(57)【要約】【課題】本発明の目的は、曲げ配管の寸法測定とケガキ（切断）位置の指示作業を熟練した作業者でなくとも短時間に精度良く行える曲げ配管切断位置設定方法および装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、周波数スイープされた高周波レーザを曲げ配管７に対しその径方向と長さ方向に走査しながらスキャナヘッド１から照射する。曲げ配管７からの反射信号を制御解析装置２に取込み、曲げ配管７の製作データを測定して曲げ配管７の切断位置を求める。曲げ配管７の切断位置に予め所定幅のレーザ感光剤９を塗布し可視光レーザ５を照射してレーザ感光剤９を変色させ切断線を描くようにする。【選択図】　図１
2004050363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数スイープされた高周波レーザを曲げ配管に対しその径方向と長さ方向に走査しながら照射し、前記曲げ配管からの反射信号を取込み前記曲げ配管の製作データを求めて前記曲げ配管の二次元像または三次元像と共にモニタ画面に表示して前記曲げ配管の切断位置を演算により求め、前記曲げ配管の切断位置に所定幅のレーザ感光剤を塗布して前記演算で求めた切断位置に可視光のポインティングレーザを照射し前記レーザ感光剤を変色させて切断線を描くようにしたことを特徴とする曲げ配管切断位置設定方法。
【請求項２】
周波数スイープされた高周波レーザと可視光レーザを曲げ配管に対しその径方向と長さ方向に走査しながら照射し、前記曲げ配管からの前記高周波レーザの反射信号を受信して前記曲げ配管の製作データを計測して前記曲げ配管の二次元像または三次元像と共にモニタ画面に表示して前記製作データと設計データを用いて前記曲げ配管の切断位置を求め、前記曲げ配管の径方向の切断位置に前記可視光レーザを照射されると変色する所定幅のレーザ感光剤を塗布して前記演算で求めた切断位置に可視光レーザを照射し前記レーザ感光剤を変色させて切断線を描くようにしたことを特徴とする曲げ配管切断位置設定方法。
【請求項３】
周波数スイープされた高周波レーザと可視光レーザをクランプ状曲げ配管に対しその径方向と長さ方向に走査しながら照射し、前記曲げ配管からの前記高周波レーザ反射信号を受信して前記曲げ配管の製作データを計測して前記曲げ配管の二次元像または三次元像と共にモニタ画面に表示して設計データとの製作誤差に基づき前記曲げ配管の切断位置を求め、前記曲げ配管の径方向の切断位置に沿って前記可視光レーザを照射されると脱色して変色するレーザ感光剤を所定幅だけ噴霧して塗布して前記演算で求めた切断位置に可視光レーザを照射し前記レーザ感光剤を変色させて切断線を描くようにしたことを特徴とする曲げ配管切断位置設定方法。
【請求項４】
周波数スイープされた高周波レーザを曲げ配管に対しその径方向と長さ方向に走査しながら照射するスキャナヘッドと、前記曲げ配管からの反射信号を取込み前記曲げ配管の製作データを求めて前記曲げ配管の二次元像または三次元像と共にモニタ画面に表示して前記曲げ配管の切断位置を演算により求め、演算により求めた前記曲げ配管の切断位置に前記スキャナヘッドから可視光のポインティングレーザを照射させる制御解析装置と、前記演算で求めた切断位置に可視光のポインティングレーザを照射されると変色して切断線を描くように前記曲げ配管の切断位置に沿って所定幅で塗布されるレーザ感光剤とを具備することを特徴とする曲げ配管切断位置設定装置。
【請求項５】
周波数スイープされた高周波レーザと可視光レーザを曲げ配管に対しその径方向と長さ方向に走査しながら照射するスキャナヘッドと、前記曲げ配管からの前記高周波レーザの反射信号を受信して前記曲げ配管の製作データを計測して前記曲げ配管の二次元像または三次元像と共にモニタ画面に表示して前記製作データと設計データを用いて前記曲げ配管の切断位置を演算により求め、演算により求めた前記曲げ配管の切断位置に前記スキャナヘッドから可視光レーザを照射させる制御解析装置と、前記演算で求めた前記曲げ配管の切断位置に前記可視光レーザを照射されると変色して切断線を描くように前記曲げ配管の径方向の切断位置に沿って塗布されたレーザ感光剤とを具備することを特徴とする曲げ配管切断位置設定装置。
【請求項６】
周波数スイープされた高周波レーザと可視光レーザをクランプ状曲げ配管に対しその径方向と長さ方向に走査しながら照射するスキャナヘッドと、前記曲げ配管からの前記高周波レーザ反射信号を受信して前記曲げ配管の製作データを計測して前記曲げ配管の二次元像または三次元像と共にモニタ画面に表示して設計データとの製作誤差に基づき前記曲げ配管の切断位置を演算により求め、演算により求めた前記曲げ配管の前記切断位置に前記スキャナヘッドから可視光レーザを照射させる制御解析装置と、前記演算で求めた前記曲げ配管の径方向の切断位置に前記可視光レーザを照射されると脱色により変色して切断線を描くように前記曲げ配管の径方向の切断位置に沿って噴霧して所定幅だけ塗布されたレーザ感光剤とを具備することを特徴とする曲げ配管切断位置設定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波レーザを曲げ配管に照射しその反射信号を受信して曲げ配管の製作データを計測して曲げ配管の切断位置を設定指示する曲げ配管切断位置設定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学プラントや原子力関連設備においては、各種の径や形状の配管を使用することが多く、クランク状に曲げられた所定の大きさの曲げ配管に直線状の配管を溶接接続することが行われている。その際、例えば基準となる水平部分の中心線に対し直角に曲げられて垂直に延びる配管部分を切断し、その切断面に長い直線状の配管の端面を当接させて溶接することになる。
【０００３】
このような場合、基準位置からの切断面の距離、垂直部分の中心線に対する直角度精度が重要となる。すなわち、精度が悪いと溶接部分と反対側の長い配管の先端位置にずれが生じ、次の配管を接続するときに最初の配管に対して傾いたり、全体の長さ寸法誤差が大きくなったりする。
【０００４】
そのため従来は、作業者が大型ノギスにより定盤の上に載置された曲げ配管の寸法測定と、定盤と曲げ配管との角度を分度器で測定して、曲げ配管の中心線、直径、真円度、長さ、曲げ角度、曲げ半径など製作データを計測してケガキ（切断）位置を決めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、作業者が手作業によって曲げ配管の製作データを測定しているので、測定に長時間を要すると共に測定精度も悪く、かつ熟練した作業者でなければ作業が難しいという問題点を有する。
【０００６】
このため、この曲げ配管の寸法測定とケガキ（切断）位置の指示作業を熟練した作業者でなくとも短時間に精度良く行える計測装置の開発が強く望まれている。
【０００７】
本発明の目的は前記欠点をなくし、曲げ配管の寸法測定とケガキ（切断）位置の指示作業を熟練した作業者でなくとも短時間に精度良く行える曲げ配管切断位置設定方法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、周波数スイープされた高周波レーザを曲げ配管に対しその径方向と長さ方向に走査しながら照射し、曲げ配管からの反射信号を取込み曲げ配管の製作データを求めて曲げ配管の二次元像または三次元像と共にモニタ画面に表示して曲げ配管の切断位置を演算により求め、演算により求めた曲げ配管の切断位置を可視光レーザを照射して曲げ配管の切断位置に塗布されたレーザ感光剤を変色させて切断線を描くようにしたことにある。
【０００９】
本発明は周波数スイープされた高周波レーザを曲げ配管に対し照射した反射信号を取込み曲げ配管の製作データを計測して曲げ配管の切断位置を演算により求め、演算により求めた曲げ配管の切断位置を可視光レーザを照射して曲げ配管の切断位置に塗布されたレーザ感光剤を変色させて切断線を描くようにし人手によらず描くことができるため曲げ配管の寸法測定とケガキ（切断）位置の指示作業を熟練した作業者でなくとも短時間に精度良く行える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
図１に本発明のＦＭレーザを利用した曲げ配管切断位置設定装置の構成図を示す。
図１において、曲げ配管７は定盤６に載置されている。スキャナヘッド１は周波数スイープされた高周波レーザ（不可視光）と可視光レーザを発生するレーザ発振器を内蔵しており、曲げ配管７に対しその径方向（水平方向）と長さ方向（垂直方向）に走査しながらレーザビーム（高周波レーザと可視光レーザ）５を照射する。スキャナヘッド１はスイープ周波数と走査方向を制御解析装置２によって制御される。
【００１１】
スキャナヘッド１は曲げ配管７からの高周波レーザの反射信号を受信して制御解析装置２に加える。制御解析装置２はモニタ３、４に曲げ配管７の二次元像または三次元像を表示して、高周波レーザの反射信号を用いて曲げ配管７の製作データを測定する。
【００１２】
さて、制御解析装置２はスキャナヘッド１の走査を制御してレーザビーム５の周波数をスイープし、送信信号と受信信号の周波数の差から距離を求めて実時間でモニタ３，４の画面上に曲げ配管７の二次元像または三次元像を表示する。そして、制御解析装置２は曲げ配管７の中心線、直径、真円度、長さ、曲げ角度、曲げ半径などの製作データ（パラメータ）を求め、これらのパラメータの測定を終了した後にケガキ（切断）位置を演算により求める。
【００１３】
この場合、ケガキ（切断）位置は曲げ配管７の外径部全周には指示できないが、レーザ光の照射される範囲、つまり曲げ配管７のほぼ半周に設定指示される。例えば、曲げ配管７の垂直方向の直角度誤差が２度傾いていた場合、その角度誤差分の２度を考慮して切断線を決定する必要があり、一点のみではその製作誤差に応じた位置を決められないからである。ポインティングレーザ光は可視光で、例えば赤色で指示され、後述するようにしてケガキ線が描かれ、後工程で切断される。
【００１４】
図２はＦＭレーザレーダの距離計測原理を示す。
ＦＭレーザレーダは、周波数をスイープしてレーザビームを目標物に照射した反射信号を受信し、送信周波数と受信周波数の差を用いて、目標物までの距離を高精度で測定する技術として知られている。
【００１５】
図２において、縦軸はＦＭレーザレーダの周波数（スイープ周波数）で、横軸は時間である。実線１２は送信レーザビームの周波数と時間との関係、点線１３は受信レーザビームの周波数と時間との関係を示す。
【００１６】
図２に示すように、高周波レーザの周波数のスイープは１ｍｓ毎に０〜１００ＧＨｚまたは１００〜０ＧＨｚにスイープされる。送信レーザビーム１２と受信レーザビーム１３の時間差Δｔはスキャナヘッド１と曲げ配管７との間の距離Δｄに相当し、距離Δｄ（ｍｍ）は送信レーザビーム１２と受信レーザビーム１３の周波数の差Δｆ（Ｈｚ）を６６７で除した値で示される。
【００１７】
ＦＭレーザレーダの主な仕様の一例を以下に示す。
レーザの周波数…２００ＴＨｚ
スイープ周波数…１００ＧＨｚ／ｍｓ
測定精度　　　　　　…１０ｍで±２５μｍ、６０ｍで±１２５μｍ
測定距離　　　　　　…２ｍ〜６０ｍ
首振り角度　　　　…水平方向：３６０°、垂直方向：±６０°
測定速度　　　　　　…１０，０００点／分
このような仕様のＦＭレーザレーダを用いると、曲げ配管７の寸法測定（製作データ測定）は約１時間程で終了することができる。
【００１８】
図３に制御解析装置２によって測定されモニタ３、４に表示される曲げ配管７の一例を示す。
【００１９】
図３に示す三次元像表示曲げ配管３０は、曲げ配管７からの反射ビームを受信して各反射点位置を求め、測定した製作データ（パラメータ）と共に表示したものである。
【００２０】
図３において、Ｃ１〜Ｃ３は中心線、Ｄ１、Ｄ２は直径、Ｄ’１、Ｄ’２は真円度、Ｌ１〜Ｌ４は長さ、θは曲げ角度、Ｒ１，Ｒ２は曲げ半径をそれぞれ示している。なお、制御解析装置２は曲げ配管７の設計データ（ＣＡＤデータ）を持っており、この設計データを参照して各反射点位置を求めパラメータを算出する。この算出においては、直径Ｄ１，Ｄ２の測定値から中心線Ｃ１〜Ｃ３を計算し、それぞれの交点を測定の基準位置に設定している。
【００２１】
前述したように、曲げ配管７への高周波レーザの照射は円形管の全周に亘って行われるのではなく、ほぼ半周となる。曲げ配管７の高周波レーザを照射されない反対側の半周の寸法形状は、照射された部分の測定データからＣＡＤデータに基づいて推定した値で代用している。
【００２２】
ＣＡＤデータは、曲げ配管７が最終的に切断された形の設計データであり、この設計データに基づき製作データ（パラメータ）の測定値を算出する。なお、設計データは必ずしもＣＡＤデータである必要はなく、設計図面に相当するパラメータのみのデータを用いることもできる。
【００２３】
曲げ配管７の曲げられた部分は、曲げ半径Ｒ１、Ｒ２の大きさによって変形量が異なり、これが小さいほど変形し易く、真円度誤差が大きくなる。この種の配管では、使用する側では曲げ半径を小さく、真円度を良くしたいと要求される。真円度が悪くなることは、曲げられた際、外側が伸びるため管の肉厚が減少し、したがって強度が下がることにつながることを意味しており、所定の真円度を確保する必要がある。
【００２４】
曲げられた部分の肉厚を外側から測定するのは困難であり、曲げられた部分のパラメータの直径Ｄ１、Ｄ２の測定値から真円度Ｄ’１、Ｄ’２を算出し、肉厚の減少度合を推定する。真円度Ｄ’１、Ｄ’２が規定値を外れた場合には修正できないため、不良品として取り扱われる。したがって、後工程での溶接前に測定することは重要な検査項目であり、切断位置の決定と同時に肉厚測定を自動的に行うことが可能となる。
【００２５】
図４は本発明によるケガキ（切断）位置表示の一例を示す。
作業員は制御解析装置２で製作データ（パラメータ）を測定して切断線を求めた後に図５（ａ）に示すように切断位置（切断線）に沿って所定幅のレーザ感光剤（レーザ反応剤）９を塗布する。切断位置は曲げ配管７の切断端から１０ｃｍ程度で予め判っており、作業員が曲げ配管７の径方向に所定幅（所定領域）のレーザ感光剤（レーザ反応剤）９を塗布する。通常、レーザ感光剤９は噴霧により、例えば、青色が塗布される。
【００２６】
曲げ配管７の径方向に所定幅の青色レーザ感光剤９を塗布し、制御解析装置２から赤色可視光レーザ５を図５（ａ）の破線８で示すように曲げ配管７の径方向に走査しながら照射する。青色レーザ感光剤９は赤色可視光レーザ５を照射されると照射された部分が脱色され曲げ配管７の下地色になる。
【００２７】
レーザ感光剤９は赤色レーザなどの可視光レーザ５を照射されると脱色によって短時間に変色する。したがって、曲げ配管７には図５（ｂ）に示すように実線で示す切断線８が人手に頼ることなく描かれ表示される。
【００２８】
このようにして曲げ配管７に切断位置（切断線）８が表示され後工程で切断される。
【００２９】
以上のようにして曲げ配管の切断位置を設定するのであるが、周波数スイープされた高周波レーザを曲げ配管に対し照射した反射信号を取込み曲げ配管の製作データを計測して曲げ配管の切断位置を求め、曲げ配管の切断位置にレーザ感光剤を塗布して可視光レーザを照射し切断位置（切断位置線）を人手によらず描くことができるため曲げ配管の寸法測定とケガキ（切断）位置の指示作業を熟練した作業者でなくとも短時間に精度良く行える。
【００３０】
また、曲げ配管の製作工程において、大型ノギスと分度器によらず、曲げ配管にＦＭレーザレーダのレーザビームを当てるだけで曲げ配管の寸法測定およびケガキ（切断）位置の指示ができ、効率向上、信頼性向上に大きく寄与できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、曲げ配管の寸法測定およびケガキ（切断）位置の指示が、精度良く自動的にでき、効率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】ＦＭレーザレーダの距離計測原理の説明図である。
【図３】本発明を説明するための曲げ配管のモニタ表示の一例を示す図である。
【図４】本発明を説明するためのケガキ（切断）位置表示の一例を示す図である。
【図５】本発明を説明するためのケガキ（切断）位置表示の説明図である。
【符号の説明】
１…スキャナヘッド、２…制御解析装置、３、４…モニタ、５…レーザビーム、６…定盤、７…曲げ配管、８…ケガキ（切断）位置、９…レーザ感光剤、１２…送信レーザビーム、１３…受信レーザビーム、３０…三次元像表示曲げ配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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