JP2525057B2

JP2525057B2 - 配管自動検査装置

Info

Publication number: JP2525057B2
Application number: JP1222270A
Authority: JP
Inventors: 健竹原; 勇一大石
Original assignee: HATSUDEN SETSUBI GIJUTSU KENSA KYOKAI
Current assignee: HATSUDEN SETSUBI GIJUTSU KENSA KYOKAI
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1989-08-29
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JPH0386486A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、原子力発電施設等における高放射線環境下
または高温環境下にある配管を自動的に検査する装置に
関するものである。

（ロ）従来技術原子力発電施設において、一次冷却系等の重要配管部
の健全性を確保するため、施設稼働中、一定期間毎に特
に溶接部およびその近傍を非破壊検査し、異常のないこ
とを確認する供用期間中検査（ISI）が行われている。

しかし、この検査は、大部分が高放射線環境下である
こと、検査対象が非常に多いこと、高温環境の場合があ
ることなどの問題がある。そのために、作業者の被曝低
減や省力化の目的で自動化が強く望まれている。

しかしながら、検査対象が散在していること、検査対
象の大きさ（配管の径）が各々異なることなどの理由に
より、少ない装置での自動化が困難であり、未だ大半の
作業を人手に頼っているのが現状である。

現在、原子力発電施設内で使用されている従来の代表
的装置は、検査箇所近傍の直管部に取り付けた軌道上を
検査ユニット（例えば、超音波探傷試験用の探触子）の
付いたアームが移動する構造である。これにより探傷作
業自体は自動化されるが、次のような問題が新たに生じ
るため、省力化や被曝低減には不十分である。すなわ
ち、装置の取り付け、取り外し、運搬に多大な労力を要
すること、配管の外径に合わせて、多種類の軌道が必要
であること、軌道を取り付けることができない箇所には
適用できないことなどの問題がある。

（ハ）発明が解決しようとする課題本発明が解決しようとする課題は、人間が安易に近づ
けない高温、低温、高湿、高放射能等の悪環境下にある
配管を自動的に検査する装置を得ることにある。

（ニ）課題を解決するための手段本発明の配管自動検査装置は、自走ロボットに伸縮ア
ームを取り付け、該伸縮アームの先端に屈曲アームを取
り付け、該屈曲アームは長さの異なる複数のリンクを同
一平面内で回動できるように複数の回動関節によって直
列に連結して構成され、前記リンクをその長さが漸減す
るように連結し、最長リンクの一端を前記伸縮アームの
自由端に前記回動関節をかいして接続し、最短リンクの
自由端に前記回動関節をかいして作業ハンドを接続し、
前記各回動関節を互いに独立して作動させる手段によっ
て、上記課題を解決している。

前記回動関節はモータに歯車列を連結した機構、プー
リにワイヤを巻き付け、ワイヤをアクチュエータで引張
る機構、または、モータ直結機構であることが好まし
い。

前記屈曲アームの各リンクの中間部にタッチセンサを
取り付けることが好ましい。

前記回動関節に、エンコーダ、ポテンシオメータ等の
角度検出センサを取り付けることが好ましい。

（ホ）作用本発明の配管自動検査装置は、非検査時には、伸縮ア
ームが縮小しかつ屈曲アームが折り畳まれている。検査
時には、自走ロボットが検査位置まで走行し、伸縮アー
ムを伸ばし、屈曲アームを検査すべき配管に巻き付け
る。

屈曲アームの先端に取り付けた作業ハンドが保温材を
開き、所定の検査を行う。

検査終了後は、前述の動作と逆の動作を行えばよい。

屈曲アームの配管巻付き動作は、回動関節をタッチセ
ンサとおよびロボットに搭載したマイクロコンピュータ
の制御によってなされる。回動関節に角度検出センサを
取り付け、各関節の相対角度を読み取り、マイクロコン
ピュータに記憶する。

回動関節を適宜選択使用することによって、リンクの
組合せ長さを可変にすることができる。

作業ハンドは、配管保温材の開閉の外に、超音波探触
子、渦流探触子、小型TVカメラ等の検査ユニットを保持
することができる。

（ヘ）実施例図面を参照して、本発明の配管自動検査装置の実施例
について説明する。

本発明の配管自動検査装置は、第１図に最もよく示す
ように、自走ロボット１、伸縮アーム２、屈曲アーム
３、回動関節４、作業ハンド５（第４図）からできてい
る。

自走ロボット１は、慣用のものでよく、代表的には第
１図に示すように、台車11、アーム雲台12、制御ユニッ
ト（マイクロコンピュータ内蔵）13、TVカメラ14からで
きている。台車11には車輪111または直交伸縮脚112（第
２図）が取り付けられる。

自走ロボット１のアーム雲台12に伸縮アーム２を回動
自在に取り付け、伸縮アーム２の先端に、屈曲アーム３
を取り付ける。屈曲アーム３は長さの異なる複数のリン
ク31を同一平面内で回動できるように複数の回動関節４
によって直列に連結して構成される。リンク31はその長
さが漸減するように連結される。

最長リンク31Lの一端が、伸縮アーム２の自由端21に
回動関節４をかいして接続される。最短リンク31Sの自
由端に、回動関節４をかいして作業ハンド５が接続され
る。

作業ハンド５は、第４図および第５図に示すように、
１対のフィンガ51a,51b,ピニオン52、ウォーム53、モー
タ54、検査ユニット55からできている。

モータ54の作動によりウォーム53がピニオン52を回転
し、フィンガ51aを回動させる。このようにして、１対
のフィンガ51a,51bの間に物体を挟むことができる。

検査ユニット55としては、超音波探触子、渦流探触
子、小型テレビカメラ等がある。検査ユニット55の一例
として、超音波探触子ユニットを第９図および第10図に
示す。ユニット55は、超音波探触子551、モータ552、55
3、554、タッチセンサ555,スプリング556、ブラケット5
57、ハウジング558からできている。探触子551はモータ
552、553、554により任意の角度位置をとることができ
る。

回動関節４の代表例を第３図に示す。

（Ａ）図は、隣接するリンク31をピン41で回動自在に
連結し、一方のリンク31に固定したモータ42に直結した
歯車43を他方のリンク31の端に成形した歯切部44にかみ
合せ、モータ42に角度検出センサとしてのエンコーダ45
を直結する構造を示す。

（Ｂ）図は、隣接するリンク31の一方にモータ42を固
定し、他方のリンク31をモータ42の出力軸421に固定
し、その出力軸421にエンコーダ45を固定した構造を示
す。

（Ｃ）図は、隣接するリンク31をピン41で回動自在に
連結し、一方のリンク31に流体圧シリンダまたはソレノ
イド等のアクチュエータ46とドラム47とを取り付け、他
方のリンク31にワイヤ案内溝311を設け、ワイヤ48の一
端をアクチュエータ46に固定し、ワイヤ48の他端をドラ
ム47に巻き付け、ワイヤ48の中間をワイヤ案内溝311に
通した構造を示す。

屈曲アーム３は、第６図から第８図までに示すよう
に、各リンク31が回動関節４をかいして屈伸される。

自走ロボット１に直交伸縮脚112を取り付けることに
よって、第11図に示すように平地の障害物65の乗り越え
（Ａ）、または階段66の昇降（Ｂ）が可能になる。直交
伸縮脚112は水平移動部材と垂直移動部材とからなり、
これらを交互に作動させることにより、歩行が可能にな
る。

非検査時には、第12図（Ａ）または（Ｂ）に示すよう
に、伸縮アーム２を最大限に縮小し、屈曲アーム３を最
大限に折り畳んだ状態にしてある。

検査時には、第12図（Ｃ）から（Ｄ）までに示すよう
に、伸縮アーム２を漸次伸長しつつ、屈曲アーム３を配
管７のまわりに巻き付ける。

屈曲アーム３を配管７から巻き解くときには、第13図
（Ａ）から（Ｄ）までに示す順序で屈曲アーム３を作動
させればよい。

検査のアーム巻付けのさいもしくは巻解きのさいまた
は両方のさいに行うことができる。このようにして、配
管７の全周をくまなく検査できる。

第14図に示すように、配管７に保温材71を被覆してい
る場合には、第14図から第16図までに示すように、保温
材71の一部を開いてから検査を行う。

上記の例では保温材71が２つ割りの構造になっている
が、第17図および第18図に示すように、保温材71に窓72
が設けられている場合には、屈曲アーム３によって窓72
を開いた後にアーム３を窓72内に挿入して検査を行うこ
とができる。

保温材71に掛金73または74が設けられている場合に
は、第19図または第20図に示すように、作業ハンド５を
用いて掛金73または74の着脱を行うことができる。

次に、屈曲アーム３のリンク31の長さを漸減して連結
する理由について説明する。屈曲アーム３が配管７に巻
き付いたとき、第１図に示すように多角形になる。アー
ム３が配管周上を動くために必要な空間は、関節４が多
くなるほど円に近くなるために小さくなる。しかし関節
４を増やすことは、構造上限界があり、制御面でも複雑
になるので好ましくない。

そこで、屈曲アーム３の動作に必要な空間のパラメー
タとして、第21図に示すように、配管７の外径Ｄ（半径
ｒ）に外接する多角形の頂点（アームの関節に相当す
る）と外径面との差ｘに着目し、それを下記の第１表に
示す。

配管７は、通常、保温材71に覆われているので、ｘの
値を一般的な保温材の厚み（最大約75mm）以下とすれ
ば、配管７の周辺の障害物との干渉は少ないと考えられ
る。通常、ISIで行われる配管は24B（外径ｒ＝304.8m
m）以下であるから、５角形以上の多角形であれば、こ
の条件を満足することになる。

しかし、アームにも厚みがあり、条件によっては配管
に巻き付いたときの形状が正多角形にならずに歪むこ
と、アームの自由度（関節）が増えるに従って制御が複
雑になることなどを考慮すると、６角形（アームの自由
度は７）程度が望ましい。

超音波探傷試験によるISIが通常行われる寸法（6B〜2
4B）の配管７を６角形で巻き付けるために必要なアーム
の各リンク長を下記の第２表に示す。

以上の考え方からすれば、アームの各リンクは、配管
７の外径に対応して、種々の長さのものを準備しておく
必要がある。しかし、第１図に示すように、アーム先端
に向かって漸減する長さをもつリンクを連結することに
よって、１種類のアームによって広範囲の配管径に対応
することができる。

つまり、小径配管に対してはアームの先端付近のリン
ク31を使用すればよい。また、アームのリンク長ｌは配
管径に比例するので（第22図）、管径が整数倍ならば、
アームのリンク長ｌも整数倍になる。したがって、先端
付近の関節を固定して２関節を１関節とすることによ
り、大径配管に対応することができる。大径配管または
小径配管ともに同一の動作アルゴリズム（自由度７）が
可能となる。

上述した、リンク31と回動関節４との組合せ例を第23
図（Ａ），（Ｂ）に示す。

前述したように、各回動関節４は、互いに独立して作
動する。各関節４の動きはエンコーダ45および各リンク
31に固定したタッチセンサ311（第６図，第７図）なら
びにロボット１に搭載したTVカメラ14（第１図）によっ
て監視される。

各配管の外径に対応する物体に屈曲アーム３を実際に
手動で巻き付けて、各関節の相対角度をロボット１に内
蔵するマイクロコンピュータに記憶させておくことによ
って、屈曲アームの制御は一段と容易になる。

（ト）効果本発明によれば、次の効果が得られる。

構造上、人による装置の取付け、取外し作業の省力化
が可能になる。

多関節構造の屈曲アームにより、１本のアームで種々
の径の配管に適用できる。

種々の径の配管に適用でき、動作する関節を適当に組
み合わせることにより、動作アルゴリズムは同じである
（制御が容易になる）。

軌道を取り付ける必要がないため、従来のものより適
用範囲が広い。

アームは配管を多角形で取り巻くため、動作に必要な
空間は小さくてすむ。

使用する環境に合せて自走ロボットに車輪や直交伸縮
脚を組み合せることにより、階段昇降等も可能となり検
査対象までの移動から検査までを自動化し、省力化、被
曝低減を図ることができる。

配管に保温材が使用されているとき、保温材の取り外
し作業を含めて自動化、省力化、被曝低減を図ることが
でき、さらに、検査用窓と検査用スペースを有する保温
材を使用されているとき、保温材取外し、取付け作業が
不要になる。

検査ユニットをTVカメラや渦流探傷装置と取り代える
ことにより、超音波探傷試験以外の検査が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の配管自動検査装置の正面図。第２図は
本発明の別の変更装置の正面図。第３図は本発明の装置
に用いる各種回動関節の説明図。第４図は本発明の装置
に用いる作業ハンドの正面図。第５図は第４図の側面
図。第６図は本発明の装置に用いられる屈曲アームの一
部の斜視図。第７図は屈曲アームの折り畳たまれた状態
の平面図。第８図は第７図の側面図。第９図は検査ユニ
ットの側面図。第10図は第９図の正面図。第11図は第２
図に示すロボットの走行動作の説明図。第12図は屈曲ア
ームの配管巻付き動作の説明図。第13図は屈曲アームの
配管巻解き動作の説明図。第14図から第18図までは保温
材付き配管の処理動作の説明図。第19図および第20図は
保温材に設けられた掛金の着脱動作説明図。第21図は屈
曲アームの巻付け角の説明図。第22図は配管呼び径とア
ームのリンク長との関係を示すグラフ。第23図は回動関
節の使用例の説明図。 1:自走ロボット、2:伸縮アーム 3:屈曲アーム、4:回動関節 5:作業ハンド、7:配管 31:リンク、45:エンコーダ 55:検査ユニット、311:タッチセンサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】自走ロボットに伸縮アームを取り付け、該
伸縮アームの先端に屈曲アームを取り付け、該屈曲アー
ムは長さの異なる複数のリンクを同一平面内で回動でき
るように複数の回動関節によって直列に連結して構成さ
れ、前記リンクをその長さが漸減するように連結し、最
長リンクの一端を前記伸縮アームの自由端に前記回動関
節をかいして接続し、最短リンクの自由端に前記回動関
節をかいして作業ハンドを接続し、前記各回動関節を互
いに独立して作動させることを特徴とした配管自動検査
装置。
【請求項２】前記回動関節はモータに歯車列を連結した
機構からなっていることを特徴とした請求項１記載の装
置。
【請求項３】前記回動関節はプーリにワイヤを巻き付
け、ワイヤをアクチュエータで引張る機構からなること
を特徴とした請求項１記載の装置。
【請求項４】前記回動関節はモータ直結機構であること
を特徴とした請求項１記載の装置。
【請求項５】前記屈曲アームの各リンクの中間部にタッ
チセンサを取り付けたことを特徴とした請求項１から４
までのうちの任意の一項記載の装置。
【請求項６】前記回動関節に角度検出センサを取り付け
たことを特徴とした請求項１から５項までのうちの任意
の一項記載の装置。