JP2005181139A - 管内検査方法および管内検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的小径の管内に挿入自在であって、管の全周全面を高能率で検査することができる管内検査装置を得ることを目的とする。
【解決手段】 管２の欠陥の有無を検出する第１センサ１０を搭載した第１センサ台車１００と、第１センサ１０が検出した欠陥の性状を測定する第２センサ２０を搭載した第２センサ台車２００とを有し、第１センサ１０が超音波ビームを管２の板厚方向に対して斜めに伝播する斜角超音波センサであり、第２センサ２０が超音波ビームを管２の板厚方向に伝播する垂直超音波センサである。また、第１センサ１０が管２の管軸方向に略直線状に移動し、第２センサ２０が管軸方向に螺旋状に移動する。さらに、第１センサ１０が管２の半径方向に対して傾斜して配置され、超音波ビームを管２の円周方向に向けて伝播する。
【選択図】 図１

Description

本発明は管内検査装置に係り、特に、管内に挿入されて管の状況を検査する管内検査方法および管内検査装置に関するものである。

従来、複数の鋼管を連結してなる各種パイプライン等の鋼管構造物（以下、パイプラインと総称する）の管内検査は、鋼管同士を連結している溶接線を中心に溶接に伴う経年劣化状況、長年に渡る埋設による塗覆層の剥離や腐食の進行状況等を検査している。そして、パイプラインを長期間にわたって適正に運用かつ保全するためには、鋼管の全周全面を検査して、前記状況を正確に把握することが望ましい。
そのため、各種管内検査装置が提案されている。たとえば、パイプラインの内部に漏洩磁束検査手段を搭載したピグを挿入し、該ピグをガス圧または液圧を利用して移動させながら、鋼管の全周全面を検査する装置が知られている。しかしながら、ピグには、パイプラインが途中で分岐している場合、過去の補修工事で設置されたプラグが分岐管側に飛び出している場合、ピグを安定に移動させるだけの十分な圧力がかけられない場合等、移動途中で停止する（詰まるに同じ）可能性があるという問題があった。さらに、スペース的にランチャーやレシーバ等が設置できない場合があるという問題があった。

図１０は従来の管内検査装置の構成を示す断面図である。管内検査装置９００は、管内検査のためのカメラ９０３およびレーザヘッド９３１を具備し、これらが設置された回転軸９０４に、エアブラストのためのブラストを噴射するエアノズル９２１が取り付けられている。回転軸９０４は０゜〜３６０゜、望ましくは３７０゜程度まで回転し、その一方は平歯車９０７を介して回転モータ９７０に連結されている。
この回転モータ９７０は支承部９０６に固定され、各支承部９０６はそれぞれ複数個の支持輪９０５によって、管９０２の内壁９１０に支持されている。
さらに、制御線９０８によって各機器（回転モータ９７０、カメラ９０３）に制御信号が送られ、また、地上部のコンピュータ等にカメラ９０３の映像信号が送られる。

したがって、かかる管内検査装置はパイプラインに挿入され、所望の位置で支持輪９０５が管の内壁９１０に当接することによって支承部９０６が管９０２の中で支持される。そして、制御線９０８を介して地上からの信号を受信した回転モータ９７０は、該信号に基づいて回転し、平歯車に連結された回転軸９０４が３７０゜の範囲で回転しながら、回転軸９０４に取り付けられたカメラ９０３を通し、管の内壁９１０の状態を目視検査して管外に送信するものである。なお、カメラ９０３に代えて所望の検査デバイスを搭載すれば、管の内壁９１０について所望の検査が可能である（たとえば、特許文献１）。
特開平６−３４７４０７号公報（３〜４頁、図１）

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、カメラ９０３を管軸に垂直の面内で回転するものであるため、管９０２の内壁全面を映し出すためには、支承部９０６の管軸方向の移動（走行）開始と停止、およびカメラ９０３の回転（正転）、停止、および逆方向の回転（逆転）を、それぞれ交互に実施する必要があった。このため、それぞれの動作の連続性が無くなり、開始時の加速や停止時の減速に伴って作業能率（映像を映し出す能率）が低下するという問題、ならびに、かかる不連続な動作により各機器が故障しやすくなるという問題があった。さらに、カメラでは管の外面腐食を確認することはできない。
また、カメラ９０３に代えて内面に接触する形式の検査デバイスを搭載した場合には、支承部９０６を管軸方向に移動する際の摩擦抵抗を減らす目的で、該検査デバイスを内面から離す必要があるため、構造が複雑になるという問題、ならびに、検査能率が低下するという問題があった。一方、前記摩擦抵抗に打ち勝って検査デバイスを移動しようとすると、支持輪９０５の駆動モータが大容量になって当該機構が大型化して重量が増すという問題、および該検査デバイスの摩耗や損傷のおそれが増大するという問題があった。
さらに、検査デバイスとして超音波センサを搭載した場合、管の全周全面を検査しようとすると、検査に長時間を要するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、比較的小径の管内に挿入自在であって、管の全周全面を高能率で検査することができる管内検査方法および管内検査装置を得ることを目的とする。

本発明に係る管内検査方法は、以下のとおりである。
（１）管内を移動する前方のセンサ台車に搭載した前方センサで欠陥の存在を検知し、該前方センサで検知された欠陥の個所に、該管内を移動する後方のセンサ台車が差し掛かった時点で、移動を継続しながら連続的に、後方のセンサ台車に搭載した後方センサを機能させることにより、該欠陥を精緻に検査することを特徴とする。

（２）前記前方のセンサ台車と後方のセンサ台車とが連結され、前記後方センサを機能させる際、減速して低速で移動し、前記後方センサを機能させない間、高速で移動することを特徴とする。

また、本発明に係る管内検査装置は、以下のとおりである。
（３）管内を自走または牽引して使用する管内検査装置であって、
欠陥の存在を検知する第１センサ台車と、検知された欠陥を精緻に検査することができる第２センサ台車を編成中に連結し、前記検知および検査を連続的に行うことができることを特徴とする。

（４）前記第１センサが超音波ビームを前記管の板厚方向に対して斜めに伝播する斜角超音波センサであることを特徴とする。

（５）前記第２センサが超音波ビームを前記管の板厚方向に伝播する垂直超音波センサであることを特徴とする。

（６）前記第１センサが前記管の管軸方向に略直線状に移動し、前記第２センサが前記管軸方向に螺旋状に移動することを特徴とする。

（７）前記第１センサが、超音波振動子と、前記管に当接して管軸方向に回転する第１タイヤと、一方の端面が前記超音波振動子に当接して他方の端面が前記第１タイヤの内周に摺動する振動子前面材とを有し、
該振動子前面材の一方の端面が、前記管の半径方向に対して傾斜していることを特徴とする。

（８）前記第１センサ台車が、前記第１センサが設置された第１固定軸と、該第１固定軸の軸心を前記管軸に略一致させる第１ガイド手段とを有することを特徴とする。

（９）前記第１センサ台車において、前記第１タイヤが第１タイヤホルダに回転自在に保持され、該第１タイヤホルダが前記第１固定軸に旋回自在に設置され、前記第１タイヤの回転中心が前記第１タイヤホルダの旋回中心から前記管軸方向で偏位していることを特徴とする。

（１０）前記第１ガイド手段が、ガイドローラと、一端が該ガイドローラに回転自在に設置されて他端が前記固定軸に傾動自在に設置された支承アームと、前記固定軸に摺動自在に配置された移動外筒と、一端が前記支承アームの略中央部に回動自在に設置されて他端が前記移動外筒に傾動自在に設置された開閉アームとによって構成された略人字状のリンク機構を有し、
前記移動外筒の移動による前記開閉アームの傾動に伴って、前記支承アームが傾動して前記ガイドローラが前記固定軸に対して半径方向に進退することを特徴とする。

よって、本発明においては、高速で移動する第１センサ台車に搭載された第１センサが管に欠陥が有ることを検知し、該検知結果に基づいて、減速して低速で移動しながら第２センサ台車に搭載された第２センサが欠陥の性状を検査するから、管内の検査に要するトータル時間が短縮する。また、第２センサが螺旋状に移動するから、管壁の全周を円滑に検査することができる。さらに、いずれのセンサ台車もガイド手段を具備するから、検査精度が向上する。

（管内検査装置）
図１は、本発明の実施形態に係る管内検査装置の構成を示す側面図である。図１において、管内検査装置１は、牽引台車３００と、第１センサ台車１００と、第２センサ台車２００と、補助台車４００とが、相互に屈曲自在に連結されたものである。
第１センサ台車１００には管２に欠陥が有るか否を検知する第１センサ１０が搭載され、第２センサ台車２００には、第１センサが検知した欠陥の性状を検査する第２センサ２０が搭載されている。牽引台車３００には、前方監視カメラ３０、走行車輪３１０を回転駆動する駆動手段や、第１センサ１０の欠陥検知信号を受信して管内検査装置１の走行速度を制御する制御手段（図示しない）が搭載されている。また、補助台車４００には探傷器（図示しない）が搭載されている。なお、第１センサ１０および第２センサ２０は、タイヤ型超音波センサであって、別途詳細に説明する。

（第１センサ台車）
図２は図１に示す第１センサ台車の構成を示すものであって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は正面図である。図２において、第１センサ台車１００は、第１センサ（これについては別途説明する）と、第１センサを支持する第１センサ支持機構１１０と、第１センサ支持機構１１０が設置された第１固定軸１２０と、第１固定軸１２０の前後に設置された一対の第１ガイド手段１３０ａ、１３０ｂとを有している。

（第１センサ支持機構）
第１センサ１０は第１センサ支持機構１１０に設置されている。第１センサ支持機構１１０は、第１センサ１０の第１中心軸１１を支持する断面略Ｕ字状の第１タイヤホルダ１１１と、第１タイヤホルダ１１１を第１固定軸１２０の半径方向（管２の半径方向に同じ）を中心にして旋回自在に支持する断面略Ｕ字状の第１ホルダ基板１１２と、第１ホルダ基板１１２の上端部の外側に突出した第１ホルダフランジ１１３と、一端が第１ホルダフランジ１１３に設置されて他端が第１固定軸１２０に設置された第１エアシリンダ１１４とを有している。

したがって、第１エアシリンダ１１４のシリンダロッド１１５は第１固定軸１２０の半径方向（管２の半径方向に同じ）に進退自在であるから、第１エアシリンダ１１４に供給する空気圧を調整することによって、第１センサ１０を内面２ａに押し当てる圧力を調整することができる。また、第１エアシリンダ１１４を後退させれば、第１センサ１０を内面２ａから離隔することができる。
また、第１中心軸１１の中心と第１タイヤホルダ１１１の旋回中心（図２にＵにて示す）とを軸方向に偏位して（ずらして）おけば、第１センサ台車１００がローリングした場合でも、キャスタ効果によって、第１センサ１０は内面２ａに倣って容易に移動することになる。

なお、図中、第１センサ支持機構１１０を管軸回りに６台均等配置しているが、その台数はこれに限定するものではない。また、第１ホルダ基板１１２を廃止して、第１タイヤホルダ１１１を第１エアシリンダ１１４のシリンダロッド１１５に直接設置してもよい。さらに、第１エアシリンダ１１４に代えて、油圧シリンダ、電動シリンダ、あるいは、スプリングを用いたショックアブソーバを用いてもよい。

（第１ガイド手段）
第１ガイド手段１３０ａ、１３０ｂは同じものであるため、以下添え字「ａ」「ｂ」
を省略して説明する。なお、図中、第１ガイド手段１３０ａの一部を断面にしている。
第１ガイド手段１３０は、第１ガイドローラ１３１と、第１ガイドローラ１３１を進退自在に支持する第１リンク機構１４０とを有している。
第１固定軸１２０には第１固定内筒１２１が設置され、第１固定内筒１２１の外周には摺動自在に第１移動外筒１４１が配置されている。第１移動外筒１４１には内部に圧縮空気を封入自在な第１空洞１４２（第１固定軸１２０の軸心と平行な筒状）が形成され、第１空洞１４２の内壁に気密的に摺動して第１空洞１４２を２室に分割する第１仕切フランジ１４３が第１固定内筒１２１に設置されている。
そして、図示しない圧縮空気供給手段（圧縮ポンプ、レギュレータ、切替バルブ等を有する）によって所定の圧力に設定された圧縮空気を、第１空洞１４２の一方の部屋に供給して、他方の部屋から圧縮空気を排出すれば、第１移動外筒１４１は他方の部屋側に移動することになる。また、これと反対に、圧縮空気を前記他方の部屋に供給して一方の部屋から排出すれば、第１移動外筒１４１は前記一方の部屋側に移動することになる。

第１リンク機構１４０は、第１固定軸１２０の端部に設置された第１固定フランジ１２２と、第１固定フランジ１２２に一端Ｐ（以下、固定支点Ｐと称す）が回動自在に軸支された第１支承アーム１４４と、一端Ｑが第１支承アーム１４４の中間部に回動自在に軸支された第１開閉アーム１４５とによって構成された略人字状である。そして、第１支承アーム１４４の他端Ｒには第１ガイドローラ１３１が回転自在に設置され、第１開閉アーム１４５の他端Ｓ（以下、移動支点Ｓと称す）は第１移動外筒１４１に回動自在に軸支されている。
したがって、第１空洞１４２の一方の部屋に圧縮空気が供給されて第１移動外筒１４１が移動し、固定支点Ｐと移動支点Ｓの距離が近づいたとき、第１支承アーム１４４と第１開閉アーム１４５とが交差する角度が小さくなって第１支承アーム１４４は起立するから、第１ガイドローラ１３１は第１固定軸１２０の軸心から放射方向の外側に張り出されることになる。反対に、第１空洞１４２の他方の部屋に圧縮空気を供給して第１移動外筒１４１が反対方向に移動して、固定支点Ｐと移動支点Ｓの距離が遠ざかったとき、第１支承アーム１４４と第１開閉アーム１４５とが交差する角度が大きくなって第１支承アーム１４４が倒伏するから、第１ガイドローラ１３１は固定軸１２の軸心から放射方向の内側に引き戻されることになる。すなわち、傘の開閉機構に準じた機構である。

図２において、４台の同一第１リンク機構１４０が円周状に均等配置されているため、それぞれが同一の動作をするから、４台の第１ガイドローラ１３１は第１固定軸１２０の軸心を中心にした同心円上に位置することになる。そして、圧縮空気が所定の圧力に設定されているから、第１ガイドローラ１３１は管２の内壁に当接するまで張り出して所定の力で該内壁に押し当てられることになる。
よって、第１固定軸１２０の前方および後方にはそれぞれ第１ガイド手段１３０ａ、１３０ｂが設置されているから、第１固定軸１２０の中心は管２の管軸に一致して平行、すなわち、芯出し（センタリング）されることになる。なお、第１リンク機構１４０の設置数は４台に限定するものではなく、３台以上であればよい。

（第１センサの実施例１）
図３および図４は、図１に示す第１センサの実施例１を模式的に説明するものであって、図３の（ａ）は構成を示す断面図、図３の（ｂ）は超音波ビームの伝播を示す断面図、図３の（ｃ）は超音波ビームの伝播を示す側面図、図４の（ａ）は第１センサの配置例を示す正面図、図４の（ｂ）はデータ収集範囲を示す断面図である。なお、以下の説明を容易にするため、管の円周方向の断面（実際は円弧）を矩形（直線）で表示している。

図３の（ａ）において、第１センサ１０はタイヤ型超音波センサであって、第１タイヤ型超音波センサ１０ａは、第１中心軸１１ａと、第１中心軸１１ａに回転自在に設置された第１タイヤ１３ａと、第１中心軸１１ａに設置された第１超音波振動子１５ａと第１中心軸１１ａに設置された第１振動子前面材１７ａとを有している。第１振動子前面材１７ａの第１中心軸１１ａに近い端面１６ａが第１超音波振動子１５ａに当接し且つ他方の端面１８ａが第１タイヤ１３ａの内周１２ａに摺動している。なお、第１タイヤ１３ａおよび第１振動子前面材１７ａは、通過する超音波の減衰がきわめて小さいブタジェンゴムからなり、シリコンオイルの如き超音波伝達物質の皮膜を介して相互に密着するように付勢されている。

したがって、第１タイヤ型超音波センサ１０ａの第１タイヤ１３ａを管２の内面２ａに押し付けて移動すると、第１タイヤ１３ａは回転するから、該移動が円滑であって、当接部の局部摩耗を防止することができる。そして、回転しない第１超音波振動子１５ａから超音波ビームを発射すると、この超音波ビームは回転しない第１振動子前面材１７ａ、超音波伝達物質の皮膜および回転する第１タイヤ１３ａを通って管２の板厚内を斜め方向に伝播し、さらに、その反射波は第１タイヤ１３ａ、超音波伝達物質の皮膜および第１振動子前面材１７ａを通って第１超音波振動子１５ａによって受信されるから、これによって管の欠陥、特に、「割れ（垂直探傷では検知できない）」が検知される。

また、第１タイヤ１３ａの外周１４ａは断面円弧状に形成されているから、第１中心軸１１ａから最も離れた位置Ａ（以下、当接点と称す）において管２に当接することになる。
そして、第１振動子前面材１７ａの端面１６ａは第１中心軸１１ａの軸方向に対して傾斜し、且つ第１超音波振動子１５ａは当接点Ａに向けて超音波ビームを発するから、当接点Ａにおいて超音波ビームは屈折して（屈折角θでもって）管厚に対して斜め方向、すなわち、第１中心軸１１ａの軸方向（図中下方、管２の円周方向に同じ）に向かって伝播することになる。

図３の（ｂ）において、超音波ビームは管２の内面２ａおよび外面２ｂで反射しながら管２の円周方向（図中下方）に向かってジグザグに進行し、該進行に伴って進行方向（円周方向に同じ）の幅が拡がっている。このため、所定の距離だけ進行すると、ジグザグに進行する超音波ビームは、管２の進行方向で内面２ａおよび外面２ｂに隙間なく照射されることになる。
したがって、超音波ビームが管２の円周方向で内面２ａおよび外面２ｂに隙間なく照射されるようになるだけの距離、当接点Ａから離れた範囲を「データ収集範囲」としている（図４の（ｂ）参照）。
図３の（ｃ）において、超音波ビームは、前記のように管２の円周方向（図中下方）に向かってジグザグに進行すると同時に、管軸方向（図中、左右方向）にも幅が拡がっていく。

図４の（ａ）において、第１タイヤ型超音波センサ１０ａが円周方向に６台配置されている（それぞれの当接点をＡ１、Ａ２・・・Ａ６とする）。
図４の（ｂ）において、隣接する当接点から発した超音波ビームによるそれぞれのデータ収集範囲の一部が、重なっている。すなわち、前記のように、円周方向に進行する超音波ビームは円周方向にその幅が拡大するから、当接点Ａ１から発した超音波ビームによるデータ収集範囲３１と、当接点Ａ２から発した超音波ビームによるデータ収集範囲３２とが重なっている。
このため、該６台の第１タイヤ型超音波センサ１０ａによって、管２の全円周に、もれなく超音波ビームが照射されることになる。すなわち、該６台の第１タイヤ型超音波センサ１０ａを搭載した第１センサ台車１００を管軸方向に移動すれば、管２の内面のいずれの位置であっても、欠陥や局部減肉があれば、該欠陥や局部減肉において超音波ビームが反射され照射され第１タイヤ型超音波センサ１０ａによって検知されることになる。特に、垂直探傷では検知することができない「割れ」を検知することが可能になる。

（第１センサの実施例２）
図５および図６は、図１に示す第１センサの実施例２を模式的に説明するものであって、図５の（ａ）は構成を示す断面図、図５の（ｂ）は超音波ビームの伝播を示す断面図、図５の（ｃ）はデータ収集範囲を示す断面図、図６の（ａ）は第１センサの配置例を示す正面図、図６の（ｂ）は超音波ビームの伝播を示す側面図である。

図５の（ａ）において、第１センサ１０はタイヤ型超音波センサであって、第１タイヤ型超音波センサ１０ｂは、第１中心軸１１ｂと、第１中心軸１１ｂに回転自在に設置された第１タイヤ１３ｂと、第１中心軸１１ｂに設置された第１超音波振動子１５ｂと第１中心軸１１ｂに設置された第１振動子前面材１７ｂとを有している。第１振動子前面材１７ｂの第１中心軸１１ｂに近い端面１６ｂが第１超音波振動子１５ｂに当接し且つ他方の端面１８ｂが第１タイヤ１３ｂの内周１２ｂに摺動する。

また、第１タイヤ１３ｂの外周１３ｂは断面円弧状に形成されているから、第１中心軸１１ｂから最も離れた位置Ｂ（以下、当接点と称す）において管２に当接することになる。
そして、第１振動子前面材１７ｂの端面１６ｂは、第１中心軸１１ｂの中心と当接点Ｂとを結ぶ線に対して傾斜している。すなわち、端面１６ｂは管２の半径方向（内面２ａの垂線に同じ）に対して傾斜している。したがって、第１超音波振動子１５ｂは当接点Ｂに向けて超音波ビームを発するから、当接点Ｂにおいて超音波ビームは屈折して（屈折角θでもって）管厚に対して斜め方向、すなわち、管２の管軸方向に向かって伝播することになる。

図５の（ｂ）において、超音波ビームは管の内面２ａおよび外面２ｂで反射しながら管２の管軸方向（図中左方向）に向かってジグザグに進行し、該進行に伴って管軸方向の幅が拡がっている。このため、所定の距離だけ進行した後は、超音波ビームが１回の反射によって進行する距離よりも、拡大した超音波ビームの幅の方が大きくなるから、ジグザグに進行する超音波ビームは、管２の管軸方向で内面２ａおよび外面２ｂに隙間なく照射されることになる。したがって、超音波ビームが管２の管軸方向で内面２ａおよび外面２ｂに隙間なく照射されるようになるだけの距離、当接点Ｂから離れた範囲を「管軸方向データ収集範囲５０」としている（図５の（ｃ）参照）。

図６の（ａ）において、第１タイヤ型超音波センサ１０ｂが円周方向に６台配置されている（それぞれの当接点をＢ１、Ｂ２・・・Ｂ６とする）。
図６の（ｂ）において、隣接する当接点から発した超音波ビームによるそれぞれの「円周方向データ収集範囲」の一部が、重なっている。すなわち、進行する超音波ビームは管軸方向にその幅が拡大すると同時に、円周方向にも拡大していく。このため、当接点Ｂ１から発した超音波ビームによる円周方向データ収集範囲４１と、当接点Ｂ６から発した超音波ビームによる円周方向データ収集範囲４６とが重なるようにしている。

このとき、円周方向データ収集範囲４１、４６は管軸方向データ収集範囲５０内にあるため、該６台の第１タイヤ型超音波センサ１０ｂによって、管２の全円周にもれなく超音波ビームを照射することができる。すなわち、該該６台の第１タイヤ型超音波センサ１０ｂを搭載した第１センサ台車１００を管軸方向に移動すれば、管２の内面のいずれの位置であっても、欠陥や局部減肉があれば、該欠陥や局部減肉において超音波ビームが反射され照射され第１タイヤ型超音波センサ１０ａによって検知されることになる。特に、垂直探傷では検知することができない「割れ」を検知することが可能になる。

さらに、第１センサ１０ｂに設置される第１振動子前面材１７ｂの端面１６ｂは、第１中心軸１１ｂの中心と当接点Ｂとを結ぶ線に対して、管軸方向に傾斜させ、同時に、第１中心軸１１ｂの軸方向に対して傾斜させてもよい。このとき、当該第１センサから出射された超音波ビームは、管２の管軸方向および円周方向の何れに対しても傾斜した方向に向かって伝播することになる。

（第２センサ台車）
図７は図１に示す第２センサ台車の構成を示すものであって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は正面図である。図２において、第２センサ台車２００は、第２センサ（これについては別途説明する）と、第２センサが支持された第２センサ支持機構２１０と、第２センサ支持機構２１０が設置された転動シリンダ２６０と、転動シリンダ２６０を転動する転動機構２５０と、転動シリンダ２６０を転動自在に支持する第２固定軸２２０と、第２固定軸２２０の前後に設置された一対の第２ガイド手段２３０ａ、２３０ｂとを有している。なお、第１センサ台車と同じ部分には下二桁にこれと同じ符号を付し、名称に付した「第１」を「第２」に読み替え、一部の説明を省略する。

（第２センサ支持機構）
第２センサ支持機構２１０は第１センサ支持機構１１０に同じ構造であって、第２センサ２０を、常時または所定のタイミングで管２の内面２ａに押し当てるものである。たとえば、第１センサ１０が、管２に欠陥が存在していることを検知した場合に限り、制御装置の指令に基づいて、第２エアシリンダ２１４が進出して第２センサ２０を管２の内面２ａに押し当て、一方、欠陥の検知された範囲を通過した後は、再度、第２エアシリンダ２１４が後退して第２センサ２０を管２の内面２ａから引き離すものである。また、キャスタ機能を具備している。

（転動シリンダ）
転動シリンダ２６０は第２固定軸２２０に転動自在に支持され、その外周に第２センサ支持機構２１０の第２エアシリンダ２１４が設置されている。また、転動シリンダ２６０と第２固定軸２２０との間には図示しないスリップリングが配置され、第２センサ２０が発した検査信号が第２固定軸２２０側に伝達されている。また、第２エアシリンダ２１４に供給される圧縮空気は、第２固定軸２２０に設けられている空気払い室と、該空気払い室に気密的に連結する空気受け室（転動シリンダ２６０の内周に設けられている）とを経由して供給されている（図示しない）。

（転動機構）
転動機構２５０は、転動モータ２５１と、転動モータ２５１との回転軸に固定された駆動歯車２５２と、転動シリンダ２６０に固定された従動歯車２６２（駆動歯車２５２に噛み合っている）とを有している。そして、転動モータ２５１は第２固定軸２２０または第２固定軸２２０の端部に設置された第２固定フランジ２２２に設置され、管内検査装置１の走行速度に対応した所定の回転速度で回転制御されている。
したがって、第２センサ２０は管内検査装置１の走行に伴って管２内を螺旋状に移動することになる。このとき、第２センサ２０はキャスタ機能を具備する第２センサ支持機構２１０に支持されているから、第２タイヤ２３の進行方向に容易に追従して円滑な回転をする。なお、第２ホルダ基板２１２を撤去して、第２センサ２０を第２シリンダロッド２１５に設置してもよい。

（第２センサの実施例）
図８は図１に示す第２センサの実施例を説明するものであって、（ａ）は構成を示す正面視の断面図、（ｂ）は構成を示す側面視の断面図である。
図８において、第２センサ２０はタイヤ型超音波センサであって、第２タイヤ型超音波センサ２０は、第２中心軸２１と、第２中心軸２１に回転自在に設置された第２タイヤ２３と、第２中心軸２１に設置された第２超音波振動子２５と第２中心軸２１に設置された第２振動子前面材２７とを有している。第２振動子前面材２７の第２中心軸２１に近い端面２６が第２超音波振動子２５に当接し且つ他方の端面２８が第２タイヤ２３の内周２２に摺動する。

また、第２タイヤ２３の外周２４は断面円弧状に形成されているから、第２中心軸２１から最も離れた位置Ｃ（以下、当接点と称す）において管２に当接することになる。
そして、第２振動子前面材２７の端面２６は第２中心軸２１の軸心と当接点Ｃを結ぶ線に垂直である（第２中心軸２１の軸方向および管２の管軸方向に平行）。したがって、第２超音波振動子２５は当接点Ｃに向けて超音波ビームを発するから、当接点Ｃにおいて超音波ビームは垂直に管２に伝播され、管２の管厚方向、すなわち、管２の管厚方向に伝播することになる。なお、第２タイヤ２３は当接時に弾性変形するから、実際の当接部は第２中心軸２１の軸方向および円周方向に所定の幅を有している。

そして、管２の内面２ａから入射した超音波ビームは外面２ｂにおいて反射され、第２タイヤ型超音波センサ２０に入射するものである。したがって、第２タイヤ型超音波センサ２０の第２タイヤ２３を管２の内面２ａに押し付けて移動すると、第２タイヤ２３は回転するから、該移動が円滑であって、当接部の局部摩耗を防止することができる。
なお、回転しない第２超音波振動子２５から垂直方向に超音波ビームを発射すると、この超音波ビームは回転しない第２振動子前面材２７、超音波伝達物質の皮膜および回転する第２タイヤ２３を通って管の板厚内を伝播し、さらに、その反射波は第２タイヤ２３、超音波伝達物質の皮膜および第２振動子前面材２７を通って第２超音波振動子２５によって受信されるから、これによって管の欠陥や板厚が検知される。

（第２センサの走査範囲）
図９は、本発明の実施の形態に係る管内検査装置における第２センサの走査範囲を説明する部分展開図である。
まず、第２タイヤ型超音波センサ２０が管２の内面２ａを管軸方向に滑らないための条件を示す。
図９において、転動シリンダ２６０に円周方向で均等配置された第２タイヤ型超音波センサ２０の数量がＮ基で、転動シリンダ２６０の第２固定軸２２０周りの転動角速度がω（ｒａｄ／秒）で、管内検査装置１の管軸の方向の走行速度がｖ（ｍ／秒）のとき、第２タイヤ型超音波センサ２０の移動方向は管軸に対して
tanα＝Ｒ・ω／ｖ
なる螺旋角度αだけ傾斜する。したがって、第２タイヤ型超音波センサ２０の第２タイヤ２３の方向を管軸に対して螺旋角度αだけ傾斜して配置しておけば、第２タイヤ２３が管２の内面を軸方向に滑ることがない（このとき、第２タイヤ２３の第２中心軸２１の軸心は管２の管軸に対して（π／２−α）だけ傾斜している）。

つぎに、第２タイヤ型超音波センサ２０が内面２ａの全域を走査（カバー）するための条件を示す。第２タイヤ型超音波センサ２０の検査視野は略線状であって、第２中心軸２１の軸心に平行で、長さがＬ（ｍ）と仮定する。第２タイヤ型超音波センサ２０のそれぞれについて検査視野をＣ１、Ｃ２、Ｃ３等で示し、進行方向手前側（図中、右側）を位置Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３等、進行方向側（図中、左側）を位置Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３等で示す。

第２タイヤ型超音波センサ２０が２・π／Ｎ回転して、たとえば、検査視野Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３等がそれぞれ新たな検査視野ＣＣ１（位置ＤＤ１とＢＢ１を結ぶ範囲）、ＣＣ２（位置ＤＤ２とＢＢ２を結ぶ範囲）、ＣＣ３（位置ＤＤ３とＢＢ３を結ぶ範囲、図示しない）等に移動したとき、検査視野Ｃ１は位置Ｄ１、Ｅ１、ＥＥ１、ＤＤ１により形成される範囲を走査したことになる。同様に検査視野Ｃ２、Ｃ３等はそれぞれ、位置Ｄ２、Ｅ２、ＥＥ２、ＤＤ２により形成される範囲、位置Ｄ３、Ｅ３、ＥＥ３、ＤＤ３により形成される範囲等を走査したことになる。
このとき、これらの走査範囲の一部がそれぞれ接するか重なる（図中、斜線に示す）ためには、上記式より、
ｖ≦Ｌ・ｖ・Ｎ／（２・π・Ｒ・cosα）
であるから、転動角速度ωおよび走行速度ｖが与えられた場合には、
Ｌ≧２・π・Ｒ／cosα
なる大きさ以上の検査視野を有する必要がある。
なお、図９では、第２タイヤ型超音波センサ２０が２・π／Ｎだけ回転した場合について、前記重なり範囲を斜線で示しているため該斜線範囲が矩形になっている。しかしながら、第２タイヤ型超音波センサ２０は連続して多数回に渡って転動するものであるから、該重なり範囲（斜線範囲）は帯状に延長され、管２の内面２ａにおいては多状の螺旋を呈するものである。

（牽引台車）
牽引台車３００（図１参照）は図示しないエアシリンダによって走行タイヤ３１０を管２の内面２ａに押し付け、図示しない駆動モータによって走行タイヤ３１０を回転駆動することにより自走するものである。なお。駆動モータ用の電力は地上部からケーブル５００を経由して供給される。
また、管２の内面２ａを監視するための監視カメラ３０が搭載され、走行前方を監視している。したがって、走行前方に曲がり管部（ベンド）があることが発見された場合には、第１エアシリンダ１１４や第２エアシリンダ２１４を後退させ、第１タイヤ型超音波センサ１０、２０を退避（縮径）することにより通過を容易にすることができる。また、管２の内部にプラグや枝管の付け根が突出しているものが発見された場合も、同様にこれを回避する。
さらに、第１センサ１０が欠陥を検知した場合に、該欠陥の検知信号を受信して、該欠陥の検知された範囲において走行速度を減速し、かつ、第２センサ台車２００に欠陥の性状を検査するための所定の信号を発する制御装置を、牽引台車３００に搭載してもよい。

（補助台車）
補助台車４００（図１参照）は第２センサ台車２００に連結され、第１センサ台車１００を介して牽引台車３００によって牽引されるものであって、第１センサ１０（斜角探傷）および第２センサ２０（垂直探傷）からの信号が入力される探傷器（アンプ）が搭載されている。
なお、該探傷器は、第１センサ１０または第２センサ２０のそれぞれに連結された別個のものであっても、または、両者に共通のものであって、適宜（低速移動の間）切り換え自在なものであってもよい。

（管内検査方法）
以上より、管内検査装置１は、第１センサ台車１００に設置された第１センサ１０を内面２ａに押し当てて斜角探傷をするから、データ収集範囲が広いため、最少の設置台数でもって内面２ａの全周をカバーすることができ、しかも高速で走行しながら欠陥（特に割れ）や局部減肉の有無を検査することが可能になる。
そして、第１センサ１０が管２に欠陥が存在していることを検知したとき、当該欠陥が存在する範囲で、管内検査装置１は低速で移動し、螺旋状に移動する第２センサ２０を内面２ａに押し当てて垂直探傷をするから、欠陥の性状（局部的な肉厚の減少等を含む）が検査されることになる。さらに、当該欠陥が存在する範囲を通過した後は、再度、管内検査装置１は高速で移動しながら欠陥の有無を検査する。
よって、欠陥の性状検査のためにだけ、管内検査装置１を低速で移動し、欠陥の有無を検知するためには、管内検査装置１を高速で移動することができるから、管内検査の能率が向上する。

なお、管内検査装置１は、第１センサ台車１００および第２センサ台車２００が牽引台車３００に牽引されるものであるが、第１センサ台車１００にガイドローラ駆動手段を設置して、第１ガイドローラ１３１を回転駆動して自走自在すれば、牽引台車３００を撤去することができる。また、第１センサ台車１００の第１ガイドローラ１３１および第２センサ台車２００のガイドローラ２３１の両方を回転駆動してもよい。
また、補助台車４００に搭載した各種機器を、第１センサ台車１００または第２センサ台車２００の一方または両方に移設して、補助台車４００を廃止してもよい。

さらに、第２センサ台車２００の転動シリンダ２６０に第１センサ支持機構１１０と第２センサ支持機構２１０とを設置して第１センサ台車１００を撤去してもよい。このとき、まず、第１センサ１０を管２の内面２ａに当接して転動シリンダ２６０を転動することなく高速で走行し、第１センサ１０が欠陥を検知した場合、第２センサ２０を管２の内面２ａに所定の第２螺旋角α２でもって当接して転動シリンダ２６０を所定の角速度で転動しながら低速で走行することになる。そして、第１センサ１０の欠陥検知範囲を通過した後は、再度、高速で走行することになる。
さらに、第１センサは１個の振動子前面材１７を、第２センサは１個の振動子前面材２７を有しているが、第１センサが振動子前面材１７と振動子前面材２７を、または、第２センサが振動子前面材１７と振動子前面材２７を有してもよい。

以上のように本発明によれば、気体や液体等各種流体を輸送するパイプラインや、管をを有する各種構造物において、管内面の検査に広く利用することができる。

本発明の実施形態に係る管内検査装置の構成を示す側面図である。 第１センサ台車の構成を示す縦断面図と正面図である。 本発明の実施の形態１に係る管内検査装置の構成を示す正面図である。 第１センサの実施例１の構成を説明する断面図と超音波ビームの伝播を示す断面図である。 第１センサの実施例１の配置例を示す正面図とデータ収集範囲を示す断面図である。 第１センサの実施例２の構成を説明する断面図と超音波ビームの伝播を示す断面図である。 第１センサの実施例２の配置例を示す正面図と超音波ビームの伝播を示す側面図である。 第２センサ台車の構成を示す縦断面図と正面図である。 第２センサの実施例の構成を示す断面図である。 第２センサの走査範囲を説明する部分展開図である。 従来の管内検査装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１：管内検査装置、２：管、１０： センサ、１０ａ：第１タイヤ型超音波センサ、１０ｂ：第１タイヤ型超音波センサ、 １１：第１中心軸、１１ａ：第１中心軸、１１ｂ：第１中心軸、１２：第１固定軸、１３ａ：第１タイヤ、１３ｂ：第１タイヤ、１５ａ：第１タイヤ型超音波振動子、１５ｂ：第１タイヤ型超超音波振動子、１７ａ：第１振動子前面材、１７ｂ：第１振動子前面材、２０：第２センサ、２１：第２シリンダロッド、２１：第２中心軸、２３：第２タイヤ２５：第２超音波振動子、２７：第２振動子前面材、３０：前方監視カメラ、１００：センサ台車、１１０：第１センサ支持機構、１１１：第１タイヤホルダ、１１２：第１ホルダ基板、１１３：第１ホルダフランジ、１１４：第１エアシリンダ、１１５：第１シリンダロッド、１２０：第１固定軸、１２１：第１固定内筒、１２２：第１固定フランジ、１３０：第１ガイド手段、１３０ａ：第１ガイド手段、１３１：第１ガイドローラ、１４０：第１リンク機構、１４１：第１移動外筒、１４２：第１空洞、１４３：第１仕切フランジ、１４３：第１移動外筒、１４４：第１支承アーム、１４５：第１開閉アーム、２００：第２センサ台車、２１０：第２センサ支持機構、２１２：第２ホルダ基板、２１４：第２エアシリンダ、２２０：第２固定軸、２２２：第２固定フランジ、２３０ａ：第２ガイド手段、２３０ｂ：第２ガイド手段、２３１：第２ガイドローラ、２４０：第２リンク機構、２５０：転動機構、２５１：転動モータ、２５２：駆動歯車、２６０：転動シリンダ、２６２：従動歯車、３００：牽引台車、３１０：走行タイヤ、４００：補助台車、５００：ケーブル。

Claims (10)

1. 管内を移動する前方のセンサ台車に搭載した前方センサで欠陥の存在を検知し、該前方センサで検知された欠陥の個所に、該管内を移動する後方のセンサ台車が差し掛かった時点で、移動を継続しながら連続的に、後方のセンサ台車に搭載した後方センサを機能させることにより、該欠陥を精緻に検査することを特徴とする管内検査方法。
2. 前記前方のセンサ台車と後方のセンサ台車とが連結され、前記後方センサを機能させる際、減速して低速で移動し、前記後方センサを機能させない間、高速で移動することを特徴とする請求項１記載の管内検査方法。
3. 管内を自走または牽引して使用する管内検査装置であって、
   欠陥の存在を検知する第１センサ台車と、検知された欠陥を精緻に検査することができる第２センサ台車を編成中に連結し、前記検知および検査を連続的に行うことができることを特徴とする管内検査装置。
4. 前記第１センサが超音波ビームを前記管の板厚方向に対して斜めに伝播する斜角超音波センサであることを特徴とする請求項３記載の管内検査装置。
5. 前記第２センサが超音波ビームを前記管の板厚方向に伝播する垂直超音波センサであることを特徴とする請求項３または４記載の管内検査装置。
6. 前記第１センサが前記管の管軸方向に略直線状に移動し、前記第２センサが前記管軸方向に螺旋状に移動することを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の管内検査装置。
7. 前記第１センサが、超音波振動子と、前記管に当接して管軸方向に回転する第１タイヤと、一方の端面が前記超音波振動子に当接して他方の端面が前記第１タイヤの内周に摺動する振動子前面材とを有し、
   該振動子前面材の一方の端面が、前記管の半径方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項３乃至６の何れかに記載の管内検査装置。
8. 前記第１センサ台車が、前記第１センサが設置された第１固定軸と、該第１固定軸の軸心を前記管軸に略一致させる第１ガイド手段とを有することを特徴とする請求項３乃至７の何れかに記載の管内検査装置。
9. 前記第１センサ台車において、前記第１タイヤが第１タイヤホルダに回転自在に保持され、該第１タイヤホルダが前記第１固定軸に旋回自在に設置され、前記第１タイヤの回転中心が前記第１タイヤホルダの旋回中心から前記管軸方向で偏位していることを特徴とする請求項８記載の管内検査装置。
10. 前記第１ガイド手段が、ガイドローラと、一端が該ガイドローラに回転自在に設置されて他端が前記固定軸に傾動自在に設置された支承アームと、前記固定軸に摺動自在に配置された移動外筒と、一端が前記支承アームの略中央部に回動自在に設置されて他端が前記移動外筒に傾動自在に設置された開閉アームとによって構成された略人字状のリンク機構を有し、
    前記移動外筒の移動による前記開閉アームの傾動に伴って、前記支承アームが傾動して前記ガイドローラが前記固定軸に対して半径方向に進退することを特徴とする請求項８または９記載の管内検査装置。
    

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