JP2839581B2 - 管内検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、発電所の加熱蒸気管等の配管内面に生じた
傷などの欠陥検出，あるいは配管内面に付着したスケー
ルの状況などを検査する管内検査装置に関する。

B.従来の技術 従来、配管内部の状況を光学的に検査する管内検査装
置は、検査対象となる配管内を自走するロボットと、こ
のロボットにケーブルを介して接続されロボットを遠隔
操作する遠隔制御装置と、ロボットに搭載されロボット
の前方および側方を照明する照明装置と、ロボットに搭
載され照明装置による照明方向の管内を撮像するTVカメ
ラと、このTVカメラで撮像された管内状況を映し出すモ
ニタTVとで構成されている。そして、モニタTVに映し出
される管内の映像を目視することで管内の状況を監視す
るようにしていた。

C.発明が解決しようとする課題 ところで、上述のような従来の管内検査装置におい
て、配管内におけるロボットの位置を知る手段として
は、ロボットとその遠隔制御装置間を接続するケーブル
の送り出し量を測定することにより近似的に求める方式
を採用していた。

しかしながら、ケーブルには可撓性があるため、ロボ
ットが前進および後進動作を繰返したり、あるいは曲管
部が多く存在すると、これによってケーブルが蛇行した
り、あるいは屈曲したり、撓んだりするため、ケーブル
の送り出し量から求めたロボットの位置精度は低く、現
在のロボット位置から検査箇所などの目標点までどれだ
けロボットを移動すれば良いかを正確に把握できなかっ
た。そのため、試行錯誤的にロボットを移動させて、目
標点に接近せざるをえなかった。

特に、配管の外周面に配管取付用の座を溶接し、この
座を含めた配管外周面を保温材により被覆した加熱蒸気
管において、座の溶接部に生じるクラックをロボットに
搭載した超音波探触子で検査しようとする場合、管内映
像から座の位置を確認できない。そのため、所定の目標
点からの距離としてその座の位置を把握し、ロボットを
試行錯誤的に移動してまず目標点に位置決めし、その後
で、ロボットをさらに移動して超音波探触子をその座と
相対させるが、必ずしも、正確に超音波探触子を座と相
対させることができなかった。

本発明の技術的課題は、走行体と目標点までの距離を
正確に把握することにある。

D.課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図により説明すると、請求項１に
記載の管内検査装置は、配管１内を走行する走行体２
と、この走行体２の前後進を遠隔操作指令により制御す
る走行体制御手段６と、走行体２に搭載されて配管内の
所定領域を撮影する撮影手段５と、この撮影手段５で撮
影された映像とカーソルとを重ねあわせて表示する表示
手段11と、カーソルを画面上の任意の位置に移動するカ
ーソル移動手段９と、カーソルが表示画面上の配管内目
標点1aに一致しているときに該カーソルの表示画面上の
位置情報を読み込んで走行体２と目標点1aとの相対距離
を演算する相対距離演算手段８とを具備することによ
り、上記技術的課題を解決する。

請求項３に記載の管内検査装置は、遠隔操作指令に基
づいて走行体２の計算上の走行距離を演算する走行距離
演算手段7,8と、相対距離を用いて目標距離を演算する
目標距離演算手段８とを有し、走行体制御手段６は、こ
の走行距離演算手段7,8の演算結果が目標距離になるま
で走行体２を移動せしめるものである。

E.作用 走行体２を走行しながら撮影手段５で管内を撮影し
て、管内映像を表示手段11に表示する。その画面上に目
標点1aが確認されると走行体２を停止し、画面上でカー
ソルを目標点上に設定すると、走行体２と目標点1aとの
間の相対距離が演算される。

さらに請求項３の装置では、演算された相対距離分だ
け走行体２を移動し、走行体２を目標点位置に自動的に
設定する。

なお、本発明の構成を説明する上記Ｄ項およびＥ項で
は、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いた
が、これにより本発明が実施例に限定されるものではな
い。

F.実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明による管内検査装置の一実施例を
示す全体の構成図である。

同図において、検査対象となる配管１内には、管内を
尺取虫的に前進または後進動作するロボット２が配置さ
れている。このロボット２は、TVカメラ５を搭載する前
従動部３と、管内を移動可能にする駆動部４と、超音波
探触子21を搭載する後従動部22とを備える。前従動部３
は、中心本体3aと、この中心本体3aから放射状に突設さ
れ配管１の内周面に離接する複数のジャッキ3bとから構
成され、中心本体3aの先端には、管内の前方および側方
を撮像するTVカメラ５および撮像部位を照明する照明装
置（図示せず）が設置されている。

また、駆動部４は中心に配置した移動用の往復動空気
圧シリンダ4aと、このシリンダ4aの外周に放射状態に突
設され配管１の内周面に離接する複数のジャッキ4bとか
ら構成され、シリンダ4aのピストンロッド4a₁,4a₂は前
後の従動部3,22の中心本体3a,22aに各々連結されてい
る。

後従動部22は、中心本体22aと、この中心本体22aから
放射状に突設され配管１の内周面に離接する複数のジャ
ッキ22bとから構成され、中心本体22aには、管内周壁の
欠陥など検査する超音波探触子21が搭載されている。

ロボット制御装置６は、遠隔操作指令によりロボット
２を前進または後進動作させるもので、ロボット２とロ
ボット制御装置６間は信号ケーブル17により接続されて
いる。また、ロボット２には、図示しない圧縮空気供給
ホースが接続され、ロボット制御装置６からの前進また
は後進指令により前後の従動部3,22および駆動部４のジ
ャッキ3b,4b,22bとシリンダ4aを作動することでロボッ
ト２を尺取虫的に前進または後進できるようになってい
る。

カウンタ７は、ロボット制御装置６から出力される前
進または後進の指令信号をアップまたはダウンカウント
するものであり、このカウンタ７の計数内容は演算制御
装置８に取り込まれるようになっている。演算制御装置
８は、カウンタ７からの計数値に基づいてロボット２の
走行距離を算出する。また演算制御装置８は、入力装置
９からの測距指令入力に応じて、ロボット２から配管１
の溶接部である目標点1aまでの相対距離を演算し、カウ
ンタ７のカウント値から算出されたロボット２の走行距
離とロボット２から目標点1aまでの相対距離をモニタTV
11に表示させる。

入力装置９は、モニタTV11の画面上で管内映像と重ね
合わされて表示されるカーソルを任意の位置に移動する
キーを有し、このキー操作によりカーソル座標が設定さ
れる。

10は、ロボット２に搭載したTVカメラ５とケーブル12
を介して接続された画像入力装置で、TVカメラ５で撮像
された画像データを取り込んでモニタTV11に出力すると
共に、画像メモリ13に出力する。画像メモリ13は、モニ
タTV11上にカーソルを表示するために一時的にTVカメラ
５からの画像データを記憶すると共に、カーソル座標デ
ータを格納するものである。

14は、ケーブル15を介してTVカメラ５に接続されたカ
メラ制御装置で、該カメラ制御装置14は、TVカメラ５の
焦点および絞りを調整すると共に、TVカメラ５の監視方
向を前方または側方に切り換えるためのものである。こ
のTVカメラ５の監視方向の切換え信号は演算制御装置８
にも入力されるようになっている。

次に、このように構成された本実施例の管内検査装置
の動作について説明する。

まず、ロボット２を管内で移動させる場合は、ロボッ
ト制御装置６から前進または後進の指令をロボット２に
与える。すなわち、ロボット２を前進させる場合は、ま
ず、第１図に示す状態において、前後の従動部3,22のジ
ャッキ3b,22bを縮めて配管１の内周面から離間し、この
状態で駆動部４のシリンダ4aを前進動作させる。これに
伴いピストンロッド4a₁,4a₂を介して連結された前後の
従動部3,22も同一方向（矢印方向）に前進される。その
後、ジャッキ3b,22bを伸長して配管１の内周面に当接さ
せ、前後の従動部3,22を配管１に固定する。次いで、駆
動部４のジャッキ4bを縮めて配管１内周面から離間し、
シリンダ4aを後退動作させることによりジャッキ4b側を
相対的に第１図の矢印方向に移動させる。そして、シリ
ンダ4aが後退端に達した時点でジャッキ4bを伸長して配
管１内周面に当接させる。

以下、同様の動作を繰り返すことによりロボット２は
前進移動されることになる。なお、ロボット２を後進動
作させる場合は、上述した手順と逆の動作を行えばよ
い。

このようなロボット２の前進または後進に伴い、ロボ
ット制御装置６からの前進または後進のための指令信号
は、その信号が発生する毎にカウンタ７に出力され計数
される。すなわち、前進の場合はアップカウントされ、
後進の場合はダウンカウントされる。カウンタ７の計数
値は演算制御装置８にその演算周期毎に取り込まれ、ロ
ボット２の走行距離を演算する。ここで、ロボット２の
１歩進当りの移動量ｄは予め設定されているから、カウ
ンタ７の計数値に移動量ｄを掛け合わせれば、ロボット
２の走行距離を算出できる。そして、ロボット２の移動
時の走行距離はモニタTV11に第５図のように表示され
る。

TVカメラ５で撮像した配管１内部の画像はモニタTV11
に映し出され、TVカメラ５の撮影光軸を管軸方向にして
配管前方を撮影する場合は、第２図のように溶接線1aが
環状線D1aとして表示され、無限遠の管中央部は照明光
が届かないので低輝度で表示されている。

本実施例は、ロボット２から溶接線1aまでの距離をモ
ニタTV11の画面上におけるカーソル位置情報から算出す
るもので、モニタTV11はｉ×ｊ画素で管内の画像を可視
化し、ａ×ｂ画素で表示されるカーソル16がi/2軸上を
上下に移動するようになっている。今、第２図の表示画
面の管内映像に重ねあわせて配管底部に沿ってスケール
SCを敷設した場合を表示すると第３図のようになり、ス
ケールSC上の等間隔を目盛の幅は、画面の下縁から近い
ほど広く遠くなるほど狭くなる。この第３図からわかる
ように、カーソルをスケールSCに沿って管中央部に移動
させるとき、管実距離はカーソルの位置情報つまりカー
ソルのｙ座標の２次または３次の関数で表わせる。

そこで、配管径やTVカメラ５の画角にしたがい、カー
ソル16のｙ座標と配管実距離とを第４図のように２次ま
たは３次の関数で近似しておき、環状線D1a上に設定さ
れたカーソル16のｙ座標を読み込んで、第４図の関係か
らロボット２と溶接線1aまでの距離dpを算出する。

以下、このように構成された実施例の動作を第５図の
フローチャートを参照して説明する。

まず、第２図に示すようにTVカメラ５により目標点1a
が捕捉されモニタTV11上に環状線D1aが表示された時に
ロボット２を停止せしめる。第５図に示すステップS1に
おいて、カウンタ７の計数値C₀を演算制御装置８に取り
込み、ステップS2で、ｄ＝δ・C₀により走行距離ｄを算
出する。ここで、δはロボット２の１歩進に相当する移
動量である。そして、ステップS3において、算出した走
行距離ｄをモニタTV11に表示する（第６図）。

ステップS4では、入力装置９から測距指令があったか
を判定する。否定されるとステップS5に進み、検査作業
が終了したかを判定し、終了の時はリターンに進む。ま
た、検査作業が終了しないと判断された時は、ステップ
S1に戻る。

一方、ステップS4において、測距指令が有ると判断さ
れた時はステップS6に進み、カーソル16が目標点1a上に
設定されたか否かを判定する。肯定されると第２図に示
すように目標点1a上にカーソル16が設定される。ステッ
プS7では、この時のカーソル16のｙ座標値を読み込み、
第４図のような関係式によりロボット２から溶接線1aま
での相対距離dpを演算し（ステップS8）、ステップS9で
目標点までの距離dpをモニタTV11上に表示する。

したがって、本実施例にあっては、ロボット２と目標
点との間の相対距離dpが簡単に求められるから、第１図
に示すように、ロボット２の最先端と管内周面上の視野
枠端部までの距離αにこの相対距離dpを加算すれば、目
標の溶接線1aまでロボット２をどれだけ移動すればよい
かが即座にわかる。

なお、第７図に示すように、配管取付用座50の溶接部
分のクラックを超音波探触子で検査する場合、その検査
位置は溶接線である目標点1aを基準にして既知（第７図
中、Ｗで示す）であり、超音波探触子21の位置はロボッ
ト２の先端を基準にして既知（第７図中、Loで示す）で
あるから、現在位置からロボット２を（Lo＋α＋dp＋
Ｗ）だけ前進させれば、座50と超音波探触子21とを相対
できる。

第８図は超音波探触子21をその検査位置に自動的に相
対させるフローチャートである。すなわち、第８図のス
テップS21で、（Lo＋α＋dp＋Ｗ）を演算してロボット
２の目標移動距離を算出し、ステップS22でロボット２
を歩進させる。このとき、カウンタ７のカウント値を０
から１づつ歩進させ、このカウント値に１歩進当りのロ
ボット走行距離を掛け合せてロボット２の走行距離を算
出する。ステップS23において、演算された距離だけ前
進したことが判定されるとロボット２の前進を停止して
（ステップS24）、リターンする。これにより、超音波
探触子21が検査位置の座50と相対して停止する。ステッ
プS21において（Lo＋α＋dp）を演算すれば、超音波探
触子21を溶接線1aと相対できる。

以上の実施例の構成において、ロボット２が走行体
を、ロボット制御装置６が走行体制御装置を、カウンタ
７と演算制御装置８が走行距離演算手段を、TVカメラ５
が撮影手段を、モニタTV11が表示手段を、演算制御装置
８が相対距離演算手段をそれぞれ構成する。

次に側視により映し出された溶接線によりロボット２
と目標点1aまでの相対距離を算出する場合について説明
する。

まず、第１図に示す位置にあるロボット２をさらに前
進させ、TVカメラ５により目標点1aが捕捉された時にロ
ボット２を停止せしめ、前方を監視する直視状態のTVカ
メラ５をカメラ制御装置14により遠隔操作して側視状態
に切り換える。これにより、TVカメラ５に捕捉されモニ
タTV11に表示された目標点1aの画像は、第９図に示すよ
うにほぼ直線D1aとなる。この場合も、画面上でカーソ
ル16を移動し直線D1a上に設定することにより目標点1a
とロボット２との相対距離を算出できる。

第９図に示すようにモニタTV11に映し出された目標点
1aの画像は、ロボット２の目標点1aに対する位置ずれ分
を反映したものである。今、第９図の表示画面の上縁
が、第10図に示すように管内周面上の視野枠の先端であ
り、画面の左隅を原点とすると、目標点1a上のカーソル
16の位置は、（xo,yp）で表わされる。画像メモリ13上
の画素サイズは管径が一様であれば一義的に決定される
から、カーソル16のｙ座標から、ロボット２と目標点1a
との相対距離を算出できる。

今、上述と同様に、ロボット２の前従動部３の先端と
後従動部22の超音波探触子21との間の距離をLo、前従動
部３と管内周面上の視野枠端との距離をβ、その視野枠
端から目標点1aまでの距離をdpとするとき、dw＝Ｌ−
（β＋dp）を求め、この距離dwだけロボット２を前進さ
せれば、超音波探触子21を溶接線1aに相対させることが
できる。この側視画像による目標点までの距離測定は、
１画素当りの距離が正確に決まるので、第４図のような
近似式を用いる直視画像により算出する距離よりも精度
が高い。

以上では、TVカメラ５で管内を撮影したが、CCD等の
２次元カメラで撮影しても良い。さらに、配管の溶接線
を目標点としたが、その他距離データが予めわかるもの
ならば特に溶接線に限定されない。

G.発明の効果 以上説明したように本発明によれば、配管内に存在す
る溶接線などの既知の目標点と走行体との相対距離を演
算するようにしたので、走行体を容易に目標点まで移動
できる。また、この相対距離から目標位置までの距離を
求めるとともに、走行体の走行距離をも演算し、走行距
離がその目標距離になるまで前進あるいは後進すること
により、走行体を所望の位置に自動的に設定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明による管内検査装置の一実施例
を示すもので、第１図は装置全体の構成図、第２図はモ
ニタTVに表示したカーソルおよび目標点の表示例を示す
説明図、第３図は管内映像にスケールを重ねて表示する
図、第４図はｙ座標と実距離との関係を示すグラフ、第
５図は相対距離の演算手順を示すフローチャート、第６
図はモニタTVに表示した走行距離と目標点までの距離の
表示例を示す説明図、第７図はTVカメラ周辺の拡大図、
第８図は検査位置に超音波探触子を相対させるための手
順を示すフローチャートである。 第９図は側視により相対距離を演算する実施例のモニタ
TV上の表示例を示す図、第10図はTVカメラ周辺の拡大図
である。 1:配管、1a:目標点 2:ロボット、5:TVカメラ 6:ロボット制御装置、7:カウンタ 8:演算制御装置、9:入力装置 10:画像入出力装置、11:モニタTV 13:画像メモリ、14:カメラ制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東海林 宏明 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 橋本 昭 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60−225580（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−54234（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226786（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−109089（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−59856（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/90 F17D 5/06 G03B 15/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配管内を走行する走行体と、 この走行体の前後進を遠隔操作指令により制御する走行
   体制御手段と、 前記走行体に搭載されて配管内を撮影する撮影手段と、 この撮影手段で撮影された映像とカーソルとを重ねあわ
   せて表示可能な表示手段と、 前記カーソルを画面上の任意の位置に移動するカーソル
   移動手段と、 前記カーソルが表示画面上の配管内目標点に一致してい
   るときに該カーソルの表示画面上の位置情報を読み込み
   走行体と前記目標点との相対距離を演算する相対距離演
   算手段とを具備することを特徴とする管内検査装置。
2. 【請求項２】前記撮影手段は配管前方と側方とを切換え
   て撮影可能とし、前記相対距離演算手段は、前方撮影時
   には前方撮影時の画面上におけるカーソル位置情報と配
   管実距離とに関する予め定められた関係を用いて、側方
   撮影時には側方撮影時の画面上におけるカーソル位置情
   報と配管実距離とに関する予め定められた関係を用いて
   それぞれカーソルの位置情報から走行体と目標点との間
   の配管距離を演算することを特徴とする請求項１に記載
   の管内検査装置。
3. 【請求項３】前記遠隔操作指令に基づいて走行体の計算
   上の走行距離を演算する走行距離演算手段と、前記相対
   距離を用いて目標距離を演算する目標距離演算手段を有
   し、前記走行体制御手段は、前記走行距離演算手段の演
   算結果が前記演算された目標距離になるまで走行体を移
   動せしめることを特徴とする請求項１または２に記載の
   管内検査装置。