(57)【要約】【課題】従来よりもより迅速かつエラーを生じにくい、管の品質を測定するためのシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】この課題は、第１ケーシングおよび第２ケーシングを有するシステムによって解決され、ここでは第１ケーシングは、光透過性基板、この記光透過性基板の第１の面側に配置されたカメラ、および第１ケーシングの表面にリング状に配置された照明源を有しており、この照明源は、光透過性基板の第２の面に配置された対象体を照明するように動作し、カメラは、光透過性基板の第２の面に配置された対象体の画像を捕捉するように動作し、第２ケーシングは、カメラによって捕捉した画像を処理する回路ボードと、照明源に電気エネルギを供給しかつ回路ボードに給電するバッテリパックとを有しており、第２ケーシングは、上記のシステムを人間が片手で握れるように第１ケーシングに固定的に取り付けられている。【選択図】図１
2016020916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管（１０４）の品質を決定するためのシステム（１００）において、
前記システムは、
前記システムを操作する間、人間が片手で操作できるようにグリップを備えたケーシング（１２０，１２２）と、
第１の面と、当該第１の面とは反対側の第２の面とを有する、前記ケーシング（１２０，１２２）内に配置された光透過性基板（１０２）と、
前記ケーシング（１２０，１２２）内の、前記光透過性基板の前記第１の面側に配置されたカメラ（１０６）であって、前記光透過性基板（１０２）の第２の面に対して配置された前記管（１０４）の横断面の画像を取得するカメラ（１０６）と、
前記ケーシング（１２０，１２２）内であって、前記ケーシングの円周部にリング状に配置され、かつ前記光透過性基板（１０２）の第１の面側に位置決めされた照明源（１０８）と
を有しており、
前記照明源（１０８）は、前記光透過性基板の前記第２の面側に対して配置された前記管（１０４）の横断面を照明し、
前記システムは更に、
前記カメラ（１０６）によって捕捉した前記管（１０４）の横断面の前記画像を処理する、前記ケーシング（１２０，１２２）内に配置された回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサと、
前記照明源（１０８）かつ前記回路ボード（１２４）に電気エネルギを供給する、前記ケーシング（１２０，１２２）内に配置されたバッテリパック（１２６）と
を有しており、
前記回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサは、前記画像から前記管（１０４）の寸法および形状を計算し、前記計算された管（１０４）の寸法または形状に基づき前記管（１０４）を受け入れるか又は拒絶するかを決定するように動作するものである
ことを特徴とするシステム（１００）。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記回路ボード（１２４）又は前記マイクロプロセッサと電気的に通信するデータベースを更に有する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記回路ボード（１２４）又は前記マイクロプロセッサは、前記管（１０４）の横断面の前記画像から前記管（１０４）のサイズおよび幾何学形状を計算し、規格に基づいて前記管（１０４）を受け入れるか又は拒絶するかを決定するように動作する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記測定、寸法、形状および前記管（１０４）の受け入れ又は拒絶を可視化するために、前記ケーシング（１２０，１２２）に接続されたディスプレイを更に有する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記光透過性基板（１０２）は、石英、シリカ、アルミナ、チタニア、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルイミドおよび当該材料の組み合わせからなるグループから選択される、
ことを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記照明源（１０８）は、前記カメラ（１０６）の周りにリング状に配置された複数の点光源を含む、
ことを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、
全体システムは、前記管（１０４）を挿入および取り出すための開口部を有する不透明な囲い板（１６０）に囲まれている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記回路ボード（１２４）又は前記マイクロプロセッサは、前記画像を、前記管（１０４）の複数の径方向横断面の区画に分割し、そして、各径方向横断面毎の内径および外径を決定する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項２に記載のシステムにおいて、
前記電気的な通信には、電気的なハード配線、無線通信またはこれらの組み合わせが含まれる、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記カメラを起動するためのトリガ（１３０）を有する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項３に記載のシステムにおいて、
品質の判定は、ＡＳＭＥ  Ｂ３１．１−２０１０およびＥＮ  ２  ９５２−５Ｘに従う、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記回路ボード（１２４）又は前記マイクロプロセッサには、前記管（１０４）に対する画像処理ライブラリが含まれている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記回路ボード（１２４）又は前記マイクロプロセッサは、前記管（１０４）の、平均内径、平均外径、内径の真円度、外径の真円度、内径内の流量領域、内径内の流れの位置、内側表面におけるフラットスポットの有無、および、内側表面におけるフラットスポットの位置からなるグループから選択された少なくとも１つの値を計算する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記回路ボード（１２４）又は前記マイクロプロセッサは、ボイラ規格によって要求される計算を実行する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記ケーシングの一部は、円錐形、円筒形および立方体形からなるグループから選択される形状を有する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
管（１０４）の品質を決定するための方法において、
該方法は、
前記管（１０４）の品質を検査し、決定するために、固定された管（１０４）へハンドヘルド型システム（１００）を移動させることを含み、
前記ハンドヘルド型システム（１００）は、
前記ハンドヘルド型システム（１００）を操作する間、人間が片手で操作できるようにグリップを備えたケーシング（１２０，１２２）と、
第１の面と、当該第１の面とは反対側の第２の面とを有する、前記ケーシング（１２０，１２２）内に配置された光透過性基板（１０２）と、
前記ケーシング（１２０，１２２）内の、前記光透過性基板の前記第１の面側に配置されたカメラ（１０６）であって、前記光透過性基板（１０２）の第２の面に対して配置された前記管（１０４）の横断面の画像を取得するカメラ（１０６）と、
前記ケーシング（１２０，１２２）内であって、前記ケーシングの円周部にリング状に配置されかつ前記光透過性基板（１０２）の第１の面側に位置決めされた照明源（１０８）と、を有しており、
前記照明源は、前記光透過性基板の前記第２の面側に対して配置された前記管（１０４）の横断面を照明し、
前記ハンドヘルド型システム（１００）は、更に、
前記カメラ（１０６）によって捕捉した前記管（１０４）の横断面の画像を処理する、前記ケーシング（１２０，１２２）内に配置された回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサと、
前記照明源（１０８）かつ前記回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサに電気エネルギを供給する、前記ケーシング（１２０，１２２）内に配置されたバッテリパック（１２６）と
を有しており、
前記回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサは、前記画像から前記管（１０４）の寸法および形状を計算し、前記計算された管（１０４）の寸法または形状に基づき前記管（１０４）を受け入れるか又は拒絶するかを決定するように動作する、方法において、
前記方法は、
手でもって操作される間、管（１０４）の横断面領域と、前記ハンドヘルド型システム（１００）の前記光透過性基板（１０２）の第２の面とを接触させ、
ここで、前記横断面領域は、前記管（１０４）の前記横断面の質量中心を通る軸に対して垂直になり、
手でもって操作される間、画像を取得するために前記管（１０４）の前記横断面領域をイメージングし、
前記画像を前記回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサに転送し、
前記画像を、前記管（１０４）の複数の径方向横断面の区画に分割し、
前記複数の径方向区画の区画毎に内径および外径を測定し、
前記測定に基づき前記管（１０４）のパラメータを決定し、
前記決定されたパラメータに基づき前記管（１０４）の品質を決定する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
前記決定されたパラメータは、前記管（１０４）の、平均内径、平均外径、内径の真円度、外径の真円度、内径内の流量面積、内径内の流れの位置、内側表面のフラットスポットの有無、および内側表面のフラットスポットの位置の少なくとも一つを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記カメラと前記光透過性基板との距離は固定している、請求項１記載のシステム。
【請求項１９】
前記回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサが、前記管（１０４）の、前記平均内径および前記平均外径のうちの少なくとも一つを計算する、請求項１記載のシステム。
【請求項２０】
前記回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサが、前記管（１０４）の、内径の真円度および外径の真円度のうちの少なくとも一つを計算する、請求項１記載のシステム。
【請求項２１】
前記回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサが、前記管（１０４）の、内径内の流量面積および内径内の流れの位置のうちの少なくとも一つを計算する、請求項１記載のシステム。
【請求項２２】
前記回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサが、前記管（１０４）の、内側表面のフラットスポットの有無および内側表面のフラットスポットの位置のうちの少なくとも一つを計算する、請求項１記載のシステム。
【請求項２３】
前記カメラで捕捉される前記画像は、単一の画像である、請求項１記載のシステム。
【請求項２４】
前記回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサは、規格によって規定された前記パラメータを決定するように動作する、請求項１記載のシステム。
【請求項２５】
前記光透過性基板に対向する前記管（１０４）の前記横断面は、前記管（１０４）の曲がった部分である、請求項１記載のシステム。
【請求項２６】
前記システムによって画像化される前記管（１０４）は、前記カメラによって同時に画像化される複数の管を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項２７】
前記複数の管（１０４）は、水管壁である、請求項２６記載のシステム。
【請求項２８】
前記回路ボード（１２４）又はマイクロプロセッサは、前記水管壁内の、中央から外れたバー、溶接ビードの欠落、および／または、管間隔を決定するように動作する、請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】
前記カメラの軸と前記管の軸は同軸である必要はない、請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管の品質を測定する方法およびシステムに関する。本発明は殊に、ボイラにおける管の品質を測定する自動的な方法を可能にするハンドヘルドシステムに関する。
【０００２】
関連出願との相互参照
本願は、２０１２年９月１３日に提出された米国仮特許明細書第６１／７００，７５０号（文書番号Ｗ１２／０７３−０）と、これに並行して提出された"METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINIG QUALITY OF TUVES"（文書番号Ｗ１２／０７３−１）という名称の米国非仮特許明細書（シリアル番号１３／９６８，８８７）と、２０１２年９月１３日に提出された米国仮特許明細書第６１／７００，７８８号（文書番号Ｗ１２／０７４−０）に優先権を主張するものであり、これらの明細書の開示内容は、その全体がここに組み込まれるものとする。
【背景技術】
【０００３】
ボイラ管の製造には、サイズの相異なる様々な合金鋼チューブが使用される。１つのボイラに使用される複数の管を選択するためには、これらの管の直径、壁厚、材料の組成および／または硬さが既知であることが望ましい。
【０００４】
上記の組成のような材料特性は、ハンドヘルド型ＰＭＩ（positive material identification）装置を使用して識別することができるが、上記の直径および壁厚のような管サイズの測定には、バーニアキャリパ、マイクロメータなどのハンドヘルド型装置を使用しなければならないことが多い。これは、遅くまたエラーを発生し易いプロセスである。
【０００５】
一般的に管は複数の束で出荷され、これらの束は、必要になるまで製造個所に貯えられ、管を受け取った製造個所にある検査所においてランダムな検査が行われる。検査者は、受け取った管と、出荷された管の個数およびタイプについての記載がある出荷書類購入、マスタの目録および注文書とを突き合わせる。ハンドヘルド型装置による大量の管の測定には時間がかかり、検査される管の個数も制限される。広く使用されているすべてのボイラ規則（例えばＡＳＭＥおよびＥＮ）では、測定に基づいて行わなければならない計算が、計算値毎の許容判定基準と共に規定されている。
【０００６】
一般的には曲管の横断面測定値を取得して所要の計算を行った後、検査レポートが作成される。この検査レポートが詳細に示しているのは、特定のベンドサンプルが不合格または合格したことである。上記の全体プロセスは、検査所において手動で行われた場合、数日間かかってしまう。したがってより迅速でありかつエラーを一層生じにくい手法を使用することが望ましいのである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来よりもより迅速かつエラーを生じにくい、管の品質を測定するためのシステムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のシステムについての課題は、本願発明の請求項１に記載したシステムによって解決される。このシステムは、第１ケーシングおよび第２ケーシングを有するシステムであり、第１ケーシングは、第１の面と、この第１の面とは反対側の第２の面とを有する光透過性基板、この光透過性基板の上記の第１の面側に配置されたカメラ、および第１ケーシングの表面にリング状に配置されかつ光透過性基板の第１の面側に位置決めされた照明源を有しており、この照明源は、上記の光透過性基板の第２の面に配置された対象体を照明するように動作し、上記のカメラは、上記の光透過性基板の第２の面に配置された対象体の画像を捕捉するように動作し、上記の第２ケーシングは、カメラによって捕捉した画像を処理するように動作する回路ボードと、上記の照明源に電気エネルギを供給しかつ回路ボードに給電するように動作するバッテリパックとを有しており、上記の第２ケーシングは、上記のシステムを人間が片手で握れるように上記の第１ケーシングに固定的に取り付けられている。
【０００９】
また上記の方法についての課題は、本発明の請求項１７により、管を検査するために固定の管にシステムを搬送することを含む方法によって解決され、ここでこのシステムは、第１ケーシングおよび第２ケーシングとを有しており、この第１ケーシングは、第１の面と、当該第１の面とは反対側の第２の面とを有する光透過性基板、この光透過性基板の第１の面側に配置されたカメラ、および第１ケーシングの表面にリング状に配置されかつ光透過性基板の第１の面側に位置決めされた照明源を有しており、この照明源は、光透過性基板の第２の面に配置された対象体を照明するように動作し、カメラは、光透過性基板の第２の面に配置された対象体の画像を捕捉するように動作し、上記の第２ケーシングは、カメラによって捕捉した画像を処理するように動作する回路ボードと、上記の照明源に電気エネルギを供給しかつ回路ボードに給電するように動作するバッテリパックとを有しており、上記の第２ケーシングは、上記のシステムを人間が片手で握れるように第１ケーシングに固定的に取り付けられており、直管の横断面領域と、光透過性基板の第２の面とを接触させ、上記の横断面領域が、この横断面の質量中心を通る軸に対して垂直になるようにし、画像を取得するためにこの横断面領域をイメージングし、この画像をマイクロプロセッサに転送し、この画像を複数の区画に分割し、これらの複数の区画の区画毎に内径および外径を測定し、上記の管に対して内径、外径、質量中心、壁厚、真円度および流量面積を測定する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】管のサイズおよび幾何学形状を測定するために使用される例示的なハンドヘルド型ポータブルシステムの図である。
【図２】曲管のサイズおよび幾何学形状を測定するための例示的な方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明で開示されているシステムによって測定すべきサイズおよび形状を有する例示的な水管壁の横断面図である。
【００１１】
ここに開示されているのは、管の様々な特性（サイズおよび幾何学形状）を測定するためのハンドヘルド型ポータブルシステムである。この管は、（いかなる湾曲部も有しない）直管または曲管とすることが可能である。例示的な実施形態において、上記のシステムは、光透過性基板と、照明源と、カメラとが配置されたケーシングを有する。このカメラは、マイクロプロセッサおよびデータベースと通信して動作することが可能である。１つの実施形態においてこのカメラには、マイクロプロセッサが含まれており、これによってデータベースと通信を行う。このデータベースは、コンピュータの一部とすることができ、以下ではコンピュータデータベースと称することになる。上記のシステムは、軽量であり、手で持ち運ぶことができる。
【００１２】
またここには、複数の管から複数の管横断面を迅速かつ正確に検査し、各横断面において所望の測定を行い、ＡＳＭＥ  Ｂ３１．１−２０１０およびＥＮ  ２  ９５２−５に規定された値を計算する方法も開示されている。この方法には、各管に対する検査レポートを生成することも含まれており、上記の検査データをデータベースに保存する。この方法は直管または曲管に使用することができる。例示的な１つの実施形態において、この方法は、直管に使用される。この方法にはまた、上記のデータを記憶し、処理し、上記のコンピュータデータベースにこのデータを転送することが含まれている。
【００１３】
上記の方法は、いかなる専用のトレーニングも必要ない人員による測定値の自動収集を含めて、従来使用されている別の方法に対して大きな利点を有する。管の測定には、一層多くの測定点が使用され、バーニアキャリパおよびマイクロメータを用いて手動で行われる測定よりも一層正確かつ再現可能な結果が得られる。上記のカメラからマイクロプロセッサおよびデータベースに測定データが自動的に転送されることにより、転記時のエラーが防止される。複雑な数学的な計算の自動実行は、トレーニングをまったくしていないかまたほとんどしていない店員によって行うことができる。上記の方法は結果的に、他の慣用的な方法に比べて手計算によるエラーが低減することになる。検査レポートは、いつかの言語で作成することができる。相異なる自然言語のネイティブスピーカは、上記のシステムおよび方法をその好みの言語で使用することができる。検査結果は、１時間以内に得ることができる（これには、複数の区画の切断および先鋭なエッジを除去するための切断端の研磨などの管の準備時間も含まれる）。
【実施例】
【００１４】
図１には、管のサイズ上の特性および幾何学的な特性を測定するために使用されるシステム１００の側面図が示されている。システム１００には、光透過性基板１０２を含む第１端部１４０および第２端部１５０をそれぞれ有する第１ケーシング１２０と、カメラ１０６と、照明源１０８とが含まれており、ここでは照明源１０８は、上記の光透過性基板とカメラ１０６との間に配置されている。カメラ１０６は、上記のケーシングの第１端部１４０に配置されている。透過性基板１０２は、上記のケーシングの第２端部に向かって配置されており、また第１側面と第２側面を有しており、第２側面は、第１側面とは反対側を向くように配置されている。カメラ１０６は、光透過性基板１０２に接触していてもまたは接触していなくてもよい。所期のサイズおよび幾何学的な特性を有する管１０４は、図１に示したように透過性基板１０２に接触させられ、またその横断面領域は、照明源１０８によって照明されて、カメラ１０６によってイメージングされる。
【００１５】
第１ケーシング１２０は、回路ボード１２４およびバッテリパック１２６を含む第２ケーシング１２２に固定的に取り付けられる。バッテリパック１２６および回路ボード１２４は、電気回路１２８を介して、第１ケーシング１２０に含まれる照明源１０８と電気的に通信する。第２ケーシング１２２はまたそれに配置されたトリガ１３０を有しており、このトリガは、カメラ１０６または回路ボード１２４と協調的に動作し、カメラ１０６および上記の照明源を起動するのに使用される。
【００１６】
第１ケーシング１２０は、任意の所望の形状（例えば円錐形、円筒形、立方体形など）を有することができるが、有利には円錐形であり、カメラ１０６と基板１０２との間に配置される照明源１０８を含む。照明源１０８は、第１ケーシング１２０の一部分に沿って円周方向に配置されている。これは一般的にカメラ１０６のレンズの周囲に同心に配置される。１つの実施形態では、カメラ１０６に集められた画像に外部光が歪みを発生させないようにするため、光学的に不透明な囲い板１６０が、システム１００の周りに配置されている。この不透明な囲い板１６０は、反射性でない内側面および開口部を有しており、この開口部を通して、イメージングのために管を挿入し、その後取り除くことができる。
【００１７】
第１ケーシング１２０および第２ケーシング１２２は、システム１００がハンドヘルド式であり、かつ、手に容易につかんで持ち運べるように配置することができる。１つの実施形態において、第１ケーシング１２０および第２ケーシング１２２は、材料の同じ部分をなす。言い換えると、システム１００は単一のケーシング内に含まれるのである。このケーシングは、光が画像を歪ませないようにするため不透明である。第１ケーシング１２０および第２ケーシングは、適当な材料から製造される。１つの実施形態において第１ケーシング１２０および第２ケーシング１２２は、ポリマ、セラミックまたは薄板金のような軽量材料から製造される。例示的な１つの実施形態において、第１ケーシング１２０および第２ケーシング１２２は、ポリマから製造される。このポリマは、システム１００に進入し得る外部光の量を最小化するために不透明であることが望ましい。
【００１８】
カメラ１０６は、（図示しない）マイクロプロセッサおよび（図示しない）コンピュータデータベースと電気的に通信することができる。マイクロプロセッサとデータベースとの間の電気的に通信には、電気的なハード結線、ワイヤレス通信、またはこれらの組み合わせを含むことができる。マイクロプロセッサおよびコンピュータデータベースは、インタネットと通信することが可能である。例示的な１つの実施形態においてカメラ１０６は、イメージプロセッシング機能を有するデジタルカメラである（すなわち、このカメラは、このカメラによって記録された画像から得られたデータを処理するように動作する画像処理ライブラリを含むマイクロマイクロプロセッサを含むのである）。画像処理ライブラリは、管の質量中心、管の内径、管の外径、管の真円度、壁厚、流れの領域および管の内径におけるフラットスポットの有無を求めるために使用される。上記のデータベースは、マイクロプロセッサから得られたデータを格納することができ、また曲管の半径、曲管全体にわたる流量面積などの曲管の全体的な特性を計算するためにこのデータを使用することができる。１つの実施形態において、システム１００は、上記のカメラを制御するため、また管の横断面領域の画像を表示するための（図示しない）モニタを含むことができる。このモニタは、全体的なシステム制御、注釈、データ格納、報告書作成およびネットワークアクセスのためのデータベースを含むコンピュータと電気的に通信する。
【００１９】
カメラ１０６は、基板１０２上に配置されている直管（または曲管）の横断面をイメージングするために使用される。曲管の横断面に接触する基板の表面と、カメラとの間隔「ｌ」は既知であり、管のサイズの測定時に使用される。カメラ１０６は、基板から固定の間隔「ｌ」でカメラを維持するための手段を備えている。これにより、「ｌ」の値が変化することに起因する画像の倍率の変化が防止される。
【００２０】
カメラ１０６は、管の横断面の単一の画像または複数の画像を取得するために使用され、これらの画像をマイクロプロセッサに送信する。１つの実施形態においてカメラ１０６は、管の各横断面領域の１個から１２個の画像を記録するために使用される。例示的な１つの実施形態においてカメラ１０６は、管の横断面の単一の画像を使用するために使用される。この画像はつぎに上記のマイクロプロセッサにおいて処理される。
【００２１】
光透過性基板１０２は、特性を測定しようとする管を位置決めするために使用される。管１０４が取り付けられる光透過性基板１０２が、基板１０２に入射する光の強度に基づき、７５％以上の、殊に８５％以上の、さらに殊に有利には９５％の透過率を有することが望ましい。１つの実施形態において、光透過性基板はこれに入射する光の少なくとも７５％、殊に少なくとも８５％、さらに殊に有利には少なくとも９５％を、これを通して透過させることができる。光透過性基板は、第１ケーシング１２０に固定して取り付けられ、石英、シリカ、アルミナ、チタニア、光透過性ポリマなどの光透過性材料から作製することができる。使用可能な光透過性ポリマの例は、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルイミドなど、または上記のポリマのうちの少なくとも１つを含む組み合わせである。光透過性基板１０２は、フレキシブルフィルムの形態かまたは固体の硬いパネルの形態とすることが可能である。
【００２２】
上述のようにシステム１００は選択的に、不透明な囲い板１６０内に収容することができる。この不透明な囲い板は、カメラ１０６に外部光が当たってしまい、集めた画像を歪ませないように機能する。照明源１０８は、蛍光照明源を含むことができるかまたはカメラ１０６の周りにリングの形態で配置されかつ第１ケーシング１０２に接触する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。多重反射による画像の歪みを防止するため、照明源として点照明源を使用することが望ましい。点照明源を使用することにより、管の横断面領域のエッジにおけるコントラストを最大にするように設計されたパターンにおいて横断面領域は有効に照明される。上記の点照明源は、カメラの周りにリング状に配置される。このリングは、カメラのレンズの周りに同心で配置することが望ましい。例示的な１つの実施形態において、上記の点照明源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００２３】
回路ボード１２４およびバッテリパック１２６は、第２ケーシング１２２に配置されており、照明源１０８を制御するのに使用される。回路ボード１２４はまた、マイクロプロセッサの代わりに使用することも可能である。言い換えると、回路ボード１２４は、イメージングライブラリを含むことができるのである。トリガ１３０は、管１０４の横断面領域の画像を捕捉するカメラ１０６を起動するために使用される。
【００２４】
図２は、管の特性を測定する例示的な方法を示している。上記のシステムの使用方法の１つの実施形態において、管の横断面は、光透過性基板１０２の表面上に配置されており、この光透過性基板に直接接触する。直管（すなわち、曲げられていないまっすぐな管）の横断面はまず、壁厚および外径を求めるため、基板１０２上に配置される。カメラ１０６は、横断面領域の画像を得るために操作され、つぎにこの画像は、内径、外径、壁厚、真円度、内周および外周における任意のフラットスポットの長さおよび面積、質量中心などを計算するのに使用される。つぎにこれらの測定値およびこれらのサイズおよび幾何学的な特徴から得られる計算値は、コンピュータデータベースに格納される。これらのサイズおよび幾何学的特徴を得るためのプロトコルを以下に手短に説明する。曲げられていない一連の管を測定する場合、上記の特徴は、管毎に計算することができ、上記のコンピュータデータベースに格納される。管がその後曲げられる場合には、上記のデータは、曲管において得られるデータとの比較に使用される。１つの実施形態において、これは、曲管区画との比較に対する基準として使用される。
【００２５】
これらの測定はまた、後で曲げられる直管に対してまず行うことも可能である。曲管を測定する場合、図１に示した第１ケーシング１２０のＸ−Ｘ’軸が垂直になるようにシステム１００を回転することができる。直管の測定がまず行われて上記のデータベースに格納される。これに続いてこの管は曲げられて、以下に説明するように測定が行われる。管１０４の曲がった部分は、複数の区画に切断され、各区画は透過性基板１０２上に配置される。１つの実施形態において曲管は、２〜１０個の区画に、殊に３〜７個の区画に切断され、各区画の反対側の端部は、その横断面領域がイメージングされるように上記の光透過性基板に載置される。上記の横断面領域は一般に、管壁に平行な軸に対して垂直である。ただしこの軸は、上記の横断面領域の中心を通る軸である。管の中心がカメラ１０６の中心および照明源１０８の中心と同心になるように管が配置されると望ましいが、これは必須ではない。１つの実施形態において、イメージングすべき横断面領域の中心が、カメラ１０６の中心および照明源１０８の幾何学的な中心を含む単一の軸上になるように上記の管が配置される。管１０４の横断面領域を光透過性基板に接触させてこの基板上に管１０４が載置されると、上記のカメラによって横断面領域の画像が撮影されて上記のマイクロプロセッサに転送され、このマイクロプロセッサにおいてこの画像は、以下に説明するようにさらに処理される。
【００２６】
この管の一方の端部の画像が捕捉されるのに続いて、この管の反対側の端部の第２の画像が撮影される。直管に対しては、この第２の画像は、ハンドヘルド型システムをこの管の反対側の端部に移動して図１に示したようにシステム１００と接触させることによって撮影される。曲管に対しては、第１の区画の両方の端部がイメージングされると、第２区間の画像が捕捉され、これについて第３の区間の画像が捕捉される等々である。このようにして直管または曲管のいくつかの横断面領域画像を捕捉することができ、これらの横断面領域画像は、付加的な計算処理のために上記のマイクロプロセッサに転送される。この付加的な処理については以下で説明する。
【００２７】
カメラ１０６によって取得した横断面画像は、（内径および外径の両方において）複数の区画に分割される。管１０４の横断面の内径および外径は、上記の区画のそれぞれにおいて測定される。１つの実施形態において、横断面画像は、２〜２８８個の区画に分割され、殊に２４〜１４４個の区画に分割され、また殊に４８〜９６個の区画に分割される。例示的な１つの実施形態において上記の横断面画像は、上記の内径および外径の両方に沿って７２個の区画に分割される。
【００２８】
上記のマイクロプロセッサにおけるライブラリにより、上記の横断面画像に対する平均内径および平均外径の計算が容易になる。このライブラリはまた、横断面画像の内径および外径に対する真円度および結果的に得られる壁厚を計算する。上記のマイクロプロセッサはまた、上記の管の内径内での流量面積を計算してその位置を特定することができる。これは、また管の内側の表面領域におけるフラットスポットの有無を計算して位置を特定するために使用可能である。
【００２９】
上記の計算は、複数の規格に対して行うことができる。１つの実施形態においてＡＳＭＥ  Ｂ３１．１−２０１２およびＥＮ  ２  ９５２−５に対して上記計算を行うことができる。
【００３０】
質量中心、内径、外径、真円度、壁厚、流量面積、曲げた後の管壁における最大のフラットスポットの長さおよび面積などに対する上記の値は、マイクロプロセッサによってコンピュータデータベースに転送されて、そこに格納される。コンピュータデータベースに格納されているソフトウェアプログラムは、管の別の統計的なパラメタ（例えば、曲げ部分の半径、流体の流れ面積、流体の流れ体積など）を計算するために使用される。
【００３１】
１つの実施形態において上記のデータベースは、曲管において得られたデータと、（曲げのない）直管において得られたデータとの比較を容易にするのに使用される。上記のコンピュータモニタは、任意のボイラ規格に沿った計算を実行する前のオペレータの承認のために、画像および計算した測定値を表示するために使用することができる。また上記のシステムによって可能になるのは、上記の曲管がどのボイラ規格と合致することが予想されるかをオペレータが選択できるようにすることである。上記のシステム（すなわち、付属するデータベースを加えたコンピュータ）は、任意のボイラ規格（これにはＡＳＭＥ  Ｂ３１．１−２０１０およびＥＮ  ２  ９５２−５が含まれるがこれに限定されない）によって要求される計算を可能にする。このシステムは、各曲げ区間が上記の規格の規定に合格するか否かを決定するために、上記のボイラ規格に沿った計算の結果と、規格の境界とを比較するのに使用することができる。
【００３２】
１つの実施形態において、システム１００は、一緒に溶接されて水管壁を形成する複数の管における欠陥を検出するのに使用可能である。水管壁は一般的に、図３に示した概略横断面からわかるように複数の管を互いに溶接することによって製造される。図３を参照すると、この水管壁は、少なくとも４つの溶接ビードによってバー２０８に溶接される複数の管２０４を有する。１つの水管壁に使用されるこれらの管は一般的に、３インチ以下の外径を有する。管のグループ（多くの場合１つに付き６〜１２個）は、専用の機械において分離バーに溶接される。プラントサイトにおいて組み立てられて完成した際の水管壁の全体幅は一般的に４０〜６０フィートであり、数百の管を含み得る。水壁管は溶接の前、一般的に長さが約４０フィートである（トラックまたは艀によって荷送り可能である）。ポータブルシステム１００は、図３に示したように管間隔における変動、溶接ビードの欠落および中心から外れたバーを検出するのに使用可能である。検出される別の水管壁の問題には、不正確な管直径、壁厚およびねじれたまたは欠落した接続バーなどが含まれ得る。
【００３３】
ここで示したシステム１００は多くの利点を有する。１つの実施形態において、複数の管横断面から計算によって得られた結果を結合して、直管または曲管に対するボイラ規格適合性についての包括的な１つの計算結果にするために上記のシステムを使用することができる。上記のコンピュータモニタにより、測定値および位置の注釈が付けられた各管横断面の画像を表示して検査レポートにまとめることができる。上記のコンピュータデータベースは、測定しかつ計算したキーデータをセーブするのに使用することができ、このデータは、品質記録データベースに格納するか、操作されるかまたは要約される。このデータベースは、任意の所望の時点に検査レポートを作成するため使用することができ、このレポートの内容は、オペレータによって選択されたボイラ規格の要求に依存して適合させることができる。このデータベースは、要求に応じて（例えば英語、ドイツ語および中国語）に相異なる複数の言語で上記の検査レポートを供給するのに使用することができる。この検査レポートは、相異なる複数の形式（例えばＰＤＦ，ＨＴＭＬなど）で作成可能である。またコンピュータデータベースは、所望のすべての測定値を採取して検査レポートを作成するプロセスを通して、ボイラ規格適合計算に詳しくないオペレータをガイドすることができる。
【００３４】
起動されると、ハンドヘルドシステム１００は、管端部の画像を捕捉し、管直径、最大管厚、最小管厚、平均管厚および真円度を計算する。データは、例えばシステム１００の外部に取り付けられたＬＣＤスクリーンのような専用のディスプレイ上でユーザに表示することができる。また測定データは、有線（例えばＲＳ−２３２シリアル、ＵＳＢまたはイーサネット）を使用してコンピュータに転送することができ、またはBluetooth（登録商標），Zigbee（登録商標）または802.11 WiFiなどの技術を使用して無線で転送することができる。またデータは、後の転送または分析のために上記の測定装置の内部に格納することも可能である。例えば、この装置は、管のロットから測定される最大壁厚および最小壁厚、最大直径および最小直径長径、ならびに最大楕円率、最小楕円率および平均楕円率を計算することができる。
【００３５】
別のいくつかの特徴により、上記のハンドルヘルド装置は一層高速かつ一層便利に使用可能になる。ピストル状のグリップおよび引き金状のボタンにより、ユーザはこの装置を便利に携行することができ、１つのグループ内の複数の管を迅速に測定することができる。この装置の前面または背面の外部ディスプレイにより、装置の状態および最新の測定値について迅速にフィードバックすることができる。バッテリ給電およびワイヤレス接続によってワイヤが無くなることにより、この装置は扱いが容易になる。透明の位置決めプレトにより、測定に対してこの装置を適切に位置決めするのが容易になる。この装置を用いれば２，３秒で１つの管において複数の測定値を容易に採取することができる。
【００３６】
またシステム１００は、これがポータブルである点で物理的に有利であり、管の検査が必要な任意のサイトに片手で搬送することができる。１つの実施形態において、システム１００の重量は１０ポンド以下であり、殊に５ポンド以下であり、殊に有利には３ポンドである。このシステムは、複数の管の複数の横断面特性を一度に測定するために使用することができ、複数の管からなる１つの水管壁の特性を測定するために使用することができる。
【００３７】
ハンドヘルドシステム１００は上記の画像からデータを処理して紙へのプリントアウトをユーザに提供することができるか、またはデータをリモートデータベースに転送して、このリモートデータベースにおいてハードコピーを印刷するか、またはフラッシュデバイスまたはコンパクトディスクにセーブすることができる。
【００３８】
ここまで本発明をいくつかの実施形態を参照して説明して来たが、本発明の範囲を逸脱することなくさまざまな変更を行い得ることおよび要素をその等価なものによって置き換えられることは当業者には明らかである。さらに本発明の実質的に範囲から逸脱することなく、特定の状況または素材を本発明の教示に適合させるため、多くの変更を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために最善である考えられた形態として開示された上記の特定の実施形態には制限されることはないのであり、本発明は、添付の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を含むのである。
【符号の説明】
【００３９】
１００  システム、  １０２  光透過性基板、  １０４  管、  １０６  カメラ、  １０８  照明源、  １２０  第１ケーシング、  １２２  第２ケーシング、  １２４  回路ボード、  １２６  バッテリパック、  １２８  電気回路、  １３０  トリガ、  １４０  第１端部、  １５０  第２端部、  １６０  囲い板、  ２０４  管、  ２０６  溶接ビード、  ２０８  バー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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