JP2785058B2 - 移動ロボットを用いた配管内部点検方式 - Google Patents

移動ロボットを用いた配管内部点検方式

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JP2785058B2
JP2785058B2 JP2003905A JP390590A JP2785058B2 JP 2785058 B2 JP2785058 B2 JP 2785058B2 JP 2003905 A JP2003905 A JP 2003905A JP 390590 A JP390590 A JP 390590A JP 2785058 B2 JP2785058 B2 JP 2785058B2
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繁幸 川上
章宏 金谷
重徳 岸
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

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  • Measurement Of Distances Traversed On The Ground (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、配管を内面から点検する移動ロボットを
用いた配管内部点検方式に関し、詳しくは、原子力発電
所や火力発電所等における垂直または急勾配の配管中を
移動して超音波測定により内部欠陥等を移動距離対応に
検出する配管点検システムにおいて、算出されるロボッ
トの移動距離の誤差を低減することができるようなロボ
ットの移動距離算出方式に関する。
[従来の技術] 従来の配管内点検用の移動ロボット(以下ロボット)
の一例を第4図及び第5図により説明する。1は、配管
4の内部において配管4のほぼ軸線に沿うように設けら
れた本体1aと、本体1aの前部に設けた、超音波探触子,
カメラ等を有するセンサー部1bと、本体1aの後部に設け
た配管4の軸線方向に伸縮するシリンダ1cと、本体1aよ
り配管4の軸線と直角方向に伸縮する複数のアーム1dと
よりなる前車である。
本例においてはアーム1dは、本体1aの前部及び後部に
各4本の円周に等ピッチで設けられている。2は、前車
1に自在継手3を介して連結された後車で、前車1と同
様に、配管4のほぼ軸線に沿って設けた本体2aと、本体
2aより配管4の軸線と直角方向に伸縮する複数のアーム
2dより構成されている。Rは、前車1、自在継手3及び
後車2よりなる配管内点検用のロボットである。5はロ
ボットRに対する動力供給用及び信号用のケーブルで、
ロボットRの下端部より吊るされている。第5図は、ロ
ボットRの配管4内における歩行移動の動作手順を示す
もので、図示矢印方向に移動する場合、まず、(a)状
態、つまりアーム1d,2dとも配管4の内周面4aを押圧す
るまで伸長し、ロボットRの移動することができない状
態から、前車1のアーム1dを短縮した(b)の状態に
し、ついでシリンダ1cを伸長して(c)の状態にする。
つぎに前車1のアーム1dを伸長し配管4の内周面4aを押
圧して前車1が移動出来ない状態(d)とし、後車2の
アーム2dを短縮した(e)の状態にする。(e)の状態
でシリンダ1cを短縮して(f)の状態とし、アーム2dを
伸長すると前記(a)と同じ(g)の状態となり前記
(a)の状態に復す。以上の動作を繰り返すことにより
水平状態の管はもちろん垂直状態の管においても移動が
可能である。なお、反対方向への移動は前車1と後車2
との動作を逆にすればよい。
この場合の歩行は、シリンダの伸び縮みの1サイクル
に対応して行われ、1歩分の歩行を1ステップとすれ
ば、その移動距離は、ステップ回数×シリンダの伸び量
で与えられる。そこで、1ステップの信号或はシリンダ
の伸縮信号をケーブル5を介してロボットに与えるとと
もに、その回数を計数することでロボットの移動量(移
動距離)を算出できる。
[解決しようとする課題] このような配管内点検用ロボットRが配管内部を移動
する場合には、スケールなどの影響による移動誤差、す
べりやシリンダの伸縮誤差等によりシリンダの伸縮量と
歩行距離とが対応せずにずれてきて、そのずれが累積さ
れて行く。特に、垂直管或は急傾斜管を登ったり、下が
ったりすると、累積される誤差が大きくなり、それがロ
ボットの移動距離が長くなればなるほどさらに重なって
いく。そこで、実際の欠陥がある場所と測定された位置
との対応が十分に採れなくなり、正確な測定データが得
られない欠点がある。
この発明は、このような従来技術の問題点を解決する
ものであって、ロボットの移動距離の累積誤差を低減し
て実際に近い移動距離データを得ることができる移動ロ
ボットを用いた配管内部点検方式を提供することを目的
とする。
[課題を解決するための手段] このような目的を達成するための本発明の移動ロボッ
トを用いた配管内部点検方式の構成は、移動ロボット側
にその移動方向の軸と鉛直とのなす角度を検出する角度
センサが設けられ、配管内の曲折点においてその曲折点
で検出される角度センサの検出角度の判定値を検査デー
タ処理装置が記憶していて、移動ロボットから送出され
た角度センサの検出角度が判定値の範囲にあるときに曲
折点と判定してこの曲折点を次の移動についての基準点
として移動ロボットの移動量を算出するものである。
[作用] このように、移動ロボット側にその移動方向の軸と鉛
直とのなす角度を検出する角度センサを設けているの
で、この角度センサの検出角で曲折点の位置が検出で
き、配管の曲折点の位置を検出してそこを基準点として
以後の移動距離を算出し、これを曲折点ごとに行えば、
誤差がある曲折点から次の曲折点までの累積で止まり、
それ以上累積されることがなくなる。
また、実際の配管の距離により移動距離を曲折点まで
の実際の距離を用いて算出すれば、移動開始点からの距
離がより正確に得られるので、欠陥等の位置データがよ
り正確なものとなり、精度の高い点検データを得ること
ができる。
[実施例] 以下、図面を用いてこの発明の一実施例について説明
する。
第1図は、この発明の移動ロボットを用いた配管内部
点検方式を適用した歩行ロボットによる配管点検システ
ムのブロック図であり、第2図は、その曲折点/距離・
角度データテーブルの説明図、第3図は、その配管の一
例を示す配管ルート図である。なお、第4図と同等の構
成要素は同一の符号で示し、その説明を割愛する。
第1図において、ロボットRには、その前車1の内部
に点線で示すように重り角度センサ6が内蔵されてい
る。この重り角度センサ6は、センサ部が重力方向に位
置する重り部分と、これをロボットRの中心軸に垂直な
面内において回転可能に支持し、かつ、軸と重りとの角
度を検出するポテンショメータを有する角度検出機構部
分とから構成されている。
7は、検査データ処理装置であって、マイクロプロセ
ッサ71と、インタフェース72と、メモリ73、超音波探傷
装置74、その他、ディスプレイ、磁気ディスク記憶装置
(図示せず)等がバス75を介して相互に接続されてい
て、メモリ73には、超音波検査プログラム73a、ロボッ
ト歩行制御プログラム73b、移動量算出プログラム73c、
角度判定プログラム73d、曲折点/距離・角度データテ
ーブル73e等が格納されている。
ここで、ロボット歩行制御プログラム73bは、欠陥測
定の画像採取が終了した時点で起動され、ロボットRを
次に1ステップ歩行させるためにシリンダ1cを伸ばして
縮ませる信号を発生してロボットRを1歩分(1ステッ
プ)歩かせる制御をする。この制御とともに、このプロ
グラムは、メモリ73のパラメータ領域に記憶してある変
数としての歩行ステップ数Nを前記の1ステップ歩行に
伴って1だけ更新する。そして、角度判定プログラム73
dを起動する。
角度判定プログラム73dは、ロボット歩行制御プログ
ラム73bに起動され、ロボットRから送出させる重り角
度センサ6から得られる角度Θを曲折点/距離・角度デ
ータテーブル73dの各曲折点P1〜P5,・・・対応に設け
られた判定角度ΘL1〜ΘL5,・・・(角度の下限値)〜
ΘH1〜ΘH5,・・・(角度の上限値)とに基づき最初の
曲折点としてP1,次のP2というように順次対応する判定
角度値を参照して、それらと角度センサ6から得られる
角度とを比較してそのそれぞれの角度範囲ΘL〜ΘHの
範囲に角度センサ6から得られた現在の角度が入ってい
るか否かを判定し、その範囲に入っているときに現在の
ロボットRの位置がその曲折点の通過点と判定する。こ
の通過点と判定したときにはメモリ73に記憶された歩行
ステップ数Nをゼロにクリアする。このことにより、先
の歩行ステップ数Nは、第3図に示される配管の曲折点
P1〜P5,・・・でリセットされ、これらにより分割され
る区間に対応してその区間内での歩行ステップを示すこ
とになる。なお、このプログラムは、判定処理が終了し
た時点移動量算出プログラム73cを起動する。
移動量算出プログラム73cは、角度判定プログラム73d
により起動されて前記の歩行ステップ数Nをメモリから
読出して、曲折点/距離・角度データテーブル73dの各
曲折点P1〜P5,・・・の実際の配管のスタート点0(原
点)から曲折点までの実測データM1〜M5,・・・(第3
図参照)により曲折点P2以降の移動位置においてその時
のスタート点0からの移動距離データmiをmi=Mi-1+N
×(1ステップ移動量)により算出する。ただし、iは
各曲折点の番号に対応し、miは、その曲折点を越えた区
間におけるスタート点からの距離を意味し、Nはロボッ
ト歩行制御プログラム73bにより更新されたその区間に
おけるステップ数である。なお、曲折点P2以前のスター
ト点0から曲折点P1までの区間の距離は、M=0が前式
に代入されて、m1=N×(1ステップ移動量)として算
出される。
そして、このプログラムは、移動距離を算出するとそ
れをメモリ73の所定領域に記憶するとともに超音波検査
プログラム73aを起動する。
超音波検査プログラム73aは、第3図に示される配管
の曲折点P1〜P5,・・・で分割される区間に対応する歩
行ステップ数Nに対応して配管4の周囲の状態を超音波
探傷により、例えば、この周囲のCスコープ像を採取し
て画像データに展開し、その区間の歩行ステップ数Nの
番号と区間(例えば、曲折点Piで管理され、曲折点Piか
ら次の曲折点Pi+1までの区間に対応)とを表す識別コー
ドに従って採取した画像データがメモリ73に記憶され、
それがディスプレイに表示される。そして、メモリ73の
画像データは、そのステップ番号と区間とで識別されて
その識別コードに対応して算出した距離の情報とともに
磁気ディスク記憶装置に転送されて記憶される。その結
果、後からこの識別コードでその距離と画面データとを
読出して再生することができる。
ところで、このような点検検査の処理手順について
は、ここでは、前記説明の通りにプログラムが起動され
て実行されることになるのでその説明を割愛する。
このように各区間ごと分割して距離をその前の曲折点
を基準として算出するようにしているので、実際のロボ
ットの移動量は、各曲折点対応に実測した移動量を基準
とした距離に変換されて算出される。その結果、累積誤
差が各区間内にとどまり、他の区間のものが累積されて
入り込むことはない。
ところで、この実施例では、判定角度は、第3図にΘ
として示すような鉛直方向に対する角度に対応して採取
されるものであるが、これが水平方向の傾斜角として測
定されたものであれば、重り角度センサ6から得られる
角度は水平方向の角度を変換するか、判定値側を鉛直か
ら測定した角度に変換してから両者を比較することが必
要である。
また、これらの比較される角度は、本来、曲折点か否
かを判定するだけであるので、立体角を採用しなくて
も、ある方向においてある程度の角度があれば判定可能
である。そこで、例えば、配管をX−Y平面に投影して
その傾斜角として採取し、角度センサ6の検出角度を前
記のX−Y平面の投影角度成分として検出するようにし
てこれらを範囲比較することでも十分である。
以上説明してきたが、実施例では、実測データにより
スタート0からの距離として算出しているが、これは、
実測データを加えて算出することなしに、単に、区間ご
とに距離を算出してそれにより画像データ等の測定デー
タを管理し、データ処理するものであってもよい。
実施例では、曲折点を順番に判定するようにしている
が、各曲折点に同一の判定値がなければ、どのような順
序で判定してもよく、判定値を順次比較してどの曲折点
かを判定してもよい。この場合、2つ以上同じ判定範囲
が重複するものでは他のパラメータによりいずれかを決
めてもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明にあっては、移動ロボ
ット側にその移動方向の軸と鉛直とのなす角度を検出す
る角度センサを設けているので、この角度センサの検出
角で曲折点の位置が検出でき、配管の曲折点の位置を検
出してそこを基準点として以後の移動距離を算出し、こ
れを曲折点ごとに行えば、誤差がある曲折点から次の曲
折点までの累積で止まり、それ以上累積されることがな
くなる。
また、実際の配管の距離により移動距離を曲折点まで
の実際の距離を用いて算出すれば、移動開始点からの距
離がより正確に得られるので、欠陥等の位置データがよ
り正確なものとなり、精度の高い点検データを得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、この発明の移動ロボットを用いた配管内部点
検方式を適用した歩行ロボットによる配管点検システム
のブロック図、第2図は、その曲折点/距離・角度デー
タテーブルの説明図、第3図は、その配管の一例を示す
配管ルート図、第4図は従来の配管内点検用のロボット
の一例を示す図、第5図は第4図に示すロボットの配管
内における移動の動作手順を示す図である。 1…前車、2…後車、3…自在継手、4…配管、5…ケ
ーブル、6…重り角度センサ、7…検査データ処理装
置、71…マイクロプロセッサ、72…インタフェース、73
…メモリ、74…ディスプレイ、75…磁気ディスク記憶装
置、76…超音波探傷部、77…バス、73a…超音波検査プ
ログラム、73b…ロボット歩行制御プログラム、73c…移
動量算出プログラム、73d…角度判定プログラム73、73e
…曲折点/距離・角度データテーブル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸 重徳 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (72)発明者 南山 英司 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭63−201513(JP,A) 特開 昭61−278475(JP,A) 特開 昭61−85258(JP,A) 特開 昭61−29759(JP,A) 特開 昭60−174983(JP,A) 特開 昭60−154963(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B61B 13/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音波探触子等の配管内の状態を検査する
    センサを有し、配管の内部を移動して配管内の状態につ
    いての検査結果を送出する配管内点検用の移動ロボット
    と、前記検査結果を受ける検査データ処理装置とを備え
    る配管点検システムにおいて、前記移動ロボットはその
    移動方向の軸と鉛直とのなす角度を検出する角度センサ
    を有し、前記検査データ処理装置は前記配管内の曲折点
    においてその曲折点で検出される前記角度センサの検出
    角度の判定値を記憶していて、前記移動ロボットから送
    出された前記角度センサの検出角度が前記判定値の範囲
    にあるときに前記曲折点と判定してこの曲折点を次の移
    動についての基準点として前記移動ロボットの移動量を
    算出することを特徴とする移動ロボットを用いた配管内
    部点検方式。
  2. 【請求項2】算出された移動ロボットの移動量は、曲折
    点までの配管の実際の距離により移動開始点からの移動
    距離として算出されることを特徴とする請求項1記載の
    移動ロボットを用いた配管内部点検方式。
  3. 【請求項3】判定値は配管を特定平面へ投影した場合の
    曲折点の傾斜角度であって、移動ロボットから送出され
    た前記角度センサの検出角度及び前記判定値のいずれか
    一方が他方の角度測定条件に変換されて前記検出角度と
    前記判定値とが比較されることを特徴とする請求項1又
    は2記載の移動ロボットを用いた配管内部点検方式。
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