JP2001194319A - 伝熱管外表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 狭い伝熱管群であっても、検査機構を自由に
前後左右に走行させて伝熱管外表面の検査を可能とす
る。 【解決手段】 スパイラルロール２１には外周面に羽根
２０−１，２０−２がスパイラル状に取り付けられてい
る。そして、スパイラルロール２１を矢印ｃ１のように
左回転させると、スパイラルロール２１は伝熱管２の表
面に接触しながら図の下方へ前進する。また、スパイラ
ルロール２１を逆に右回転させると、スパイラルロール
２１は伝熱管２の表面に接触しながら図の上方へ後退す
る。このようなスパイラルロール２１をフレームに収納
して、そのフレームに検査機構を連結すれば、検査機構
は狭い伝熱管群内を自由に移動できるようになり、伝熱
管２２の外表面の検査を容易に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は伝熱管外表面検査装
置に係り、特に、ボイラ伝熱管等の外表面の摩耗状態を
検査するのに好適な伝熱管外表面検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ内の伝熱管を検査する従来の検査
装置としては、図３０に示すようなものがある。この検
査装置においては、複数の伝熱管１からなる伝熱管群の
中に走行レール２をセットし、この走行レール２上を矢
印ａ方向に検査機構３を移動させながら各伝熱管１の外
表面を検査することができる。走行レール２の上下端部
は走行レール固定器具４，５で支持されている。

【０００３】また、図３１に示すような検査装置も知ら
れている。この検査装置は、ワイヤ巻き取り装置６から
吊り下げられたワイヤ７の先端に検査機構３が設けら
れ、ワイヤ巻き取り装置６によりワイヤ７を駆動して検
査装置３を矢印ｂ方向に移動させるようになっている。
伝熱管１に軸方向レール８をセットしておけば、この軸
方向レール８上をワイヤ巻き取り装置６は移動すること
ができ、検査機構３を伝熱管１の軸方向（図３１の紙面
垂直方向）に移動させることができる。

【０００４】次に、検査機構３については、図３２の従
来例が知られている。この従来例は石炭焚ボイラ横置伝
熱管のアッシュエロージョン傾向を把握する検査技術に
関するものである。図３２において、伝熱管群の中に搬
入された検査装置１０から、伝熱管群深層部に検査ユニ
ット１１を挿入する。検査ユニット１１には、検査デバ
イスとして、伝熱管に対して斜めに縞状のレーザシート
光を照射するレーザシート発信器、およびレーザシート
光が照射された箇所を撮影するＣＣＤカメラを搭載して
おり、伝熱管群深層部の伝熱管情報を取り込むことがで
きる。

【０００５】取り込まれた伝熱管情報は映像信号とし
て、炉外に設置した電源・制御盤１２を経由して画像処
理パソコン１３に取り込まれる。画像処理パソコン１３
では、画像処理を行って伝熱管摩耗程度を判定し、その
判定結果をＣＲＴ１４およびプリンタ１５に出力する。

【０００６】図３３は検出原理を示したものである。石
炭焚ボイラのアッシュエロージョンの特徴としては、火
炉から後部伝熱部に流れてくる燃焼排ガス中に含まれる
燃焼灰を研磨材として、ガス流れが特異となった部位の
伝熱管表面を研削していく。この部位の表面状態は、燃
焼灰が非常に微細なため、鏡面状態を示すようになる。
エロージョンが進行するとこの鏡面状態範囲が拡大され
る。

【０００７】ここで伝熱管に対して斜め位置に、レーザ
シート発信器１６を設置して、伝熱管１に縞状のレーザ
シート光を照射すると、伝熱管１の健全部においては通
常の物体面であるからレーザシート光は乱反射する。そ
れに対して、伝熱管１の摩耗部では前述したように鏡面
状態であるから、照射されたレーザシート光の入射角と
同じ角度で全反射してしまう。この状態を、レーザシー
ト発信器１６と同様な角度に設置したＣＣＤカメラ１７
で撮影すると、摩耗部に対応した範囲のレーザシート光
の欠落を捉えることができる。そして、この欠落部の面
積を算出して、あらかじめ区分した判定基準で評価して
アッシュエロージョン傾向を把握することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のうち走行レール上を検査機構が移動するレール
方式のものでは、走行レールの設置が必要であり、その
走行レール設置の際は伝熱管群の上下に作業員を配置
し、作業を行う必要があった。しかも、伝熱管軸方向に
検査機構を移動させて検査する際には、走行レールを位
置を変えて再設置する必要があった。

【０００９】ワイヤに検査機構を吊り下げたワイヤ方式
のものでは、伝熱管群の上部にワイヤ巻き取り装置およ
び管軸方向レールが必要であり、装置構成が複雑とな
る。このためワイヤ巻き取り装置および管軸方向レール
を伝熱管群上に設置した後、移動機構を伝熱管群内に挿
入する必要があり、さらに伝熱管群の列を移動して検査
する場合は、ワイヤ巻き取り装置および伝熱管軸方向レ
ールを人手にて移動させる必要があった。また、伝熱管
軸方向への検査機構の移動は、伝熱管群上部に設置した
管軸方向レールの上をワイヤ巻き取り装置を移動させる
ことで行うが、千鳥配列の配管群の場合に対して配慮さ
れておらず、千鳥配列の斜めの伝熱管隙間に移動機構を
挿入した場合、伝熱管群上部に設置されたワイヤ巻き取
り装置を移動させても移動機構は伝熱管軸方向に移動で
きないという問題点があった。

【００１０】伝熱管群を移動する移動機構は対向する伝
熱管隙間が狭隘部となり、このため装置の小型化が必要
になる。さらに最も大きな問題は、前記伝熱管隙間が設
計寸法通りではなく、運転時の熱負荷などにより大きな
寸法偏差が生じていることである。このため、ある程度
余裕度を考慮しているとはいえ設計寸法を大前提として
いる図３０や図３１に示す従来の検査装置では対応がで
きなかった。

【００１１】また、従来の検査機構は非接触による連続
検査ではあるが、伝熱管の表面反射状態（乱反射状態、
鏡面状態）のエリアを判定し、その大きさで摩耗状態を
把握していたが、その検出量は、あくまでも傾向値であ
り摩耗絶対値を把握するためには、別途、検査装置を投
入する必要があった。

【００１２】また、ボイラ運転中に摩耗が発生していて
も、ボイラ停止後何らかの原因により、伝熱管表面に灰
が固着してしまい、エアーパージによる検査前処理によ
って伝熱管表面反射状態が露出しない場合においては、
誤判定を発生させてしまう恐れがあった。

【００１３】本発明の第１の目的は、千鳥配列の狭い伝
熱管群で、さらに管の隙間に実使用による変動があって
も、レールやワイヤ巻き取り装置なしで、検査機構を自
由に前後左右に自走させて、伝熱管外表面の検査を行う
ことのできる伝熱管外表面検査装置を提供することにあ
る。

【００１４】また、本発明の第２の目的は、伝熱管外表
面の形状による摩耗量を把握することのできるできる伝
熱管外表面検査装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の伝熱管外表面検査装置は、外周面上にフィ
ンが螺旋状に取り付けられ、並列に配置される複数の棒
状体と、該棒状体の両端部を回転自在に支持するフレー
ムと、前記棒状体を回転駆動させる駆動手段とからなる
移動装置を、前記棒状体の軸方向に複数直列配置すると
共に、該複数の移動装置を伸縮部材で連結し、さらに検
査手段を前記移動装置に連結し、前記駆動手段により前
記棒状体を回転駆動させることにより、前記移動装置と
共に前記検査手段を伝熱管群内で移動させることを特徴
としている。

【００１６】上記の伝熱管外表面検査装置を構成するに
際しては、以下の要素を付加することができる。 （１）前記フィンは前記棒状体の外周面上に１周以上取
り付けられており、さらにフィンのピッチは前記伝熱管
群の管ピッチに等しい。 （２）前記移動装置から伸延させた押し当て部材を設
け、該押し当て部材を伝熱管郡内で対向する一方側の伝
熱管に押し当てることにより、他方側の伝熱管にフィン
を介して前記移動装置を押し付ける。 （３）前記押し当て部材は一方側の伝熱管に押し当てた
り解除する機構を有する。

【００１７】また、本発明は、外周面上にフィンが螺旋
状に取り付けられ、並列に配置される複数の棒状体と、
該棒状体の両端部を回転自在に支持するフレームと、前
記棒状体を回転駆動させる駆動手段とからなる移動装置
に、検査手段を連結し、前記駆動手段により前記棒状体
を回転駆動させることにより、前記移動装置と共に前記
検査手段を伝熱管群内で移動させることを特徴としてい
る。

【００１８】上記の各伝熱管外表面検査装置を構成する
に際しては、以下の要素を付加することができる。 （１）前記並列に配置された隣り合う棒状体の螺旋の巻
き方向は互いに逆方向であり、さらに互いに逆方向に回
転する。 （２）前記フィンのピッチは、前記棒状体の軸方向中央
部では前記伝熱管群の管ピッチに等しく、軸方向両端部
では前記伝熱管群の管ピッチよりも大きい。 （３）前記フィンは、前記棒状体の軸を含む面で切った
ときの断面形状が、一側では長く、他側では短く形成さ
れている。 （４）前記フィンは反発力を有し、前記移動装置が前記
伝熱管郡内を移動する際には、前記一側の長く形成され
たフィンが各伝熱管表面に接触し、該フィンの反発力に
よって前記移動機構を伝熱管と伝熱管の間に位置させ
る。

【００１９】（５）前記検査手段は、伝熱管の外表面に
縞状のレーザシート光を垂直方向から且つ該縞状のレー
ザシート光が伝熱管軸方向に直角となるように照射する
照射部と、前記レーザシート光が照射されている箇所を
伝熱管外表面に対して直角方向と斜め方向から撮影し、
該伝熱管外表面での前記レーザシート光の反射光を複数
個の円弧形状の撮影画像として取り込む複数の撮影部
と、前記撮影画像を解析して前記伝熱管外表面の摩耗状
況を判断する解析部とを備えている。 （６）前記解析部は、前記撮影画像が歪んだ円弧である
ときは、その円弧の仮想円を前記照射部および前記撮影
部の位置関係から数学的に求め、前記円弧と前記仮想円
との相違から前記伝熱管外表面の摩耗状況を判断する。 （７）前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中
心とを一致させ、前記仮想円に対して前記円弧が部分的
にずれている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、
且つ前記箇所の円周方向の幅から摩耗量を算出する。 （８）前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中
心とを一致させ、前記仮想円に対して前記円弧が部分的
にずれている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、
且つ前記箇所の法線方向のずれ量から摩耗量を算出す
る。 （９）前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧との
距離を求め、その距離が最小値を示す箇所を摩耗量が最
大の位置であると識別する。

【００２０】（１０）前記解析部は、前記仮想円の中心
と前記円弧の中心とを一致させ、前記仮想円に対して前
記円弧がずれている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識
別し、且つそのずれ量から摩耗量を算出する。 （１１）前記解析部は、前記照射部からのレーザシート
光と同軸上で撮影した、前記レーザシート光の前記伝熱
管外表面での反射光情報を取り込むとともに、その反射
光情報に基づいて前記摩耗量を補正する。 （１２）前記伝熱管を検知するセンサが設けられ、前記
撮影部および前記解析部は前記センサからの検出信号に
基づいて作動する。 （１３）前記センサとしては、前記伝熱管との距離を測
定する距離測定センサ、前記伝熱管のセンターラインを
検出するセンターライン検出センサ、および前記棒状体
の回転量を検出する回転量検出センサが設けられてい
る。 本発明における外周面上にフィンが螺旋状に取り付けら
れ、並列に配置される複数の棒状体（以下スパイラルロ
ールと称することがある）の構成を図６および図７に示
す。

【００２１】外周面上にフィン（以下羽根と称すること
がある）２０が螺旋状（以下スパイラル状と称すること
がある）に取り付けられたスパイラルロール２１を伝熱
管２２の間に挿入して回転させると、スパイラルロール
２１はネジのようにその軸方向に推力が発生する。すな
わち、図６および図７において、スパイラルロール２１
には図の下方に向かって右ねじの方向（時計周り）に羽
根２０が巻いてあり、この場合、スパイラルロール２１
を矢印ｃ１のように左回転（図６）、または矢印ｃ２の
ように右回転（図７）することにより、図６のように図
の下方へ前進または図７のように図の上方へ後退する。
なお、スパイラルロール２１の外周面に取り付けられた
羽根２０−１（前進用）、２０−２（後退用）は分割し
なくてもよいが、等分に分割すれば、可撓性が高くなり
伝熱管へのホールド性が上昇するので分割羽根とするこ
とが望ましい。

【００２２】上記構成において、図６および図７に示す
ように、外周方向に１周したフィンのピッチ（以下スパ
イラルリードまたはＬｓと称することがある）を伝熱管
ピッチに等しくすることにより、伝熱管ピッチ以上の外
径を持つ羽根を設置でき、停止時には羽根２０が伝熱管
２２に接触し、スパイラルロール２１が伝熱管群内を滑
り落ちることなく停止位置を確保した状態で静止させて
おくことができる。また、羽根２０の外径をＤｗ、伝熱
管隙間をＬｐとすれば、Ｄｗ＞Ｌｐである。

【００２３】図６および図７では羽根２０が伝熱管２２
の上面側に接触するように構成されていたが、図８のよ
うに、伝熱管２２の下面側に接触する羽根２３をスパイ
ラル状に取り付けることもできる。このように構成すれ
ば、下方に前進する際に羽根２０が対向する伝熱管２２
の下面側に接触しているので、前進時にも下面側から羽
根側に推力が与えられるため、ホールド性能が向上す
る。しかしながら、伝熱管群においては、内部を被加熱
流体である高温の流体が流れており、外部を加熱流体で
ある高温のガスや流動媒体が流れているため、伝熱管群
間の間隙寸法が運転時間によって、当初の設計寸法から
変動しており、場所によっては大きな変動が生じてい
る。このような場所では、前記図８に示すような装置と
することは、既設の運転中のプラントに使用されている
伝熱管群においては干渉が生じて移動できなくなる場合
がある。

【００２４】図９に移動機構を直列方向に２台並べたも
のを示す。図９においては移動機構をわかりやすくする
ために、検査機構、フレームなど図示を省略したものも
ある。図９において、スパイラルロール２１の外周面上
に羽根のピッチ（スパイラルリード）を設計時の管ピッ
チと等しくして、１周以上取り付けており、それによっ
て必ず１点は接触するようにしている。しかしながら、
１台の移動機構では管ピッチＰが大幅に変動した場合、
例えば管がうねっている状態ではその変動を吸収できな
い。したがって、本発明においては、少なくとも２台を
直列配置し、その間を伸縮性のある継ぎ手などの部材で
連結し、互いに引き合うことで、必ず、１点が接触する
ように機能する。

【００２５】また、羽根を外周面でばねなどの弾性を有
する部材で取り付け、弾性を持たせ、変動を吸収する構
造とすることもできる。

【００２６】また、単独のスパイラルロールの場合は、
図１０に示すように、推進力がスパイラルロール２１の
軸方向のみでなく、羽根２０と伝熱管２２の接触面で羽
根の回転方向と逆向きに反力を受けるため伝熱管軸方向
の成分が含まれることになり、スパイラルロール２１が
伝熱管軸方向へ移動する。そこで、図１１に示すように
スパイラルロール２１ａ，２１ｂと左右２系統の構成と
する。そして、スパイラルロール２１ａ，２１ｂの羽根
２０ａ，２０ｂのスパイラル方向を互いに逆向きにし、
さらにスパイラルロール２１ａ，２１ｂを互いに逆向き
に回転させることにより、伝熱管軸方向の推進力の成分
が相殺できスパイラルロール２１ａ，２１ｂの軸方向に
安定した推進力が得られる。また、左右各々のスパイラ
ルロール２１ａ，２１ｂの場合の伝熱管軸方向の推進力
を利用して、左右のスパイラルロール２１ａ，２１ｂを
伝熱管に接触／接触解除する機能を持たせ、片側のスパ
イラルロールを伝熱管に接触、他方のスパイラルロール
を非接触とすることにより移動機構を管軸方向に斜めに
移動させることができる。

【００２７】さらに、図１２に示すようにスパイラルロ
ール２１ａ，２１ｂを備えた移動機構２４と、スパイラ
ルロール２１ｃ，２１ｄを備えた移動機構２５とを進行
方向に２段に設置し、両移動機構２４，２５を伸縮式連
結機構２６で連結する。そして、スパイラルロール２１
ｃをスパイラルロール２１ａと同方向に、スパイラルロ
ール２１ｄをスパイラルロール２１ｂと同方向にそれぞ
れ回転させることにより、伝熱管群に外径の異なる管が
配置されている場合においても、移動機構２４，２５の
移動が可能となる。すなわち、このように構成すれば、
外径の変化する境界を挟んで前後何れかのスパイラルロ
ールの羽根が確実に伝熱管に接触することになり、図１
３に示すように、外径変化の境界部分での不確実な羽根
接触状況を補って安定した運用が得られる。

【００２８】次に検査手段について説明すると、図１４
に示すように、伝熱管２２に対して、垂直に縞状のレー
ザシート光を照射する位置にレーザシート発信器３０が
配置され、伝熱管２２の外表面状態を撮影する第１のＣ
ＣＤカメラ３１および第２のＣＣＤカメラ３２の２台が
設けられている。第１のＣＣＤカメラ３１は伝熱管２２
に対して斜め方向からレーザシート光を撮影する位置
に、第２のＣＣＤカメラ３２は伝熱管２２に対して垂直
方向からレーザシート光を撮影する位置にそれぞれ配置
されている。第２のＣＣＤカメラ３２は、検査デバイス
（レーザシート発信器３０、ＣＣＤカメラ３１，３２）
の伝熱管２２に対する位置情報を得る為に撮影を行う。

【００２９】縞状のレーザシート光を伝熱管２２に照射
すると、伝熱管２２の外表面には、図１５に示すよう
に、レーザシート光に対応して縞状のレーザパターン３
３が形成される。レーザシート発信器３０からのレーザ
シート光は縞の本数がある特定の本数に設定され、さら
に中心光軸以外は特定の投射角度をもって照射されるた
め、レーザパターン３３の縞の間隔はレーザシート発信
器３０からの距離に応じて変化する。縞状のレーザシー
ト光は伝熱管２２の外表面に燃焼灰が付着して外表面の
反射状態が露出しない場合においても、レーザパターン
３３は伝熱管外面形状に対応して形成される。なお、レ
ーザシート発信器３０の先端部にはシート光偏向プリズ
ム３４が取り付けられている。

【００３０】伝熱管２２に摩耗があったときは、摩耗の
形状に対応して縞状のレーザパターン３３が変形する。
すなわち、伝熱管２２を斜め方向から見た場合、図１６
に示すように、摩耗のない健全部ではレーザパターン３
３は歪みのない円弧形状をしているが、摩耗した減肉部
ではレーザパターン３３に歪みが生じている。そして、
この歪んだレーザパターン３３から伝熱管２２の摩耗量
を算出することができる。

【００３１】図１７はカメラ位置情報算出モデル図を示
している。現場においては、当然ながら検査対象物であ
る伝熱管は図面通りに整然と配置されているものではな
く乱れているものであり、さらには、検査デバイスを常
に同一の位置関係で伝熱管に接近させることは事実上不
可能である。このため、まずカメラ位置情報を算出する
ことが必要となる。伝熱管２２に対して垂直位置に配置
した第２のＣＣＤカメラ３２で撮影された縞状のレーザ
パターンは、図１７に示すように、カメラと伝熱管の距
離についてはレーザパターン３３の縞の間隔、カメラと
伝熱管の角度についてはレーザパターン３３の傾きで把
握することができる。

【００３２】また、伝熱管２２に対して斜め方向に配置
された第１のＣＣＤカメラ３１で撮影したレーザパター
ンを抽出し、前述したカメラ位置情報を加味して、図１
８に示すように仮想円を描画する。この仮想円各円周上
の点から仮想円中心までの距離を求めていくと、湾曲率
が変化する点が抽出される。これを変曲点といい、この
点は伝熱管２２の形状が変化した点、すなわち健全部と
摩耗部の境界点を示している。

【００３３】ここで、図１９に示すように、横軸に角
度、縦軸に仮想円中心からの距離をプロットすると、明
らかに変曲点で仮想円中心からの距離が変化することが
わかる。この角度範囲と既知の伝熱管直径又は仮想円直
径から減肉幅が求まる。この減肉幅は、減肉量を顕著に
表しており、図２０に示すように、減肉幅から減肉量を
算出することができる。また、図１８で求めた仮想円各
円周上の点から仮想円中心までの距離の最小値が最大摩
耗位置と認識することもでき、この距離から減肉量を算
出することができる。

【００３４】図２１は変曲点が発生しない減肉モデル図
を示している。伝熱管に対して均一に燃焼灰が衝突して
全体的に減肉した場合、図２１に示すように円曲率が変
化する変曲点が明確に現れない場合が想定される。その
場合、あらかじめ登録しておいた基準画像とのパタンマ
ッチングにより、減肉量を算出することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明に係る伝熱管外表面検査装置の全体
構成図、図２は図１のＢ−Ｂ線に沿った矢視図である。
本発明の伝熱管外表面検査装置は、図に示すように、移
動機構２４，２５と検査機構４０とを備え、移動機構２
４と移動機構２５とは伸縮式連結機構２６で、移動機構
２５と検査機構４０とは連結機構４１でそれぞれ連結さ
れている。

【００３６】移動機構２４には矩形状の枠体からなるフ
レーム４２が設けられ、このフレーム４２内に前述した
スパイラルロール２１ａ，２１ｂが並列に且つ回転自在
に取り付けられている。また、フレーム４２内にはモー
タ４３ａ，４３ｂが設置され、これらのモータ４３ａ，
４３ｂは変速機４４ａ，４４ｂおよび駆動伝達機構４５
ａ，４５ｂを介してスパイラルロール２１ａ，２１ｂに
それぞれ連結されている。またモータ４３ａ，４３ｂの
回転数を制御するためにエンコーダ４６ａ，４６ｂが設
けられている。

【００３７】スパイラルロール２１ａ，２１ｂの傍には
スパイラルロール２１ａ，２１ｂを伝熱管に押し付ける
ための押しつけ機構４７ａ，４７ｂが設けられ、またフ
レーム４２にはスパイラルロール２１ａ，２１ｂを上下
に移動させるためのリフター４８ａ，４８ｂおよび羽根
押し上げそり４９ａ，４９ｂが設けられている。

【００３８】また、移動機構２５も移動機構２４と同じ
構成で、フレーム５０内に、スパイラルロール２１ｃ，
２１ｄ、モータ４３ｃ，４３ｄ、変速機４４ｃ，４４
ｄ、駆動伝達機構４５ｃ，４５ｄ、エンコーダ４６ｃ，
４６ｄ、押し付け機構４７ｃ，４７ｄ、リフター４８
ｃ，４８ｄおよび羽根押し上げそり４９ｃ，４９ｄが設
けられている。

【００３９】スパイラルロール２１ａ〜２１ｄには羽根
２０ａ〜２０ｄと２３ａ〜２３ｄがスパイラル状に設け
られているが、これらの羽根２０ａ〜２０ｄ，２３ａ〜
２３ｄは外周に沿って等分に分割された羽根である。そ
して、羽根２０ａ〜２０ｄは伝熱管の上面側に接触し後
進の推進力を得るための後進用羽根であり、羽根２３ａ
〜２３ｄは伝熱管の下面側に接触して前進の推進力を得
るための前進用羽根である。また前進用羽根２３ａ〜２
３ｄは駆動力喪失時に手動で引き抜く場合にも用いられ
る。

【００４０】上記構成において、モータ４３ａ〜４３ｄ
を回転させることにより回転駆動力が各スパイラルロー
ル２１ａ〜２１ｄに伝達され、羽根２０ａ〜２０ｄ，２
３ａ〜２３ｄが伝熱管に接触しながら回転することで、
スパイラルロール軸方向の推進力を得ることができる。

【００４１】推進用および引き抜き用の羽根２３ａ〜２
３ｄはスパイラルリードを伝熱管ピッチと等しくして、
伝熱管の隙間より大きな外径としてあり、モータ停止時
に移動機構を静止状態に保つことができる。

【００４２】また、本実施の形態では、左右２系統のス
パイラルロール２１ａ，２１ｂおよび２１ｃ，２１ｄは
互いに逆向きのスパイラルとなっており、互いに逆回転
させることで伝熱管軸方向に発生する推進力を相殺し、
スパイラルロール軸方向に安定した走行とすることがで
きる。また前後２段に配置された移動機構２４，２５は
伸縮式連結機構２６で連結されているので、異なる外径
の伝熱管群が配列されている場合でも、前後のスパイラ
ルロールが確実に伝熱管に接触し安定走行が可能であ
る。

【００４３】スパイラルロール２１ａ〜２１ｄはリフタ
ー４８ａ〜４８ｄにより伝熱管に接触させたり、その接
触を解除させたりする機能が付加されており、左右のリ
フター４８ａ〜４８ｄを操作することで、羽根押し上げ
そり４９ａ〜４９ｄが上下に動作し、押し上げた場合
は、伝熱管軸方向に斜めに移動させることができる。

【００４４】図３は、上記伝熱管外表面検査装置を実際
に伝熱管群に設置した例を示している。伝熱管外表面検
査装置には、図３に示すように、ケーブル５１を介して
検査データ処理ユニット５２と操作ユニット５３が接続
されている。また、検査機構４０には、伝熱管２を検査
するためのセンサ部５５が取り付けられている。センサ
部５５には、図１４で示したレーザシート発信器３０お
よびＣＣＤカメラ３１，３２等が搭載されている。そし
て、操作ユニット５３による操作で、移動機構２４，２
５を狭い伝熱管群内で推進走行させ、この走行に伴って
検査機構４０を移動させて伝熱管２２の外表面を検査す
る。検査機構４０で得られた検査データは検査データ処
理装置５２に送られて処理・記録される。

【００４５】ここで、図３に示した検査データ処理ユニ
ット５２の内部構成の詳細について、図２２を用いて説
明する。検査データ処理ユニット５２内には、画像採取
タイミングコントローラ６０、第１の画像処理装置６
１、第２の画像処理装置６２が設けられている。画像採
取タイミングコントローラ６０からは、第１の画像処理
装置６１および第２の画像処理装置６２に対してタイミ
ング信号が出力され、さらに第１の画像処理装置６１と
第２の画像処理装置６２間ではイーサネット通信が行わ
れる。また第１の画像処理装置６１および第２の画像処
理装置６２にはＣＲＴ６３，６４がそれぞれ接続されて
いる。

【００４６】図４および図５は他の実施の形態を示して
いる。本実施の形態では、移動機構２４については、ス
パイラルロール２１ａ，２１ｂの内部に、モータ５６
ａ，５６ｂ、減速機５７ａ，５７ｂ、エンコーダ５８
ａ，５８ｂおよびクラッチ機構５９ａ，５９ｂが格納さ
れている。移動機構２５についても同様、スパイラルロ
ール２１ｃ，２１ｄの内部に、モータ５６ｃ，５６ｄ、
減速機５７ｃ，５７ｄ、エンコーダ５８ｃ，５８ｄおよ
びクラッチ機構５９ｃ，５９ｄが格納されている。この
ように構成すれば、検査装置全体を小型化することがで
きる。

【００４７】次に、検査機構４０に設けられたセンサ部
５５の詳細を図２３を用いて説明する。センサ部５５は
検査部フレーム７０を有し、この検査部フレーム７０の
上に、レーザシート発信器３０、斜視用の第１のＣＣＤ
カメラ３１、直視用の第２のＣＣＤカメラ３２、左側の
前方監視用カメラ７２、右側の前方監視用カメラ７３、
左側の前方監視用ライト７４および右側の前方監視用ラ
イト７５が搭載されている。レーザシート発信器３０の
先端部にはシート光偏向プリズム３４が取り付けられて
いる。

【００４８】レーザシート発信器３０は伝熱管に対して
垂直に配置され、伝熱管外表面の形状を最も顕著に表す
よう縞状のレーザシート光を照射する。伝熱管外表面の
形状を表したレーザシート光に対して、レーザシート発
信器３０と同様に伝熱管に対して垂直に配置されたＣＣ
Ｄカメラ３２は、伝熱管に対する位置情報を得るため
に、縞状のレーザシート光を撮影する。またＣＣＤカメ
ラ３１は、縞状のレーザシート光を伝熱管の斜め方向か
ら撮影する。

【００４９】図２４は撮影画像例を示している。レーザ
シート発信器３０から伝熱管に対して垂直に縞状のレー
ザシート光を照射し、２台のＣＣＤカメラ３１，３２で
角度を変えて撮影すると、図２４のようなレーザパター
ンを得ることができる。図２４（ａ）は第１のＣＣＤカ
メラ３１によるレーザパターンであり、同図（ｂ）は第
２のＣＣＤカメラ３２によるレーザパターンである。そ
して、これらのレーザパターンを解析して伝熱管の摩耗
量を算出する。

【００５０】ＣＣＤカメラ３１，３２でそれぞれ撮影し
た画像について、図示してない管検出センサにて検知し
た信号をトリガとして、それぞれ画像処理装置６１，６
２にて、画像処理して特徴量を解析する。ＣＣＤカメラ
３２で撮影した画像は画像処理装置６１にて、光学系の
伝熱管に対する位置情報（距離、角度）を解析する。Ｃ
ＣＤカメラ３１で撮影した画像は画像処理装置６２に
て、伝熱管外表面状態を解析する。ここで、画像処理装
置６２で行う解析について述べる。

【００５１】管検出センサの信号にて取り込んだ画像
は、まず縞状のレーザシート光を最も強調できる赤色成
分に分離して、画像データ（２５６階調）として画像メ
モリに保存される。この画像データには、レーザシート
光以外の情報（ノイズ）が含まれているため、ノイズ消
去を行い、レーザシート光のみの情報として２値化して
メモリされる。この時点では、レーザシート光は、線幅
をもっているため、骨格化して１本の線情報に変換す
る。この線情報を座標化して、画像処理装置６１から転
送された光学系の伝熱管に対する位置情報を加味して仮
想円を描画して、仮想円中心からの各円周上の点の距離
を求めて、変曲点を抽出して減肉幅、減肉量を算出して
いく。

【００５２】次に、本発明の更に他の実施の形態を図２
５を用いて説明する。本実施の形態では、図２５に示す
ように、移動機構８１の前後に伸縮式連結機構２６を介
して検査機構４０および電磁弁ユニット８２が連結さ
れ、これら検査機構４０および電磁弁ユニット８２は、
移動機構８１の推力により移動機構８１と共に走行可能
である。そして、ケーブル５１を介して接続された操作
ユニット５３を操作することによって、検査機構４０を
上下方向（図の矢印方向）走行させて、検査機構４０に
搭載されたセンサ５５で検査対象の伝熱管映像を撮影す
る。撮影された映像は、ケーブル５１を介して接続され
た画像処理装置６１へ送られ、画像処理装置６１内の画
像処理ボードで画像処理される。また、ケーブル５１を
介して画像採取タイミングコントローラ６０よび位置管
理装置８３が接続され、検査機構４０の情報は画像採取
タイミングコントローラ６０および位置管理装置８３内
のデータ入力ボードに送られており、その情報を加味し
た検査が実施される。

【００５３】図２６は移動機構８１、検査機構４０およ
び電磁弁ユニット８２の詳細構成を示している。移動機
構８１内には、モータ内蔵タイプのスパイラルロール８
４が２個並設され、またスパイラルロール８４の回転量
を検出するスパイラルロール回転量検出センサ８５が取
り付けられている。本実施の形態では、上述した実施の
形態とは異なって、移動機構８１には押しつけ機構が設
けられておらず、移動機構８１は、スパイラルロール８
４の回転力（羽根の回転力）から発生する推進力と、そ
の推進力に合わせて発生する伝熱管から離れる力（羽根
の反発力）とを利用して、伝熱管と伝熱管との間に自立
的に位置できるよう構成されている。

【００５４】また、本実施の形態では、スパイラルロー
ル８４の羽根のピッチは、スパイラルロール８４の軸方
向中央部では伝熱管群の管ピッチに等しく、軸方向両端
部では伝熱管群の管ピッチよりも大きく設定されてい
る。このように構成すれば、伝熱管群の管ピッチに誤差
があっても、移動機構８１を伝熱管群内にスムーズに挿
入できる。

【００５５】検査機構４０には、レーザシート発信器３
０やＣＣＤカメラ３１を備えたセンサ部５５、画像処理
に適したタイミングを検出するための伝熱管センターラ
イン検出センサ８６、および伝熱管との距離を測定する
距離測定センサ８７が取り付けられている。また検査機
構４０には、そり８８を有するそり伸縮機構８９が設け
られ、このそり８８によって検査機構４０を伝熱管に押
し付けて映像ブレを極力防止するようになっている。

【００５６】電磁弁ユニット８１には、エアパージやそ
り伸縮機構８９へのエアー供給をコントロールする電磁
弁が収納されている。

【００５７】ここで、上記スパイラルロール８４に取り
付けられた羽根の形状について説明する。スパイラルロ
ール８４は推進するときには、できるだけ伝熱管に引っ
掛かり回転力を推力に変換する形状としているが、逆に
動力喪失時に装置を人力で回収する場合にはスムーズに
回収するために、引き抜き力が小さな引き抜き抵抗力に
なるような形状とする必要がある。すなわち、図２７は
スパイラルロール８４をその中心軸を含む面で切断した
ときの羽根９０の断面形状を示しており、この図に示す
ように、羽根９０の高さはスパイラルロール８４の前進
方向側では長く（伝熱管２２の高さ方向で中心線付近ま
で）、後退方向側では短く形成されている。また、羽根
９０は反発力を有する材料で形成されている。

【００５８】このように構成すると、スパイラルロール
８４が前進する際には、羽根９０の長く形成された部分
が図の右側の伝熱管２２に接触するとともに、羽根９０
の反発力によってスパイラルロール８４と伝熱管２２と
の距離が一定に保持される。図には示してないが、伝熱
管は下側にも設けられており、この下側の伝熱管とスパ
イラルロール８４との距離も同様に一定に保持される。
その結果、スパイラルロール８４は上下の伝熱管の間に
位置し、移動機構８１がスムーズに前進することができ
る。

【００５９】一方、スパイラルロール８４を後退方向に
引き抜く場合、本実施の形態では羽根９０が後退方向側
では短く形成されているので、容易に引き抜くことがで
きる。すなわち、図２７に示すように、引き抜き力ｆ１
で引き抜く場合、羽根９０の長く形成された部分が図の
左側の伝熱管２２に当たると、非常に大きな引き抜き抵
抗力ｆ２が発生する。これに対し、羽根９０の短く形成
された部分が図の左側の伝熱管２２に当たったときの、
引き抜き力Ｆ１（Ｆ１＝ｆ１）に対する引き抜き抵抗力
Ｆ２は非常に小さい。その結果、移動機構８１等を人力
でも容易に引き抜くことができる。

【００６０】図２８は検査システム系統を示した図であ
る。伝熱管２２に対して垂直にレーザシート発信器３０
を設置して、伝熱管２２にレーザシート光を照射する。
そのときの映像をＣＣＤカメラ３１，３２で撮影して、
映像信号として伝送してモニタＴＶ９２に表示するとと
もに、画像処理装置６１に搭載した画像処理ボードに入
力する。

【００６１】検査機構４０には伝熱管センターライン検
出センサ８６と距離測定センサ８７が設けられ、画像採
取タイミングコントローラ６０は、伝熱管センターライ
ン検出センサ８６からの信号を処理してタイミング信号
を位置管理装置８３と画像処理装置６１に送る。位置管
理装置８３には、距離測定センサ８７とスパイラルロー
ル回転量検出センサ８５に接続されたデータ入力ボード
が搭載され、距離測定センサ８７とスパイラルロール回
転量検出センサ８５からの信号を前記タイミング信号を
基にして処理し、移動機構８１の位置を管理する。ま
た、画像処理装置６１の画像処理ボードは、伝熱管２２
の外表面の形状を認識して、その摩耗量を推定する。な
お、位置管理装置８３と画像処理装置６１とはイーサネ
ット通信で互いに接続されており、必要なデータを通信
しながら処理を行う。

【００６２】図２９は、本実施の形態の変形例である。
この実施の形態では、検査機構４０に接触式センサ９５
が取り付けられ、さらにケーブル５１を介して接触式セ
ンサコントローラ９６が設けられている。このように構
成しても、図２５の場合と同様な作用効果を得ることが
できる。

【００６３】なお、本発明の対象としている伝熱管外表
面の検査装置として、アッシュエロージョン検査装置が
ある。この検査装置は、従来技術のところで説明したと
おり減肉の絶対値が把握できず、また伝熱管外表面の固
着した燃焼灰の影響を受けるという問題がある。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果がある。 （１）千鳥配列の狭い管群内を前後左右に検査機構を自
走させることができるので、レール設置や、ワイヤ巻き
取り装置の設置、伝熱管の軸方向および列方向移動時の
レールやワイヤ巻き取り装置の移設を必要とせず、高効
率な検査が実施可能となる。 （２）レールやワイヤ巻き取り装置が不要となり、装置
構成がシンプルな検査装置を提供できる。 （３）伝熱管の外表面摩耗検査を高速で行うことができ
る。 （４）伝熱管の切断・吊り上げ等付帯工事を必要としな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の伝熱管外表面検査装置の全体構成図で
ある。

【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿った矢視図である。

【図３】本発明の伝熱管外表面検査装置を伝熱管群に設
置した様子を示した図である。

【図４】本発明の他の実施の形態による伝熱管外表面検
査装置の全体構成図である。

【図５】図４のＣ−Ｃ線に沿った矢視図である。

【図６】伝熱管群内をスパイラルロールが前進する原理
を説明した図である。

【図７】伝熱管群内をスパイラルロールが後退する原理
を説明した図である。

【図８】伝熱管群に設置されたスパイラルロールの説明
図である。

【図９】直列方向に配置されたスパイラルロールの説明
図である。

【図１０】スパイラルロールの推進力の方向成分説明図
である。

【図１１】スパイラルロールが２列１段の場合の配置図
である。

【図１２】スパイラルロールが２列２段の場合の配置図
である。

【図１３】スパイラルロールが２段構成の場合の動作説
明図である。

【図１４】検査機構における光学系の配置図である。

【図１５】縞状のレーザシート光の照射状況を示した図
である。

【図１６】伝熱管外表面の摩耗解析モデル図である。

【図１７】カメラ位置情報算出モデル図である。

【図１８】変曲点抽出モデル図である。

【図１９】減肉幅認識モデル図である。

【図２０】減肉量算出モデル図である。

【図２１】変曲点が発生しない減肉モデル図である。

【図２２】本発明の伝熱管外表面検査装置を検査データ
処理装置内の詳細構成と共に示した図である。

【図２３】センサ部内の詳細構成図である。

【図２４】撮影画像例を示した図である。

【図２５】本発明の更に他の実施の形態による伝熱管外
表面検査装置を検査データ処理装置内の詳細構成と共に
示した図である。

【図２６】図２５に示した移動機構、検査機構および電
磁弁ユニットを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は
正面図である。

【図２７】スパイラルロールに取り付けられた羽根を構
造とその作用を説明した図である。

【図２８】検査システムの系統図である。

【図２９】図２５の変形例による伝熱管外表面検査装置
を検査データ処理装置内の詳細構成と共に示した図であ
る。

【図３０】従来技術のレール方式による検査装置移動機
構を示した図である。

【図３１】従来技術の吊り上げ方式による検査装置移動
機構を示した図である。

【図３２】従来技術の伝熱管外表面検査装置の構成図で
ある。

【図３３】従来技術の伝熱管外表面検査装置での検出原
理図を示した図である。

【符号の説明】 ２０ａ〜２０ｄ 後進用羽根 ２１ａ〜２１ｄ スパイラルロール ２２ 伝熱管 ２３ａ〜２３ｄ 前進用兼引き抜き用羽根 ２４，２５ 移動機構 ２６ 伸縮式連結機構 ３０ レーザシート発信器 ３１，３２ ＣＣＤカメラ ４０ 検査機構 ４１ 連結機構 ４２，５０ フレーム ４３ａ〜４３ｄ モータ ４７ａ〜４７ｄ 押し付け機構 ４８ａ〜４８ｄ リフター ４９ａ〜４９ｄ 羽根押し上げそり ５２ 検査データ処理装置 ５３ 操作ユニット ５５ センサ部 ８１ 移動機構 ８２ 電磁弁ユニット ８４ スパイラルロール ８５ スパイラルロール回転量検出センサ ８６ 伝熱管センターライン検出センサ ８７ 距離測定センサ ９０ 羽根

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 寛 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 小林 哲 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 中村 泰隆 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 浅原 美則 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 柏木 達司 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 山口 良祐 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉事業所内 (72)発明者 松本 曜明 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉事業所内 (72)発明者 西原 康雄 広島県呉市宝町５番３号 バブ日立エンジ ニアリング株式会社内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面上にフィンが螺旋状に取り付けら
   れ、並列に配置される複数の棒状体と、該棒状体の両端
   部を回転自在に支持するフレームと、前記棒状体を回転
   駆動させる駆動手段とからなる移動装置を、前記棒状体
   の軸方向に複数直列配置すると共に、該複数の移動装置
   を伸縮部材で連結し、さらに検査手段を前記移動装置に
   連結し、前記駆動手段により前記棒状体を回転駆動させ
   ることにより、前記移動装置と共に前記検査手段を伝熱
   管群内で移動させることを特徴とする伝熱管外表面検査
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の伝熱管外表面検査装置
   において、 前記フィンは前記棒状体の外周面上に１周以上取り付け
   られており、さらにフィンのピッチは前記伝熱管群の管
   ピッチに等しいことを特徴とする伝熱管外表面検査装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の伝熱管外表面検査装置
   において、 前記移動装置から伸延させた押し当て部材を設け、該押
   し当て部材を伝熱管郡内で対向する一方側の伝熱管に押
   し当てることにより、他方側の伝熱管にフィンを介して
   前記移動装置を押し付けることを特徴とする伝熱管外表
   面検査装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の伝熱管外表面検査装置
   において、 前記押し当て部材は一方側の伝熱管に押し当てたり解除
   する機構を有することを特徴とする伝熱管外表面検査装
   置。
5. 【請求項５】 外周面上にフィンが螺旋状に取り付けら
   れ、並列に配置される複数の棒状体と、該棒状体の両端
   部を回転自在に支持するフレームと、前記棒状体を回転
   駆動させる駆動手段とからなる移動装置に、検査手段を
   連結し、前記駆動手段により前記棒状体を回転駆動させ
   ることにより、前記移動装置と共に前記検査手段を伝熱
   管群内で移動させることを特徴とする伝熱管外表面検査
   装置。
6. 【請求項６】 請求項１又は５に記載の伝熱管外表面検
   査装置において、 前記並列に配置された隣り合う棒状体の螺旋の巻き方向
   は互いに逆方向であり、さらに互いに逆方向に回転する
   ことを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の伝熱管外表面検査装置
   において、 前記フィンのピッチは、前記棒状体の軸方向中央部では
   前記伝熱管群の管ピッチに等しく、軸方向両端部では前
   記伝熱管群の管ピッチよりも大きいことを特徴とする伝
   熱管外表面検査装置。
8. 【請求項８】 請求項５に記載の伝熱管外表面検査装置
   において、 前記フィンは、前記棒状体の軸を含む面で切ったときの
   断面形状が、一側では長く、他側では短く形成されてい
   ることを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の伝熱管外表面検査装置
   において、 前記フィンは反発力を有し、前記移動装置が前記伝熱管
   郡内を移動する際には、前記一側の長く形成されたフィ
   ンが各伝熱管表面に接触し、該フィンの反発力によって
   前記移動機構を伝熱管と伝熱管の間に位置させることを
   特徴とする伝熱管外表面検査装置。
10. 【請求項１０】 請求項１又は５に記載の伝熱管外表面
    検査装置において、 前記検査手段は、伝熱管の外表面に縞状のレーザシート
    光を垂直方向から且つ該縞状のレーザシート光が伝熱管
    軸方向に直角となるように照射する照射部と、前記レー
    ザシート光が照射されている箇所を伝熱管外表面に対し
    て直角方向と斜め方向から撮影し、該伝熱管外表面での
    前記レーザシート光の反射光を複数個の円弧形状の撮影
    画像として取り込む複数の撮影部と、前記撮影画像を解
    析して前記伝熱管外表面の摩耗状況を判断する解析部
    と、を備えたことを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査
    装置において、 前記解析部は、前記撮影画像が歪んだ円弧であるとき
    は、その円弧の仮想円を前記照射部および前記撮影部の
    位置関係から数学的に求め、前記円弧と前記仮想円との
    相違から前記伝熱管外表面の摩耗状況を判断することを
    特徴とする伝熱管外表面検査装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査
    装置において、 前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中心とを
    一致させ、前記仮想円に対して前記円弧が部分的にずれ
    ている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、且つ前
    記箇所の円周方向の幅から摩耗量を算出することを特徴
    とする伝熱管外表面検査装置。
13. 【請求項１３】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査
    装置において、 前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中心とを
    一致させ、前記仮想円に対して前記円弧が部分的にずれ
    ている箇所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、且つ前
    記箇所の法線方向のずれ量から摩耗量を算出することを
    特徴とする伝熱管外表面検査装置。
14. 【請求項１４】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査
    装置において、 前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧との距離を
    求め、その距離が最小値を示す箇所を摩耗量が最大の位
    置であると識別することを特徴とする伝熱管外表面検査
    装置。
15. 【請求項１５】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査
    装置において、 前記解析部は、前記仮想円の中心と前記円弧の中心とを
    一致させ、前記仮想円に対して前記円弧がずれている箇
    所があれば該箇所を摩耗部分と識別し、且つそのずれ量
    から摩耗量を算出することを特徴とする伝熱管外表面検
    査装置。
16. 【請求項１６】 請求項１２〜１５のいずれかに記載の
    伝熱管外表面検査装置において、 前記解析部は、前記照射部からのレーザシート光と同軸
    上で撮影した、前記レーザシート光の前記伝熱管外表面
    での反射光情報を取り込むとともに、その反射光情報に
    基づいて前記摩耗量を補正することを特徴とする伝熱管
    外表面検査装置。
17. 【請求項１７】 請求項１０に記載の伝熱管外表面検査
    装置において、 前記伝熱管を検知するセンサが設けられ、前記撮影部お
    よび前記解析部は前記センサからの検出信号に基づいて
    作動することを特徴とする伝熱管外表面検査装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の伝熱管外表面検査
    装置において、 前記センサとしては、前記伝熱管との距離を測定する距
    離測定センサ、前記伝熱管のセンターラインを検出する
    センターライン検出センサ、および前記棒状体の回転量
    を検出する回転量検出センサが設けられていることを特
    徴とする伝熱管外表面検査装置。