JP2013097707A - 多点検査・施工装置と方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の箇所を検査・施工することができ、時間を短縮することができ、ツールの種類を追加又は変更した場合でも、装置全体の再構築が不要である多点検査・施工装置。
【解決手段】固有のツール番号Ｉ２が設定され、検査・施工位置でワーク１を検査・施工する複数のツール装置１２と、検査・施工順序Ｉ１、検査・施工位置座標Ｐ及びツール番号Ｉ２を含む検査・施工情報Ａを出力する管理装置１６と、検査・施工位置座標Ｐ及びツール番号Ｉ２を含む指令信号Ｂを出力する制御装置１５と、指令信号Ｂを位置決め装置２０及びツール装置１２に通信する通信ネットワーク１８と、指令信号Ｂの検査・施工位置座標Ｐにツール番号Ｉ２に相当するツール装置１２を位置決めする位置決め装置２０とを備え、位置決め後に指令信号Ｂのツール番号Ｉ２に相当するツール装置１２により、位置決めされた検査・施工位置においてワーク１を検査・施工する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多数の箇所を複数のツール装置で検査・施工する多点検査・施工装置と方法に関する。

ワークを検査・施工するツールと、そのツールをワークに位置決めする位置決め装置とを備えた、種々の自動検査・施工装置が既に提案されている（例えば特許文献１〜９）。
なお、本発明において、検査・施工とは検査又は施工を意味する。

特開昭６２−３５２３８号公報、「回転機の自動検査システム」 特開平７−３０６１６５号公報、「Ｘ線検査装置およびＸ線検査補修装置」 特開平２−１６３６０４号公報、「タービン翼自動検査装置」 特開平１０−３９０８４号公報、「超音波探傷装置」 特開平８−２７１６７５号公報、「容器ノズルの検査方法及びその装置」 特開平８−７５７１７号公報、「超音波探傷装置」 特開平７−１１０３２０号公報、「圧力容器検査装置」 特開２００２−３５１６９１号公報、「制御装置及びそれを用いた検査システム」 特開平１１−６６２８１号公報、「画像処理検査装置」

上述した従来の自動検査・施工装置は、検査・施工するワークと、検査・施工ツールの種類に応じて専用の位置決め装置と専用の制御装置を準備していた。しかし、この場合、新たに別のツールを使用する場合や、位置決め装置を変更する場合などに、装置全体を新規に再構築する必要があった。

また、例えば１万箇所を超える孔を有する大型の熱交換器や蒸気発生装置の管板のように、多数の箇所を複数のツールで検査・施工する場合には、位置決めと複数の検査・施工を短時間で完了する必要があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、多数の箇所を複数のツールで検査・施工することができ、１箇所に要する時間を短縮することができ、ツールの種類を追加又は変更した場合でも、装置全体の再構築が不要である多点検査・施工装置と方法を提供することにある。

本発明によれば、それぞれ固有のツール番号が設定され、検査・施工位置においてワークを検査・施工する複数のツール装置と、
検査・施工順序、検査・施工位置座標及びツール番号を含む検査・施工情報を出力する管理装置と、
前記検査・施工情報の検査・施工順序の順に、検査・施工位置座標及びツール番号を含む指令信号を出力する制御装置と、
制御装置から位置決め装置及びツール装置に前記指令信号を通信する通信ネットワークと、
前記指令信号の検査・施工位置座標にツール番号に相当するツール装置を位置決めする位置決め装置と、を備え、
指令信号のツール番号に相当するツール装置を位置決め装置により位置決めした後に、位置決めされた検査・施工位置においてワークを検査・施工する、ことを特徴とする多点検査・施工装置が提供される。

また、本発明によれば、（Ａ）複数のツール装置にそれぞれ固有のツール番号を設定し、
（Ｂ）管理装置により検査・施工順序、検査・施工位置座標及びツール番号を含む検査・施工情報を出力し、
（Ｃ）制御装置により前記検査・施工情報の検査・施工順序の順に、検査・施工位置座標及びツール番号を含む指令信号を出力し、
（Ｄ）通信ネットワークを介して、制御装置から位置決め装置及びツール装置に前記指令信号を通信し、
（Ｅ）位置決め装置により、前記指令信号の検査・施工位置座標にツール番号に相当するツール装置を位置決めし、
（Ｆ）指令信号のツール番号に相当するツール装置を位置決め装置により位置決めした後に、位置決めされた検査・施工位置においてワークを検査・施工する、ことを特徴とする多点検査・施工方法が提供される。

上記本発明の装置と方法によれば、それぞれ固有のツール番号が複数のツール装置に設定されているので、管理装置により検査・施工情報を出力し、制御装置により指令信号を出力し、通信ネットワークを介して指令信号を位置決め装置及びツール装置に通信することにより、位置決め装置により、指令信号に含まれる検査・施工位置座標にツール番号に相当するツール装置を位置決めすることができる。

また、各ツール装置は、位置決め装置による位置決め後に、位置決めされた検査・施工位置においてワークを検査・施工するので、通信ネットワークを介してツール番号を出力するだけで、該当するツール装置により位置決めされた検査・施工位置においてワークを検査・施工することができる。

従って、ツール装置を追加又は変更した場合でも、追加又は変更したツール装置にツール番号を設定するだけで、管理装置により追加又は変更したツール装置を制御することができ、装置全体の再構築が不要である。

また、多数の箇所を複数のツール装置で検査・施工する場合でも、位置決め装置によりツール番号に相当するツール装置を順次位置決めすることができるので、位置決めに要する時間を短縮し、１箇所に要する検査・施工時間を短縮することができる。

本発明が対象とするワークの一例を示す図である。 本発明による装置の全体構成図である。 本発明による装置のシステム構成図である。 本発明による方法の全体フロー図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明が対象とするワークの一例を示す図である。
この図において、ワーク１は、大型の熱交換器又は蒸気発生装置の管板である。この管板１は、例えば直径約４ｍの円板であり、２万箇所を超えるチューブ用の貫通孔２を有する。貫通孔２の直径は、例えば１０〜３０ｍｍである。
なお、本発明のワーク１は、このような管板１に限定されず、１００を超える多数の箇所を２以上のツールで検査・施工するものであればよい。

この例で管板１は、表面が鉛直に位置決めされ、中心Ｏを原点とする直交２軸（ｘ軸、ｙ軸）が管板１の表面に設定されている。また、ｚ軸は管板１の表面に直交する軸である。
各貫通孔２には伝熱管（チューブ）が裏面から挿入されている。各貫通孔２のｘ−ｙ座標は、予め計測され既知であり、各貫通孔２における溶接位置も予め既知であるものとする。

この場合、本発明による装置により、多数の貫通孔２に対して、ａ．チューブ位置を計測し、ｂ．チューブを管板１に溶接し、ｃ．溶接部のビード形状を計測し、ｄ．溶接部の写真を撮る必要がある。
この４工程を仮に３０秒で実施できるとすると、２万箇所を実施するには、１万分≒１６７時間≒６．９日が必要となる。
従って、各貫通孔２において必要なすべての工程（検査・施工）をできるだけ短時間に自動でできることが重要となる。

図２は、本発明による装置の全体構成図であり、図３は本発明による装置のシステム構成図である。
図２、図３に示すように、本発明の多点検査・施工装置１０は、複数のツール装置１２、制御装置１５、管理装置１６、通信ネットワーク１８、及び位置決め装置２０を備える。

複数のツール装置１２は、それぞれ固有のツール番号Ｉ２が設定され、位置決め装置２０による位置決め後に位置決めされた検査・施工位置においてワーク１を検査・施工するようになっている。
また各ツール装置１２は、通信ネットワーク１８を介してツール番号Ｉ２を受信したときに、そのツール番号Ｉ２に相当するツール装置１２が作動してワーク１を検査・施工し、その結果と終了信号を出力するようになっている。

検査・施工とは、この例において、チューブ位置計測、溶接、ビード形状計測、及び写真撮影であり、同一の貫通孔２に対して、ａ．チューブ位置の計測、ｂ．チューブの管板１への溶接、ｃ．溶接部のビード形状の計測、ｄ．溶接部の写真撮影の４工程を順に実施するようになっている。

図３の例において、ツール装置１２は、形状計測ツール１２Ａ、溶接ツール１２Ｂ、及び撮影ツール１２Ｃである。
形状計測ツール１２Ａは、２つの異なる検査・施工（ａ．チューブ位置の計測とｃ．溶接部のビード形状の計測）を実施できるようになっており、各検査・施工に異なるモード番号Ｉ３が設定されている。

また各ツール装置１２（形状計測ツール１２Ａ、溶接ツール１２Ｂ、及び撮影ツール１２Ｃ）は、それぞれツール本体１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃとその制御盤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃとからなる。
各ツール装置１２は、ツール本体１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの基準位置が貫通孔２の基準位置（例えば中心）に位置決めされたとき、その検査・施工位置においてそれぞれ独立して作動し、それぞれの検査・施工（ａ．チューブ位置の計測、ｂ．チューブの管板１への溶接、ｃ．溶接部のビード形状の計測、ｄ．溶接部の写真撮影）を実施し、予め設定された検査・施工データ、解析結果及び終了信号を通信ネットワーク１８へ出力するようになっている。

なお、本発明において、ツール装置１２は、上述した例に限定されず、例えば、管孔内径を計測する内径計測ツール、溶接部をＸ線検査するＸ線検査ツール、その他のツールであってもよい。
このような予め設定されていないツール装置１２を用いる場合、新規のツール装置１２に対してそれぞれ固有のツール番号Ｉ２と必要な場合にはモード番号Ｉ３を設定する。

図２、図３において、管理装置１６は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、検査・施工順序Ｉ１、検査・施工位置座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）及びツール番号Ｉ２を含む検査・施工情報Ａを出力する。また、管理装置１６は、記憶装置を有しており、各ツール装置１２から出力された検査・施工データ及び解析結果を通信ネットワーク１８及び制御装置１５を介して受信し記憶するようになっている。
なお、制御装置１５を介さず、通信ネットワーク１８から直接これらのデータを受信してもよい。

制御装置１５は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、検査・施工情報Ａの検査・施工順序Ｉ１の順に、検査・施工位置座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）及びツール番号Ｉ２を含む指令信号Ｂを出力する。

また形状計測ツール１２Ａのように、あるツール装置１２に異なるモード番号Ｉ３が設定されている場合には、検査・施工情報Ａと指令信号Ｂにモード番号Ｉ３を含める。また後述する位置決め装置番号Ｉ４が設定されている場合には、検査・施工情報Ａと指令信号Ｂに位置決め装置番号Ｉ４を含める。

従って、検査・施工情報Ａは、検査・施工順序Ｉ１、検査・施工位置座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）、ツール番号Ｉ２、モード番号Ｉ３、位置決め装置番号Ｉ４を含むデータ列であり、指令信号Ｂは、検査・施工位置座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）、ツール番号Ｉ２、モード番号Ｉ３、位置決め装置番号Ｉ４を含むデータ列である。
ツール番号Ｉ２、モード番号Ｉ３、位置決め装置番号Ｉ４は、好ましくは正の整数である。しかし、本発明はこれに限定されず、任意の数字又は記号であってもよい。

検査・施工情報Ａは、同時に多数のデータ列を制御装置１５に出力してもよい。この場合、制御装置１５はこの検査・施工情報Ａを記憶装置に記憶する。
指令信号Ｂは、検査・施工情報Ａの検査・施工順序Ｉ１の順に、単一のデータ列である指令信号Ｂを通信ネットワーク１８に出力し、各ツール装置１２から出力された終了信号を受信するまで待機する。
なお、複数の位置決め装置２０を用い、相互の干渉が回避できる場合には、複数の位置決め装置２０に相当する複数の指令信号Ｂを出力してもよい。

通信ネットワーク１８は、例えばＬＡＮであり、制御装置１５から位置決め装置２０及びツール装置１２に指令信号Ｂを通信する。また、双方向の通信が可能であり、各ツール装置１２から出力された検査・施工データ、解析結果及び終了信号は、通信ネットワーク１８を介して制御装置１５及び管理装置１６に送信される。

位置決め装置２０は、指令信号Ｂの検査・施工位置座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）にツール番号Ｉ２に相当するツール装置１２を位置決めする。
図２において、位置決め装置２０は、複数のツール１２を一体に移動するヘッド２２を備え、ヘッド２２をｘ−ｙ平面上で２次元的にＮＣ制御で移動するようになっている。なお、ｚ軸方向のＮＣ制御を行ってもよい。
また、図３において、位置決め装置２０は、装置本体２０ａと制御盤２０ｂとからなる。

またこの場合、位置決め装置２０は、ツール番号Ｉ２に相当するツール装置１２に対し、ヘッド２２を直前のツール装置１２との相対位置に応じてシフトさせ、検査・施工位置座標にそのツール装置１２を位置決めするようになっている。

なお、位置決め装置２０は上述した構成に限定されず、例えば多関節ロボットや６軸ロボットであってもよい。

また、位置決め装置２０は１台に限定されず、複数であってもよい。
複数の位置決め装置２０を用いる場合には、各位置決め装置２０に異なる位置決め装置番号Ｉ４を設定する。
この場合、検査・施工情報Ａ及び指令信号Ｂは、位置決め装置番号Ｉ４を含む。また、位置決め装置番号Ｉ４に相当する位置決め装置２０により、ツール装置１２を位置決めする。

図４は、本発明による方法の全体フロー図である。
この図において、本発明の方法は、Ｓ１〜Ｓ６の各ステップ（工程）からなる。

Ｓ１では、複数のツール装置１２にそれぞれ固有のツール番号Ｉ１を設定する。また各ツール装置１２は、通信ネットワーク１８を介してそれぞれ設定されたツール番号Ｉ２を受信したときに、位置決め装置２０による位置決め後に位置決めされた検査・施工位置においてワーク１を検査・施工し、その結果と終了信号を出力するように設定する。

Ｓ２では、管理装置１６により検査・施工順序Ｉ１、検査・施工位置座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）及びツール番号Ｉ２を含む検査・施工情報Ａを出力する。検査・施工情報Ａには、必要により、モード番号Ｉ３、位置決め装置番号Ｉ４を含める。

Ｓ３では、制御装置１５により検査・施工情報Ａの検査・施工順序Ｉ１の順に、検査・施工位置座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）及びツール番号Ｉ２を含む指令信号Ｂを出力する。指令信号Ｂには、必要により、モード番号Ｉ３、位置決め装置番号Ｉ４を含める。

Ｓ４では、通信ネットワーク１８を介して、制御装置１５から位置決め装置２０及びツール装置１２に指令信号Ｂを通信する。

Ｓ５では、位置決め装置２０により、指令信号Ｂの検査・施工位置座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）にツール番号Ｉ２に相当するツール装置１２を位置決めする。

Ｓ６では、位置決め装置２０による位置決め後に、指令信号Ｂのツール番号Ｉ２に相当するツール装置１２により、位置決めされた検査・施工位置においてワーク１を検査・施工する。

Ｓ３〜Ｓ６のステップは、検査・施工毎に繰り返される。
すなわち、Ｓ３において指令信号Ｂは、検査・施工情報Ａの検査・施工順序Ｉ１の順に、単一のデータ列である指令信号Ｂを通信ネットワーク１８に出力し、各ツール装置１２から出力された終了信号を受信するまで待機する。
Ｓ５における位置決めは、ヘッド２２に複数のツール１２が一体に取り付けられている場合、位置決め装置２０は、ツール番号Ｉ２に相当するツール装置１２に対し、ヘッド２２を直前のツール装置１２との相対位置に応じてシフトさせ、検査・施工位置座標にそのツール装置１２を位置決めするのがよい。
Ｓ６における検査・施工は、例えば１つの貫通孔２に対してａ．チューブ位置の計測、ｂ．チューブの管板１への溶接、ｃ．溶接部のビード形状の計測、ｄ．溶接部の写真撮影であり、この４工程を順次実施する。
また１つの貫通孔２に対し４工程が完了したら、次の指令信号Ｂに基づき次の貫通孔２の検査・施工に移行する。

上述した本発明の装置と方法によれば、それぞれ固有のツール番号Ｉ２が複数のツール装置１２に設定されているので、管理装置１６により検査・施工情報Ａを出力し、制御装置１５により指令信号Ｂを出力し、通信ネットワーク１８を介して、指令信号Ｂを位置決め装置２０及びツール装置１２に通信することにより、位置決め装置２０により、指令信号Ｂに含まれる検査・施工位置座標Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）にツール番号Ｉ２に相当するツール装置１２を位置決めすることができる。

また、各ツール装置１２は、位置決め装置２０による位置決め後に、位置決めされた検査・施工位置においてワーク１を検査・施工するので、通信ネットワーク１８を介してツール番号Ｉ２を出力するだけで、該当するツール装置１２により位置決めされた検査・施工位置においてワーク１を検査・施工することができる。

従って、ツール装置１２を追加又は変更した場合でも、追加又は変更したツール装置１２にツール番号Ｉ２を設定するだけで、管理装置１６で追加又は変更したツール装置１２を制御することができ、装置全体の再構築が不要である。

また、多数の箇所を複数のツール装置１２で検査・施工する場合でも、位置決め装置２０によりツール番号Ｉ２に相当するツール装置１２を順次位置決めすることができるので、位置決めに要する時間を短縮し、１箇所に要する検査・施工時間を短縮することができる。

また、ツール装置１２及び位置決め装置２０は、共通の通信ネットワーク１８を介して管理装置１６と接続されており、通信のやり取りの内容が、ツール装置１２、位置決め装置２０で、それぞれ共通であるため、位置決め装置２０が汎用的に交換可能であり、ツール装置１２も汎用的に交換可能である。

また、検査・施工の種類が変わっても上位装置（制御装置１５と管理装置１６）は変わらないため、ユーザーは共通の使用方法で検査・施工を実施することができる。
従って、検査・施工の種類ごとに新しいシステムを構築するコストが削減できる。また検査・施工の種類ごとにシステムの使用方法を覚えるコストを削減できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ ワーク（管板）、２ 貫通孔、
１０ 多点検査・施工装置、１２ ツール装置、
１２Ａ 形状計測ツール、１２Ｂ 溶接ツール、１２Ｃ 撮影ツール、
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ ツール本体、
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ 制御盤、
１５ 制御装置、１６ 管理装置、１８ 通信ネットワーク（ＬＡＮ）、
２０ 位置決め装置、２２ ヘッド、
Ａ 検査・施工情報、Ｂ 指令信号、Ｐ 検査・施工位置座標、
Ｉ１ 検査・施工順序、Ｉ２ ツール番号、
Ｉ３ モード番号、Ｉ４ 位置決め装置番号

Claims (5)

1. それぞれ固有のツール番号が設定され、検査・施工位置においてワークを検査・施工する複数のツール装置と、
   検査・施工順序、検査・施工位置座標及びツール番号を含む検査・施工情報を出力する管理装置と、
   前記検査・施工情報の検査・施工順序の順に、検査・施工位置座標及びツール番号を含む指令信号を出力する制御装置と、
   制御装置から位置決め装置及びツール装置に前記指令信号を通信する通信ネットワークと、
   前記指令信号の検査・施工位置座標にツール番号に相当するツール装置を位置決めする位置決め装置と、を備え、
   指令信号のツール番号に相当するツール装置を位置決め装置により位置決めした後に、位置決めされた検査・施工位置においてワークを検査・施工する、ことを特徴とする多点検査・施工装置。
2. 単一のツール装置が、複数の異なる検査・施工を実施する場合に、各検査・施工に異なるモード番号が設定されており、
   前記検査・施工情報及び指令信号は、モード番号を含み、
   指令信号のツール番号に相当するツール装置により、モード番号に相当する検査・施工を実施する、ことを特徴とする請求項１に記載の多点検査・施工装置。
3. 複数の位置決め装置を用いる場合に、各位置決め装置に異なる位置決め装置番号が設定されており、
   前記検査・施工情報及び指令信号は、位置決め装置番号を含み、
   位置決め装置番号に相当する位置決め装置により、ツール装置を位置決めする、ことを特徴とする請求項１に記載の多点検査・施工装置。
4. 前記複数のツール装置を一体に移動するヘッドを備え、
   前記位置決め装置は、ツール番号に相当するツール装置に対し、ヘッドを直前のツール装置との相対位置に応じてシフトさせ、検査・施工位置座標に前記ツール装置を位置決めする、ことを特徴とする請求項１に記載の多点検査・施工装置。
5. （Ａ）複数のツール装置にそれぞれ固有のツール番号を設定し、
   （Ｂ）管理装置により検査・施工順序、検査・施工位置座標及びツール番号を含む検査・施工情報を出力し、
   （Ｃ）制御装置により前記検査・施工情報の検査・施工順序の順に、検査・施工位置座標及びツール番号を含む指令信号を出力し、
   （Ｄ）通信ネットワークを介して、制御装置から位置決め装置及びツール装置に前記指令信号を通信し、
   （Ｅ）位置決め装置により、前記指令信号の検査・施工位置座標にツール番号に相当するツール装置を位置決めし、
   （Ｆ）指令信号のツール番号に相当するツール装置を位置決め装置により位置決めした後に、位置決めされた検査・施工位置においてワークを検査・施工する、ことを特徴とする多点検査・施工方法。