JP2010002459A - 溶接内面撮影カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】管内周壁を撮影するのに先行して周壁を清掃しながら観察することが可能な溶接内面撮影カメラを提供すること。
【解決手段】管Ｐの内周壁２を撮影可能な撮影手段１０と、撮影手段１０を管の軸線方向に移動可能に支持する支持手段２０と、撮影手段１０によって撮影された映像を表示する専用コントローラ４０とを備え、管内を移動してその周壁２を観察・記録する溶接内面撮影カメラ１であって、支持手段２０にその先行位置で連結され、移動に伴って管内の周壁２を清掃する清掃手段３０を備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、ガス管や水道管等の管内を観察するための溶接内面撮影カメラに関し、とくに、管内を観察する直前に周壁を清掃して、壁面の状況を正確に観察できるようにした溶接内面撮影カメラに関する。

都市ガスの輸送パイプラインは社会的に大変必要なインフラ設備であり、そのパイプライン（鋼管導管設備）の品質を確認するにあたり、溶接部の外周は目視可能であるが、管内は密閉されているため目視不可能である。
そこで、特許文献１に示すようなビデオカメラを内蔵した管内観察装置が活用されている。

特許文献１に示される管内観察装置は、図７に示すように、カメラ２７を収容し、金属ミラーを取り付けた観察フードを備えたカメラホルダ部２６と、カメラ２７のレンズ中心が管２１の軸芯に位置するように、このカメラホルダ部２６を支持する、先端に車輪２４を有するサポート機構２５と、カメラホルダ部２６に取り付けられた接続金具を介してカメラホルダ部２６に連結される棒状部材３８と、カメラ制御ケーブル３７を介してカメラ２７と接続される制御装置４０とから構成されている。なお、サポート機構２５内にはバネを設けて、管２１の径の変化の許容範囲内で伸縮し、また、溶接部２２を通過するときの段差も吸収可能なようになっている。
特開２００３−２７４２２８号公報

ところが、アーク溶接が行われると管の溶接部の表面にはスラグと呼ばれる溶接棒の被覆材が残留する。これを取り除く必要があるが、特許文献１の装置では、これを取り除く機能を備えていないため、溶接部をスラグが付着したまま観察することとなり、スラグの下にピンホール等があると見逃す場合があり、正確な溶接状況を把握することが難しかった。
また、溶接部以外の一般の壁面に汚れがあることが観察された場合には、特許文献１の装置では、この汚れを取り除くことができず、観察が終了してこの装置を引き出した後、改めて別の清掃器具を管内に挿入して清掃する必要があり、二重手間がかかるという問題がある。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、管内周壁を撮影するのに先行して周壁を清掃しながら観察することが可能な溶接内面撮影カメラを提供することを目的とする。

本発明に係る溶接内面撮影カメラは、次のような特徴を有する。
（１）管の内周壁を撮影可能な撮影手段と、撮影手段を管の軸線方向に移動可能に支持する支持手段と、撮影手段によって撮影された映像を表示する表示手段を備え、管内を移動してその周壁を観察・記録する溶接内面撮影カメラにおいて、前記支持手段にその先行位置で連結され、移動に伴って管内の周壁を清掃する清掃手段を備えていることを特徴とする。
この溶接内面撮影カメラによれば、管の内周壁を撮影するにあたり、撮影手段に先行して清掃手段により管内の周壁を清掃することができるので、汚れ等が掻き落とされた状態の周壁を観察でき、傷等が発見しやすい。また、周壁の溶接部を観察する場合には、清掃手段によりスラグを取り除くことができるので、スラグが取り除かれた後の状態を撮影できるため、正確に溶接の仕上がり状況を観察することができる。

（２）（１）に記載の溶接内面撮影カメラにおいて、前記清掃手段は、外周部が、管の内径と略同一の外径を有し、管内周壁と接触するように形成された複数の円盤から構成され、前記外周部が軸方向で間隔をおくように連結されたものであることを特徴とする。
この溶接内面撮影カメラによれば、円盤の外周が管内周壁に接触しながら移動するので、周壁に付着している汚れ等を掻き落とすとともに、円盤が間隔をおいて設けられているので、その間隔内に汚れが纏められ、纏められたまま移動して排出することができる。

（３）（１）又は（２）に記載の溶接内面撮影カメラにおいて、前記支持手段は、撮影手段のレンズ中心を管の軸芯と略一致させるとともに、管内の周壁を転動する転動輪を管の軸芯から放射状に取り付け、管の内径の種類に応じて転動輪の位置を選択可能に転動輪を支持したことを特徴とする。
この溶接内面撮影カメラによれば、転動輪の位置を管の内径の種類に応じて選択可能にしたので、管の内径が大きく異なる管にも撮影手段や支持手段が共通に使用でき、種類が増えないため設備の管理が容易になる。

本発明の溶接内面撮影カメラによれば、管の内周壁が清掃された状態で撮影し観察できるので、正確な内周壁の状況が把握できる。また、清掃時に掻き落とされた汚れが清掃手段の移動により容易に持ち出すことができるので、管内の観察作業と同時に管内清掃ができ、一度の移動作業で観察と清掃を同時に行うことができる。

次に、本発明に係る溶接内面撮影カメラの一の実施の形態について図面を参照して以下に説明する。本実施の形態の溶接内面撮影カメラは、都市ガスの配管の溶接品質確認に適用されたものである。
ここで、図１は、配管内に配置された状態の側面図であり、図２は、その正面図である。

本発明の一実施の形態の溶接内面撮影カメラの構成について説明する。なお、この説明で前方、後方あるいは前端、後端とは、溶接内面撮影カメラの進行方向に対していうものとする。
溶接内面撮影カメラ１は、図１、図２に示すように、管Ｐの内周壁２を撮影可能な撮影手段１０と、撮影手段１０を管Ｐの軸線方向に移動可能に支持する支持手段２０と、支持手段２０に連結され、管Ｐの内周壁２を清掃する清掃手段３０と、撮影手段１０によって撮影された映像を表示する表示画面を備え、装置を制御する専用コントローラ４０とを備えている。

専用コントローラ４０は、電源スイッチ４２、電源表示灯４１、各種スイッチ４３、表示画面４７を備えている。各種スイッチ４３は、ビデオカメラ１１を収納するケース１２を支持手段２０に対して、前進させるための前進スイッチ４３ａ、後退させるための後退スイッチ４３ｂ、ビデオカメラ１１の画角を大きくするための画角大スイッチ４３ｃ、画角を小さくするための画角小スイッチ４３ｄ、ケース１２を支持手段２０に対して右回転させるための右回転スイッチ４３ｅ、停止させるための停止スイッチ４３ｆ、左回転させるための左回転スイッチ４３ｇが備えられている。

また、専用コントローラ４０の下面には、４本の足４６と、ブラケット４４に取り付けられた磁石４５が備えられている。この４本の足４６と磁石４５により、磁石４５がガス管に磁力で吸着するため、検査対象であるガス管の上に、専用コントローラ４０を安定して設置することができる。
撮影手段１０は、市販のビデオカメラ１１と、ビデオカメラ１１をそのレンズを後方に向けて収納するケース１２と、ケース１２を後述の支持手段２０に連結する連結部１３とを備えている。

ケース１２には、ビデオカメラ１１のレンズ１１１の後方で、レンズ１１１に管内周壁２が映るようにビデオカメラ１１の光学軸に対して４５°の角度で取り付けられたミラー１２１と、ミラー１２１に画像が映るように開けられた窓部１２３と、周壁２を照明する照明装置１２４とを備えている。
なお、ビデオカメラ１１の光学軸が、管Ｐの軸線（軸芯）と略一致するようにビデオカメラ１１が支持される。

連結部１３は、後端が前記ケース１２に取り付けられ、前端が支持手段２０に、前記ケース１２が管Ｐの軸線上を回動可能に連結される。
ここで、ケース１２は、図示しない電動シリンダにより、支持手段２０に対して、１００ｍｍ程度前後進可能である。これは、ビデオカメラ１１が、見たい箇所を通り過ぎてしまった場合に、ビデオカメラ１１を後戻りさせるためである。

支持手段２０は、前記連結部１３を介してケース１２を管Ｐの軸線上を回動可能に支持するモータ２１を内蔵する箱体２２と、箱体２２の外側で、管Ｐの軸線を中心として、図２に示すように、上側ローラ２３１に対して両側１３５°の角度で取り付けられた一対のローラ２３１を備える滑動手段２３とを備えている。上側ローラ２３１は、バネ２３５により上向きに付勢されている。
なお、箱体２２の前面には、後述する清掃手段３０を連結する連結金具２４と、ビデオカメラ１１やモータ２１を制御するケーブル４９を接続するコネクタ２５が前方に向かって取り付けられている。

滑動手段２３は、図３に示すように、周壁２を滑動する複数（この実施例では２個）のローラ２３１と、この２個のローラ２３１をその両側から狭持して一列に回転自在に支持する連結プレート２３２と、ローラ２３１を支持した状態の連結プレート２３２を、箱体２２の外側に、１つを箱体２２の上面と、他の２つを前述した１３５°の間隔で箱体２２の下部に取り付けるように形成された左右一対のＬ字断面のブラケット２３３とから構成されている。各滑動手段２３に取り付けられた２個のローラ２３１の中心間隔は、２４５ｍｍである。これにより、２本のガス管を１１．２５度の傾斜角度を持たせて溶接接続したガス管に対しても、箱体２２をスムーズに移動することが可能である。

ローラ２３１は外周が半円状に面取りされた合成樹脂製の円盤状のものである。
連結プレート２３２は、２個のローラ２３１の間隔を２４５ｍｍで支持する長さを有し、その間にコ字状の取付孔２３２ａ、２３２ｂが設けられている。取付孔２３２ａ、２３２ｂのコ字状の上部と下部の取付孔の中心間隔Ｌ（図３に示す。）は、この溶接内面撮影カメラ１を使用する管Ｐの２種類の内径の差の２分の１に合わせて決定しておく。

一方、ローラ２３１を支持した連結プレート２３２を箱体２２に取り付けるブラケット２３３は、断面Ｌ字状に折り曲げられ、管Ｐの軸線方向の長さは略箱体２２の長さと略同一とされ、前記連結プレート２３２のコ字状の取付孔２３２ａ、２３２ｂの管Ｐの軸線方向のピッチと同一のピッチで取付孔２３３ａ、２３３ｂが設けられている。

すなわち、図４（ａ）に示すように、ブラケット２３３の取付孔２３３ａ、２３３ｂに対して連結プレート２３２のコ字状の取付孔２３２ａ、２３２ｂの下部を合わせてボルトで締結すれば、コ字状の上部と下部の取付孔の中心間隔Ｌの分だけローラ２３１が外側に取り付けられるようになり、管Ｐの軸線からの半径が図示のＨとなる。
また、図４（ｂ）に示すように、ブラケット２３３の取付孔２３３ａ、２３３ｂに対して連結プレート２３２のコ字状の取付孔２３２ａ、２３２ｂの上部を合わせてボルトで締結すれば、コ字状の上部と下部の取付孔の中心間隔Ｌの分だけローラ２３１が内側に取り付けられるようになり、管Ｐの軸線からの半径が図示のｈとなる。すなわち、半径がＨとｈの２種類の管Ｐに対応可能となる。すなわち、ローラ２３１を取り外すことなく、半径がＨとｈの２種類の管Ｐに対応可能となる。

なお、箱体２２に取り付けられる脚部の滑動手段２３の取り付け角度は、図２で明らかなように、一対のローラ２３１が上側ローラを挟んで安定を重視した１３５°の角度で振り分けられて取り付けられている。
また、箱体２２の上面に取り付けられた滑動手段２３は、ブラケット２３３の下面と箱体２２上面との間に嵌挿されたコイルバネ２３５によって、常時ローラ２３１を管Ｐの内周面に押圧するように取り付けられて、移動時に管内の凹凸を吸収するようになっている。

次に、清掃手段３０は、図５に示すように、管Ｐの軸線と合致する中心に、清掃手段３０を移動させるための図略の移動手段に連結する全ネジシャフト３５が貫通する、金属製のフランジ３３と、その外周に嵌め込まれ、外周が管Ｐの内周壁２に接触する径を有する円盤状の複数（本実施の形態では３枚）のスポンジ製の清掃板３１と、清掃板３１、３１の間に挟まれ、清掃板３１より小径のクッション材３２とを備えている。清掃板３１で掻き落とされたゴミ等が、クッション材３２と清掃板３１の隙間に保持され、外部まで移動され排出される。これにより、管内ダストを効率よく排除することができる。

また、フランジ３３には、支持手段２０と後述の専用コントローラ４０とを連絡するケーブル４９を通す貫通孔３７が設けられている。ケーブル４９は、耐熱性フレキシブルチューブ３８に覆われて保護されている。耐熱性フレキシブルチューブ３８は、全ネジシャフト３５に取り付けられている。耐熱性のものを使用しているのは、溶接の火花によりケーブル４９が損傷するのを防止するためである。
全ネジシャフト３５の後端は支持手段２０の連結金具２４と連結するクエスチョン（？）マーク状に曲げられた連結部３５ａが設けられ、反対側の前端には移動手段に連結する同じく？マーク状に曲げられた連結部３５ｂが形成されている。ここで、連結金具２４は、支持手段２０に対して、回転可能に保持されているので、連結部３５ａを連結金具２４に容易に連結することができる。
清掃手段３０が固定されているフランジ３３は、全ネジシャフト３５に対して、ナット３６により、取外し可能に固定されている。
なお、清掃手段３０は、ナット３６を脱着することにより、管Ｐの内径の大きさ毎に、その内径に合致した外径の清掃板３１に簡単に交換することができる。

つぎに、以上のように構成された溶接内面撮影カメラ１の作用について説明する。ガス漏れ等の発生している管Ｐを切断してその一部を除去し、図６に示すように、溶接内面撮影カメラ１を残された既設管Ｐ１内に待機させ、新設管Ｐ２内に、溶接内面撮影カメラ１の全ネジシャフト３５の連結部３５ｂに締結したロープ３９やコネクタ２５に接続されたケーブル４９を通して、既設管Ｐ１と新設管Ｐ２とを接続部Ｗで接続する。

そして、既設管Ｐ１の軸芯が新設管Ｐ２の軸芯と一致するように固定し、接続部Ｗの外側から全周溶接する。この接続部Ｗが溶接部Ｋとなり、溶接部Ｋの外周に付着したスラグは、ハンマー等で掻き落とすことができる。

しかし、内周のスラグやダストは外側からは掻き落とせないので、新設管Ｐ２の開口部からロープ３９を徐々に引っ張り、溶接内面撮影カメラ１を矢印で示す右方向に移動させる。すると、まず、清掃手段３０の清掃板３１が既設管Ｐ１の内周壁２に接しながら移動し、その内周壁２にダストが付着していれば、その汚れを掻き取り、清掃板３１の間のクッション材３２の上に落とす。クッション材３２の間に落とされた汚れは溶接内面撮影カメラ１の移動に伴い、右方向に移動する。同時にビデオカメラ１１で撮影され専用コントローラ４０に表示された内周壁２の状況を観察しながら、傷等がないかどうかを判断する。

やがて、清掃手段３０の清掃板３１が既設管Ｐ１と新設管Ｐ２の溶接部Ｋに到達すると、清掃板３１が溶接部Ｋのスラグを掻き落とし、ダストが一部の残った場合には次の清掃板３１により掻き落とし、さらに３枚目の清掃板３１によりダストを取り除く。そして、撮影手段１０のミラー１２１がこの溶接部Ｋに到達すると、ダストが取り除かれた溶接部Ｋの内周を撮影し観察することができる。
ケース１２は、図示しない電動シリンダにより、支持手段２０に対して、１００ｍｍ程度前後進可能であるので、ビデオカメラ１１が、見たい箇所を通り過ぎてしまった場合に、ビデオカメラ１１を後戻りさせ、観察することができる。
また、電動シリンダは屈曲部を撮影する場合に、カメラを回転させていくと、溶接部Ｋは視野から外れてしまうため、溶接部Ｋを視野に収めるようにカメラを前後させて、観察することができる。

ここで、各種スイッチ４３を操作することにより、ビデオカメラ１１の撮像状態等を調整することができる。
専用コントローラ４０で観察する画像は、メモリに読み込んで、コンピュータを用いて画像処理することにより、自動的に溶接の適否を判断することができる。
そして、周壁２を撮影し観察しながら溶接内面撮影カメラ１を移動させて、ロープ３９を入れた新設管Ｐ１の開口部まで到達させ、そこで溶接内面撮影カメラ１を新設管Ｐ１から取り出して観察を終了する。

このように、本発明の溶接内面撮影カメラ１によれば、撮影手段１０と支持手段２０に清掃手段３０を連結して、観察する前に清掃手段３０により周壁２を清掃してから撮影手段１０により周壁２を撮影し、観察するので、スラグが掻き落とされた溶接部Ｋの内周や、清掃された周壁２の傷や汚れが残っている場合は見つけやすくなり、撮影や観察精度の向上が可能となった。
また、支持手段２０に設けられた滑動手段２３に、２種類の半径の管Ｐに対応できる取付孔を採用したので、対象の管径に容易に対応できる溶接内面撮影カメラ１とすることができる。

なお、本発明は前記実施の形態のものに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

本発明の一の実施の形態に係る溶接内面撮影カメラの、管内に挿入された状態の側面図である。 本発明の一の実施の形態に係る溶接内面撮影カメラの、管内に挿入された状態の正面図である。 本発明の一の実施の形態に係る溶接内面撮影カメラの、滑動手段の一部分解側面図である。 本発明の一の実施の形態に係る溶接内面撮影カメラの、滑動手段の管径に対応して調整した状態の側面図で、（ａ）は大径に対応し、（ｂ）は小径に対応した図である。 本発明の一の実施の形態に係る溶接内面撮影カメラの、清掃手段の斜視図である。 本発明の一の実施の形態に係る溶接内面撮影カメラを管内に挿入する手順を説明する側面図である。 従来の溶接内面撮影カメラの側面図である。

符号の説明

１ 溶接内面撮影カメラ
１０ 撮影手段
１１ ビデオカメラ
１２ ケース
１３ 連結部
２０ 支持手段
２２ 箱体
２３ 滑動手段
２３１ ローラ
２３２ 連結プレート
２３２ａ、ｂ 取付孔（コ字状）
２３３ ブラケット
２３３ａ、ｂ 取付孔
２４ 連結金具
２５ コネクタ
３０ 清掃手段
３１ 清掃板
３２ クッション材
３３ フランジ
３５ 全ネジシャフト
３５ａ、３５ｂ 連結部
３９ ロープ
４０ 専用コントローラ
４９ ケーブル
Ｐ１、Ｐ２ 管
Ｋ 溶接部
Ｗ 接続部

Claims (3)

1. 管の内周壁を撮影可能な撮影手段と、撮影手段を管の軸線方向に移動可能に支持する支持手段と、撮影手段によって撮影された映像を表示する表示手段とを備え、管内を移動してその周壁を観察・記録する溶接内面撮影カメラにおいて、
   前記支持手段にその先行位置で連結され、移動に伴って管内の周壁を清掃する清掃手段を備えていることを特徴とする溶接内面撮影カメラ。
2. 請求項１に記載の溶接内面撮影カメラにおいて、
   前記清掃手段は、外周部が、管の内径と略同一の外径を有し、管の内周壁と接触するように形成された複数の円盤から構成され、前記外周部が軸方向で間隔をおくように連結されたものであることを特徴とする溶接内面撮影カメラ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の溶接内面撮影カメラにおいて、
   前記支持手段は、撮影手段のレンズ中心を管の軸芯と略一致させるとともに、管の内周壁を転動する転動輪を管の軸芯から放射状に取り付け、管の内径の種類に応じて転動輪の位置を選択可能に転動輪を支持したことを特徴とする溶接内面撮影カメラ。

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