはその他の原因等により、曲線部であると判定されてしまう可能性がある。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、蛇腹管の曲率半径を正確に計測できる曲率半径計測システム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】
この発明に係る曲率半径計測システムは、
蛇腹管の曲率半径を計測する、曲率半径計測システムであって、
蛇腹管内において管路軌跡上を走行する車体と、
前記車体の位置および向きを表す情報を取得する情報取得システムと、
前記管路軌跡上の対象点における曲率半径を算出する演算装置と
を備え、
前記演算装置は、
前記管路軌跡において前記対象点より前方に、前記対象点から第１の距離にある第１前方基準点を決定する機能と、
前記管路軌跡において前記対象点より後方に、前記対象点から前記第１の距離にある第１後方基準点を決定する機能と、
前記対象点、前記第１前方基準点および前記第１後方基準点に基づいて、前記対象点における第１曲率半径を算出する機能と、
前記管路軌跡において前記対象点より前方に、前記対象点から第２の距離にある第２前方基準点を決定する機能と、
前記管路軌跡において前記対象点より後方に、前記対象点から前記第２の距離にある第２後方基準点を決定する機能と、
前記対象点、前記第２前方基準点および前記第２後方基準点に基づいて、前記対象点における第２曲率半径を算出する機能と、
を備える。
特定の態様によれば、
前記第２の距離は、前記第１の距離よりも短く、
前記第２前方基準点を決定する機能、前記第２後方基準点を決定する機能、および前記第２曲率半径を算出する機能は、前記第１曲率半径が所定の閾値より小さい場合に実行される。
特定の態様によれば、前記演算装置は、
前記第１前方基準点と前記第１後方基準点との間の距離Ｌ１’を算出する機能と、
前記管路軌跡において、前記第１前方基準点における向きと、前記第１後方基準点における向きとの差を表す角度α１を算出する機能と、
次式：
【０００７】
【数１】
2018179605.tif 000003
【０００８】
を用いて、前記第１曲率半径Ｒ１を算出する機能と
をさらに備える。
特定の態様によれば、
前記曲率半径計測システムは、
前記演算装置に対して通信可能な中継部と、
前記車体および前記中継部を接続する通信ケーブルと、
をさらに備え、
前記情報取得システムは、前記車体に設けられる加速度計および角速度計を備える。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、曲率半径計測システムは、複数の規模でそれぞれ曲率半径を算出するので、より正確な曲率半径を得られる可能性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る曲率半径計測システムの構成の例を示す図である。
【図２】管路軌跡の例を示す図である。
【図３】図１の記録・演算部が曲率半径を算出するために実行される動作の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係る曲率半径計測システム１０の構成の例を示す。
曲率半径計測システム１０は、蛇腹管の曲率半径を計測するためのシステムとして用いることができる。本実施形態では、曲率半径計測システム１０は、車体２０と、中継部３０と、速度センサ４０と、記録・演算部５０と、電源６０と、ケーブル７０と、ケーブル８０とを備える。
【００１２】
車体２０は、蛇腹管内において管路軌跡上を走行するように構成される。すなわち、蛇腹管内を車体２０が走行する際に、車体２０が通過する軌跡が管路軌跡であるということができる。車体２０は、たとえば図示しない車輪を備え、蛇腹管内を走行することができるように構成される。
【００１３】
車体２０には、車体２０の姿勢を検出するためのセンサが設けられる。本実施形態では、センサはジャイロ２１（角速度計）および加速度センサ２２（加速度計）を含む。ジャイロ２１は、たとえばＸ軸方向を基準とするジャイロ、Ｙ軸方向を基準とするジャイロ、およびＺ軸方向を基準とするジャイロを含む。また、加速度センサ２２は、たとえば、Ｘ軸方向の加速度を測定する加速度センサ、Ｙ軸方向の加速度を測定する加速度センサ、および、Ｚ軸方向の加速度を測定する加速度センサを含む。また、車体２０は、温度センサ２３を備えてもよい。
【００１４】
車体２０は、出力増幅器２４および入力増幅器２５を備える。これらの増幅器は、車体２０と外部の通信装置（図１の例では中継部３０またはこれを介して接続される通信装置）との間で情報を送受信できるように構成される。
【００１５】
車体２０は、車体２０を制御する制御装置を備える。図１の例では、この制御装置はＭＰＵ２６である。ＭＰＵ２６は、ジャイロ２１、加速度センサ２２および温度センサ２３から出力される情報を受信し、出力増幅器２４および入力増幅器２５を介して外部の通信装置に送信する。また、ＭＰＵ２６は、出力増幅器２４および入力増幅器２５を介して外部の通信装置から命令を受信し、この命令に従って車体２０（ジャイロ２１、加速度センサ２２および温度センサ２３を含む）を制御してもよい。
【００１６】
中継部３０は、蛇腹管に対して所定位置（たとえば蛇腹管の一端）に固定される。ケーブル７０の一端は車体２０に固定されており、車体２０が中継部３０から離れるにつれてケーブル７０が中継部３０から引き出されるよう構成されている。中継部３０は、車体２０および記録・演算部５０に対して通信可能である（または、車体２０および記録・演算部５０は、中継部３０を介して互いに通信可能である）。
【００１７】
速度センサ４０は、中継部３０または他の位置に配置され、車体２０が移動する速度を計測する。この計測は、たとえばケーブル７０が中継部３０から引き出される速さに基づいて行われる。
【００１８】
記録・演算部５０は、演算手段および記憶手段を備えたコンピュータを用いて構成され、演算装置として機能する。たとえばパーソナルコンピュータを用いてもよい。記録・演算部５０は、車体２０および速度センサ４０から送信される情報に基づき、蛇腹管の曲率半径を算出する。ここで、蛇腹管の曲率半径とは、たとえば、管路軌跡上の対象点における曲率半径によって表される。対象点の特定方法は任意であるが、たとえば所定の時間間隔（たとえば５０Ｈｚ）で車体２０の位置を特定し、この位置をそれぞれ対象点としてもよい。また、記録・演算部５０は、算出された曲率半径を記録する。さらに、記録・演算部５０は、算出または記録された曲率半径を出力してもよい。
【００１９】
ケーブル７０は、通信ケーブル７１と電源ケーブル７２とを備える。通信ケーブル７１は、車体２０と中継部３０とを電子的に接続し、車体２０と中継部３０との間で送受信される情報を伝送する。通信ケーブル７１上での情報の伝送は、たとえばＲＳ−４２２規格に従って行われる。電源ケーブル７２は、車体２０と中継部３０とを電気的に接続し、中継部３０から（または電源６０から中継部３０を介して）車体２０に供給される電力を伝送する。
【００２０】
ケーブル８０は通信ケーブルであり、中継部３０と記録・演算部５０とを電子的に接続し、中継部３０と記録・演算部５０との間で送受信される情報を伝送する。ケーブル８０上での情報の伝送は、たとえばＲＳ−２３２Ｃ規格に従って行われる。
【００２１】
電源６０は、中継部３０に接続されて電力を供給する。また、電源６０は、中継部３０および電源ケーブル７２を介して車体２０にも電力を供給する。さらに、電源６０は、中継部３０を介して、速度センサ４０および記録・演算部５０に電力を供給してもよい。
【００２２】
ジャイロ２１、加速度センサ２２および速度センサ４０は、車体２０の位置および向きを表す情報を取得する情報取得システムを構成する。本実施形態では、ジャイロ２１および加速度センサ２２が車体２０の向き（姿勢）を表す情報を取得し、速度センサ４０が車体２０の移動距離を表す情報を取得する。これらの情報に基づいて、各時点における車体２０の位置および向きを特定することが可能である。必要な演算処理は、たとえば公知技術に基づいて、ＭＰＵ２６および記録・演算部５０が実行するよう設計することができる。
【００２３】
なお、演算処理自体は実時間で行う必要はなく、たとえば計測実行中には５０Ｈｚの時間間隔で送信される３軸の加速度、３軸の角速度および移動速度を記録・演算部５０に記録しておき、計測完了後に、記録されたデータから車体２０が移動した軌跡すなわち管路軌跡を算出することができる。
【００２４】
なお、曲率半径計測システム１０の物理的構成は、図１に示すものに限らない。たとえば特許文献１または特許文献２に記載される構成を採用または組み合わせてもよい。
【００２５】
以上のように構成される曲率半径計測システム１０において、算出された管路軌跡の各点における曲率半径を計測する方法を、図２および図３を用いて以下に説明する。
【００２６】
図２に、管路軌跡１００の例を示す。なお本実施形態では管路軌跡１００はその全体が水平面内にあるものと想定する。
【００２７】
図３は、記録・演算部５０が曲率半径を算出するために実行する動作の例を示すフローチャートである。記録・演算部５０は、演算装置として図３の処理を実行する。記録・演算部５０は、記録・演算部５０を構成するコンピュータに、図３の処理を実行させるプログラムを記憶していてもよい。このプログラムは、コンピュータに、本明細書における記録・演算部５０としての機能を実現させるものであるということができる。
【００２８】
図３の処理は、管路軌跡１００の各点（対象点Ｏとする）について実行される。対象点Ｏは、管路軌跡１００における曲率半径を算出する点である。Ｏの決定は任意の方法で行ってよい。たとえば、記録・演算部５０は、管路軌跡１００上で等間隔にＯを設定してもよいし、車体２０の位置を表す情報が送信される都度、その位置にＯを設定してもよい。
【００２９】
図３の処理は、対象点Ｏが決定されることに応じて開始される（ステップＳ１）。記録・演算部５０は、Ｏに対応するＦ１（第１前方基準点）およびＢ１（第１後方基準点）を決定する（ステップＳ２）。ここで、本明細書において、「前方」および「後方」という表現は、管路軌跡１００における互いに反対の向きを表すものとして用いられており、いずれを前方とするかは任意の方法で決定することができる。
【００３０】
本実施形態では、Ｆ１は、管路軌跡１００においてＯより前方に、Ｏから距離Ｄ１（第１の距離）にある点として一意に特定される。同様に、Ｂ１は、管路軌跡１００においてＯより後方に、Ｏから距離Ｄ１にある点として一意に特定される。なおＦ１またはＢ１が複数存在する場合には、それらのうち管路軌跡１００上で最もＯに近いものを選択してもよい。なおＤ１の値は適宜設計可能である。
【００３１】
次に、記録・演算部５０は、Ｆ１およびＢ１に基づいて、Ｏにおける第１曲率半径Ｒ１を算出する（ステップＳ３。なおＲ１は図示しない）。Ｒ１の算出方法は任意である。たとえば、Ｏ，Ｆ１，Ｂ１の３点を通る円を決定し、その円の半径をＯにおける曲率半径としてもよい。
【００３２】
または、たとえば、Ｆ１の位置と、Ｆ１における管路軌跡１００の向き（たとえば車体２０の向きによって表される）と、Ｂ１の位置と、Ｂ１における管路軌跡１００の向きとに基づいて算出してもよい。この場合には、具体的な計算処理は次のように実現してもよい。
【００３３】
まず記録・演算部５０は、Ｆ１とＢ１との間の距離Ｌ１’を算出する。Ｌ１’は直線上の距離として算出されるが、Ｆ１とＢ１との間の管路軌跡１００上の距離すなわち道のりＬ１（図示せず）の近似値として扱うことができる。次に、記録・演算部５０は、管路軌跡１００において、Ｆ１における向きと、Ｂ１における向きとの差を表す角度α１（図示せず）を算出する。α１は、たとえば車体２０がＢ１からＦ１まで移動する間の、水平方向の角速度の積分値として求めることができる。そして、記録・演算部５０は、Ｌ１’とα１とに基づいて、第１曲率半径Ｒ１を算出する。算出に用いる式は、たとえば次のようなものであってもよい。
【００３４】
【数２】
2018179605.tif 000004
【００３５】
次に、記録・演算部５０は、算出したＲ１が所定の基準を満たすか否か判定する（ステップＳ４）。本実施形態では、Ｒ１が所定の閾値Ｒ０よりも小さいか否かを判定するが、他の基準を用いてもよい。Ｒ０の最適値は適宜設計可能であるが、たとえばＲ０＝１５［ｍ］としてもよい。
【００３６】
Ｒ１が所定の基準を満たさない場合（たとえばＲ１≧Ｒ０である場合）には、記録・演算部５０は図３の処理を終了する。この場合には、記録・演算部５０は、当該対象点Ｏにおける曲率半径を、第１曲率半径Ｒ１の値に決定する。
【００３７】
一方、Ｒ１が所定の基準を満たす場合（たとえばＲ１＜Ｒ０である場合）には、記録・演算部５０は、Ｏに対応するＦ２（第２前方基準点）およびＢ２（第２後方基準点）を決定する（ステップＳ５）。
【００３８】
本実施形態では、Ｆ２およびＢ２は、Ｆ１およびＢ１と同様の方法で、ただしＯからの距離をより短い値として決定される。たとえば、Ｆ２は、管路軌跡１００においてＯより前方に、Ｏから距離Ｄ２（第２の距離）にある点として一意に特定される。ここでＤ２＜Ｄ１であり、たとえばＤ２×１０＝Ｄ１となるように予め設定される（なお図２の縮尺は厳密ではない）。同様に、Ｂ２は、管路軌跡１００においてＯより後方に、Ｏから距離Ｄ２にある点として一意に特定される。なおＦ２またはＢ２が複数存在する場合には、それらのうち管路軌跡１００上で最もＯに近いものを選択してもよい。
【００３９】
次に、記録・演算部５０は、Ｆ２およびＢ２に基づいて、Ｏにおける第２曲率半径Ｒ２を算出する（ステップＳ６。なおＲ２は図示しない）。Ｒ２の算出方法は、Ｒ１の算出方法と同一としてもよい（ただしＦ１およびＢ１に代えてＦ２およびＢ２を用いる）し、異なる算出方法を用いてもよい。
【００４０】
たとえば、Ｏ，Ｆ２，Ｂ２の３点を通る円を決定し、その円の半径をＯにおける曲率半径としてもよい。
【００４１】
または、たとえば、Ｆ２の位置と、Ｆ２における管路軌跡１００の向きと、Ｂ２の位置と、Ｂ２における管路軌跡１００の向きとに基づいて算出してもよい。この場合には、具体的な計算処理は次のように実現してもよい。
【００４２】
まず記録・演算部５０は、Ｆ２とＢ２との間の距離Ｌ２’を算出する。Ｌ２’は直線上の距離として算出されるが、Ｆ２とＢ２との間の管路軌跡１００上の距離すなわち道のりＬ２（図示せず）の近似値として扱うことができる。次に、記録・演算部５０は、管路軌跡１００において、Ｆ２における向きと、Ｂ２における向きとの差を表す角度α２（図示せず）を算出する。α２は、たとえば車体２０がＢ２からＦ２まで移動する間の、水平方向の角速度の積分値として求めることができる。そして、記録・演算部５０は、Ｌ２’とα２とに基づいて、第２曲率半径Ｒ２を算出する。算出に用いる式は、たとえばＲ１と同様に次のようなものであってもよい。
【００４３】
【数３】
2018179605.tif 000005
【００４４】
ここで記録・演算部５０は図３の処理を終了する。この場合には、記録・演算部５０は、当該対象点Ｏにおける曲率半径を、第２曲率半径Ｒ２の値に決定する。
【００４５】
以上説明するように、本発明の実施の形態１に係る曲率半径計測システム１０によれば、比較的大きい距離Ｄ１に対応する規模と、比較的小さい距離Ｄ２に対応する規模とで、それぞれ曲率半径Ｒ１およびＲ２を算出するので、状況に応じてこれらの曲率半径を選択的に用いることができ、より正確な曲率半径を得られる可能性が高まる。
【００４６】
たとえば、蛇腹管内の凹凸形状の影響により、計測された管路軌跡１００がうねるような形状となる場合がある。そのような場合には、長い距離Ｄ１に基づいて算出されたＲ１のほうが凹凸の影響を受けず、より正確な値となる可能性がある。たとえば、Ｒ１≧１５［ｍ］である場合には、管路軌跡１００は対象点Ｏにおいて直線であるとみなすことができる。
【００４７】
一方、管路軌跡１００が直線とみなせない程度に湾曲している場合（たとえばＲ１＜１５となる場合）には、より短い距離Ｄ２に基づいて算出されたＲ２を用いることにより、曲率半径の精度を向上させることができる。
【００４８】
上述の実施の形態１では、Ｒ１とＲ２との使い分けの基準を、Ｒ１＜Ｒ０であるか否かとしたが、異なる基準を用いてもよい。
【００４９】
実施の形態１では、ステップＳ４からステップＳ５に分岐した場合のみＲ２を求めるが、常にＲ１およびＲ２の双方を求めるようにしてもよい。その場合には、Ｒ１およびＲ２を算出した後に、いずれを実際の曲率半径の値とするかを決定する処理（たとえばステップＳ４の判定に対応するもの）を実行してもよい。
【００５０】
実施の形態１では、管路軌跡１００が水平面内にあるものと想定しているが、傾斜した平面内または曲面上に存在する管路軌跡に対応できるようにしてもよい。その場合には、Ｄ１，Ｄ２，Ｌ１’，Ｌ２’は３次元空間内の距離として算出されてもよく、またα１およびα２の算出には３次元空間内の積分処理を用いてもよい。
【００５１】
実施の形態１では、曲率半径計測システム１０は、車体２０の位置および向きを表す情報を取得する情報取得システムとして、ジャイロ２１、加速度センサ２２および速度センサ４０を備えるが、情報取得システムの構成は任意である。たとえば加速度センサ２２のみを用いる場合や、ジャイロ２１および速度センサ４０のみを用いる場合であっても、車体２０の位置および向きの特定は可能である。
【００５２】
また、車体２０が独立して動作可能な場合には、ケーブル７０は省略してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０  曲率半径計測システム、２０  車体、２１  ジャイロ（角速度計、情報取得システム）、２２  加速度センサ（加速度計、情報取得システム）、４０  速度センサ（情報取得システム）、５０  記録・演算部（演算装置）、７１  通信ケーブル、８０  ケーブル、１００  管路軌跡、Ｄ１  第１の距離、Ｄ２  第２の距離、Ｌ１’  距離（第１前方基準点と第１後方基準点との間の距離）、Ｏ  対象点、Ｒ０  所定の閾値、Ｒ１  第１曲率半径、Ｒ２  第２曲率半径、α１  角度（第１前方基準点における向きと、第１後方基準点における向きとの差を表す角度）。
【図１】
2018179605.tif 000007
【図２】
2018179605.tif 000008
【図３】
2018179605.tif 000009