(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転中及び停止中の設備の形状に関する画像データを取得し、前記設備上に座標基準点を設定し、この座標基準点の３次元座標を算出し、前記画像データと前記基準座標点の３次元座標から前記設備上の評価点の３次元座標を算出し、運転中の評価点の３次元座標と停止中の評価点の３次元座標から評価点の移動量を算出し、この移動量によって設備の健全性を評価する設備健全性評価方法において、前記設備が所定室を含む複数の室にわたって設置されている場合、前記所定室の開口部に、所定室内３次元座標と所定室外３次元座標とを関連付ける３次元座標連結点を設けることを特徴とする設備健全性評価方法。
【請求項２】
所定室内外にわたる設備の位置合わせに、請求項１記載の設備健全性評価方法にて得られる設備の３次元座標を使用することを特徴とする設備補修工法。
【請求項３】
所定室を含む複数の室にわたって設置される設備と、運転中及び停止中の前記設備の形状に関する画像データと前記設備上に設定された座標基準点の３次元座標とを入力される入力部と、前記画像データと前記基準座標点３次元座標から前記設備上の評価点の３次元座標を算出し設備運転中の評価点の３次元座標と設備停止中の評価点の３次元座標から評価点の移動量を算出しこの移動量によって設備の健全性を判定する演算・判定部と、判定の結果を表示する表示部と、前記基準座標点の３次元座標と評価点の３次元座標を保存する保存部とを備えた設備健全性評価装置において、前記所定室の開口部に、所定室内３次元座標と所定室外３次元座標とを関連付ける３次元座標連結点を設けることを特徴とする設備健全性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電所や各種プラントに設備された配管や機器等の設備の空間的位置（３次元座標）を計測することによって設備の健全性を評価する設備健全性評価方法と評価装置、及び同装置によって得られた３次元座標を用いて行う設備補修工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラント等には、配管や機器等の設備が多数設置されている。これらの設備は、運転中の熱や負荷によって生じる応力や変形が許容値以内にあることを確認する必要がある。
【０００３】
この確認は従来、配管・機器の解析モデルを作成し、計算機による解析によって行われている。しかしながら、解析を実施する際には、配管・機器の座標データ誤差、解析上の仮定等により算出結果も、誤差を含んでいる可能性があるため、発生応力や変形を正確に知ることは困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、配管・機器等の設備運転中の熱や負荷によって生じる移動量と応力を正確に知ることのできる設備健全性評価方法及び評価装置、及びこの評価方法または評価装置を用いた設備補修工法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１に対応する発明は、設備健全性評価方法に関する発明であって、運転中及び停止中の設備の形状に関する画像データを取得し、前記設備上に座標基準点を設定し、この座標基準点の３次元座標を算出し、前記画像データと前記基準座標点の３次元座標から前記設備上の評価点の３次元座標を算出し、運転中の評価点の３次元座標と停止中の評価点の３次元座標から評価点の移動量を算出し、この移動量によって設備の健全性を評価する設備健全性評価方法において、前記設備が所定室を含む複数の室にわたって設置されている場合、前記所定室の開口部に、所定室内３次元座標と所定室外３次元座標とを関連付ける３次元座標連結点を設けることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に対応する発明は、所定室内外にわたる設備の位置合わせに、上記請求項５に対応する発明の設備健全性評価方法にて得られる設備の３次元座標を使用することを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、設備健全性評価装置に関する発明であって、所定室を含む複数の室にわたって設置される設備と、運転中及び停止中の前記設備の形状に関する画像データと前記設備上に設定された座標基準点の３次元座標とを入力される入力部と、前記画像データと前記基準座標点３次元座標から前記設備上の評価点の３次元座標を算出し設備運転中の評価点の３次元座標と設備停止中の評価点の３次元座標から評価点の移動量を算出しこの移動量によって設備の健全性を判定する演算・判定部と、判定の結果を表示する表示部と、前記基準座標点の３次元座標と評価点の３次元座標を保存する保存部とを備えた設備健全性評価装置において、前記所定室の開口部に、所定室内３次元座標と所定室外３次元座標とを関連付ける３次元座標連結点を設けることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図９を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態の設備健全性評価方法を示す流れ図であり、図２は設備健全性評価装置のハードウエア構成図である。
図１に示すように、まず画像データ取得装置、例えばフィルムカメラ，デジタルカメラ等により設備の画像データを取得する（ステップＳＡ１）。
【００１５】
次に例えば図３に示す座標基準装置を設備の表面に設置して座標基準点を設定する（ステップＳＡ２）。なお、本座標基準装置は、次のステップにて行う３次元座標取得を容易に行えるような図柄を有している。
【００１６】
次に、座標基準点の３次元座標を、角測量法原理を利用した測量装置セオドライトや、巻尺等による測定により算出する（ステップＳＡ３）。
ステップＳＡ１で取得された設備の画像データと、ステップＳＡ３で算出された座標基準点３次元座標は、図２に示した設備健全性評価装置の入力部１に入力される。
【００１７】
次に、設備健全性評価装置の演算・判定部２において、座標基準点の３次元座標を基準として、画像データ取得装置にて取得された画像データ内の設備上の評価点３次元座標を算出する（ステップＳＡ４）。評価点は健全性評価の必要に応じて設備上に１個ないし複数とる。
【００１８】
ここで図４を参照して、３次元座標取得のための写真測量法を説明する。図４に示すように対象物１，２，３が配置されており、対象物３の点Ａの３次元座標を算出するものとする。
【００１９】
まず、カメラ位置１，２において、対象物の写真を撮影する。その時、対象物は、図に示すように写真１，２上に投影される。
図５に示すように、写真１，２上の点に座標系（Ｘ1 ，Ｙ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ）を取る。そして、写真１，２の座標系（Ｘ1 ，Ｙ1 ）、（Ｘ2 ，Ｙ2 ）を含む全体の座標系を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とする。カメラの焦点距離をｆ、カメラ１とカメラ２とのＸ方向の距離をαとすると、写真１の座標系原点は全体座標系では（０，０，ｆ）、写真２の座標系原点は全体座標系では（α，０，ｆ）に位置することになる。他方、写真１上のＢ1 点と写真２上のＢ2 点の座標を、それぞれの写真座標上でＢ１（ｘ1 ，ｙ1 ），Ｂ2 （ｘ2 ，ｙ2 ）とすると、全体座標系では、Ｂ1 （ｘ1 ，ｙ1 ，ｆ），Ｂ２（ｘ2 ，ｙ2 ，ｆ）となる。
【００２０】
図５において、点Ｂ2 を写真１上に平行移動させた点をＢ2 ’とすると、三角形Ｏ1 Ｂ1 Ｂ2 ’と三角形ＡＯ1 Ｏ2 は相似であるので、座標間に以下の関係が成り立つ。
【００２１】
【数１】
0003837259.tif 000002
【００２２】
以上のように、カメラの焦点距離ｆ及びカメラ位置間隔αが分かっており、点Ｂ1 と点Ｂ2 の写真上での座標が求められれば、Ａ点の３次元座標を算出することができる。
このようにして算出された設備上の評価点の３次元座標は、健全性評価装置の保存部３に保存される（ステップＳＡ５）。
【００２３】
図６に停止中及び運転中の設備の状態を示す。運転中は、例えば配管内流体の温度が上昇するため、設備は停止状態とは異なった形状になり、評価点の座標値が変化する。そこで、図６に示すように、適切な位置に評価点を予め設定し、それらの評価点の停止中のデータを全て取得しておき、健全性評価装置の保存部３に保存しておく。その後、運転状態での全評価点の座標値を取得し、同様に保存部３に保存する（ステップＳＡ５）。
図７に保存部３に保存される設備の停止中及び運転中の評価点の３次元座標データ例を示す。
【００２４】
次に、保存部３に保存された停止中及び運転中の３次元座標データを演算・判定部２にて比較し、運転中座標−停止中座標＝移動量  の算術式から移動量を算出する（ステップＳＡ６）。この移動量によって設備の健全性を判定する場合には、図１のステップＳＡ７，８を経ずに、この移動量を表示部４に表示する（ステップＳＡ９）。表示例を図８に示す。
応力によって判定する場合には、演算・判定部２において有限要素法等を使用して、評価点の移動量から設備の応力を算出する（ステップＳＡ７）。
【００２５】
次に、上記にて算出された各評価点における発生応力と設備の材料、使用温度等から決定される許容応力とを、演算・判定部２において比較して判定し（ステップＳＡ８）、発生応力が許容応力を上回っていれば、設備が危険な状態である可能性が高いとして、表示部４に表示し操作者に光，音等によるアラームを発して設備の状態確認を促す（ステップＳＡ９）。算出された応力値と許容応力及び判定の表示例を図９に示す。
【００２６】
次に、図10を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この図に示されたステップＳＢ１からＳＢ６までは図１に示されたステップＳＡ１からＳＡ７までと同じである。本実施の形態においては、図２に示した演算・判定部２に３次元ＣＡＤデータ作成機能と３次元ＣＡＤ応力判定機能を持たせる。
【００２７】
このような構成とした設備健全性評価方法及び装置により、運転中及び停止中の設備の３次元座標を保存部３から受け取り、設備の３次元ＣＡＤデータを演算・判定部２にて作成する（ステップＳＢ７）。また、演算・判定部２において設備に発生している応力を算出し（ステップＳＢ６）、その結果と前記の３次元ＣＡＤデータを用いて３次元ＣＡＤ応力を判定する（ステップＳＢ８）。表示部４は、許容応力を上回っている設備部位の色を変化させ表示し（ステップＳＢ９）、操作者へ視覚的に伝達する。
【００２８】
次に図11を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態においては、前述した設備の３次元座標取得に写真測量法ではなくレーザ光線を用いる。すなわち、レーザ光線を設備へ発射しその反射光を受信することにより、そのレーザ発射角度と反射レーザ受信角度、及びレーザ発射位置とレーザ受信位置の距離から三角測量法を用いて、設備の３次元座標を算出する。このようにすることにより、座標基準装置の設置が困難である高所部や高放射線量のため人間が近づけない場所等についても、設備の３次元座標を取得することができる。
【００２９】
座標基準装置は、図12に符号５として示すように設備に塗装等として予め取り付けておくことにより、座標基準装置の設置が困難である高所部や高放射線量により人間が近づけない場所等についても、設備の３次元座標を取得することができる。
【００３０】
図13に本発明の第５の実施の形態を示す。
プラント内に設置される配管はプラント内の密閉空間である各室を貫通し、ポンプ，弁等の機器に接続されている。このような場合、各室に設置された設備は、各室における３次元座標空間とプラント全体における３次元座標空間を有している。しかし通常、設備の３次元座標測定は各室毎の座標を基に実施されており、異なる室に設置されている設備の座標は関連づけられていない。このため、ポンプ等の交換により配管配置を変更する際に室の内外を貫通している配管の位置を正確に合わせることは困難である。
【００３１】
そこで本実施の形態においては、所定室の開口部に座標基準装置５の取り付けられた３次元座標連結点を設け、所定室内外から画像データを取り込み、連結点の３次元座標を内外の座標空間の関連づけに使用する。このようにすることによって所定室内外の３次元座標を統合することができる。また、このように３次元座標連結点を設けることにより、所定室の内外にわたって設置されている設備の補修に際して配管や機器の位置合わせを容易に行うことができる。
【００３２】
図14に第６の実施の形態を示す。本実施の形態は校正装置に関する。
図14に示す校正装置はＬ1 、Ｌ2 、Ｈ寸法を予め厳密に測定されており、設備健全性評価の前に、校正装置のＬ1 、Ｌ2 、Ｈ寸法を設備健全性評価装置にて測定し、予め測定されている寸法と比較を行い、設備健全性評価装置の校正を行う。こうすることによって、設備の形状を正確に測定し、健全性について正しい判定を下すことができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、プラント停止中及び運転中の設備の３次元座標から設備の移動量を算出し、またその移動量から設備に発生している応力を求め許容応力値と比較するので、設備の健全性を正確に評価することができプラントの信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の設備健全性評価方法を示す流れ図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の設備健全性評価装置の構成を示す図。
【図３】座標基準装置を例示する図。
【図４】写真測量法を示す図。
【図５】写真測量法における座標系を示す図。
【図６】停止中及び運転中の設備の形状を例示する図。
【図７】保存部に保存される設備３次元座標を例示する表。
【図８】演算・判定部において算出される設備移動量を例示する図。
【図９】表示部に表示される判定結果を例示する図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の設備健全性評価方法を示す流れ図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態を示し、レーザ光線による測量法を示す図。
【図１２】本発明の第４の実施の形態を示し、座標基準装置を予め配管表面に塗装した例を示す図。
【図１３】本発明の第５の実施の形態を示し、所定室内外の関連付けを示す図。
【図１４】本発明の第６の実施の形態を示し、（ａ）は校正装置の平面図、（ｂ）は同側面図。
【符号の説明】
１…入力部、２…演算・判定部、３…保存部、４…表示部、５…座標基準装置、６…配管。
【図１】
0003837259.tif 000003
【図２】
0003837259.tif 000004
【図３】
0003837259.tif 000005
【図４】
0003837259.tif 000006
【図５】
0003837259.tif 000007
【図６】
0003837259.tif 000008
【図７】
0003837259.tif 000009
【図８】
0003837259.tif 000010
【図９】
0003837259.tif 000011
【図１０】
0003837259.tif 000012
【図１１】
0003837259.tif 000013
【図１２】
0003837259.tif 000014
【図１３】
0003837259.tif 000015
【図１４】
0003837259.tif 000016