JP4232623B2 - 管内検査台車および管内検査装置 - Google Patents

Description

本発明は管内検査台車および管内検査装置に係り、特に、管内に挿入されて管の状況を検査する管内検査台車および管内検査装置に関するものである。

従来、複数の鋼管を連結してなる各種パイプライン等の鋼管構造物（以下、パイプラインと総称する）の管内検査は、鋼管同士を連結している溶接線を中心に溶接に伴う経年劣化状況、長年に渡る埋設による塗覆層の剥離や腐食の進行状況等を検査している。そして、パイプラインを長期間にわたって適正に運用かつ保全するためには、鋼管の全周全面を検査して、前記状況を正確に把握することが望ましい。
そのため、各種管内検査装置が提案されている。たとえば、パイプラインの内部に漏洩磁束検査手段を搭載したピグを挿入し、該ピグをガス圧または液圧を利用して移動させながら、鋼管の全周全面を検査する装置が知られている。しかしながら、ピグには、パイプラインが途中で分岐している場合、過去の補修工事で設置されたプラグが分岐管側に飛び出している場合、ピグを安定に移動させるだけの十分な圧力がかけられない場合等、移動途中で停止する（詰まるに同じ）可能性があるという問題があった。さらに、スペース的にランチャーやレシーバ等が設置できない場合あるという問題があった。

図１０は従来の管内検査装置の構成を示す断面図である。管内検査装置９００は、管内検査のためのカメラ９０３およびレーザヘッド９３１を具備し、これらが設置された回転軸９０４に、エアブラストのためのブラストを噴射するエアノズル９２１が取り付けられている。回転軸９０４は０゜〜３６０゜、望ましくは３７０゜程度まで回転し、その一方は平歯車９０７を介して回転モータ９７０に連結されている。
この回転モータ９７０は支承部９０６に固定され、各支承部９０６はそれぞれ複数個の支持輪９０５によって、管９０２の内壁９１０に支持されている。
さらに、制御線９０８によって各機器（回転モータ９７０、カメラ９０３）に制御信号が送られ、また、地上部のコンピュータ等にカメラ９０３の映像信号が送られる。

したがって、かかる管内検査装置はパイプラインに挿入され、所望の位置で支持輪９０５が管の内壁９１０に当接することによって支承部９０６が管９０２の中で支持される。そして、制御線９０８を介して地上からの信号を受信した回転モータ９７０は、該信号に基づいて回転し、平歯車に連結された回転軸９０４が３７０゜の範囲で回転しながら、回転軸９０４に取り付けられたカメラ９０３を通し、管の内壁９１０の状態を目視検査して管外に送信するものである。なお、カメラ９０３に代えて所望の検査デバイスを搭載すれば、管の内壁９１０について所望の検査が可能である（たとえば、特許文献１）。
特開平６−３４７４０７号公報（３〜４頁、図１）

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、カメラ９０３を管軸に垂直の面内で回転するものであるため、管９０２の内壁全面を映し出すためには、支承部９０６の管軸方向の移動（走行）開始と停止、およびカメラ９０３の回転（正転）、停止、および逆方向の回転（逆転）を、それぞれ交互に実施する必要があった。このため、それぞれの動作の連続性が無くなり、開始時の加速や停止時の減速に伴って作業能率（映像を映し出す能率）が低下するという問題、ならびに、かかる不連続な動作により各機器が故障しやすくなるという問題があった。さらに、カメラでは管の外面腐食を確認することができない。
また、カメラ９０３に代えて内面に接触する形式の検査デバイスを搭載した場合には、支承部９０６を管軸方向に移動する際の摩擦抵抗を減らす目的で、該検査デバイスを内面から離す必要があるため、構造が複雑になるという問題、ならびに、検査能率が低下するという問題があった。一方、前記摩擦抵抗に打ち勝って検査デバイスを移動しようとすると、支持輪９０５の駆動モータが大容量になって当該機構が大型化して重量が増すという問題、および該検査デバイスの摩耗や損傷のおそれが増大するという問題があった。
さらに、検査デバイスとして超音波センサを搭載した場合、管の全周全面を検査しようとすると、検査に長時間を要するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、比較的小径の管内に挿入自在であって、管の全周全面を高能率で検査することができる管内検査台車および管内検査装置を得ることを目的とする。

本発明に係る管内検査台車は、以下のとおりである。
（１）管内を移動するものであって、タイヤの進行方向に対して所定の角度傾けて取り付けた斜角型探触子を内蔵したタイヤ型超音波センサと、該タイヤ型超音波センサを管壁に接触させるための支持機構と、該タイヤ型超音波センサを管軸を中心として転動速度を変更自在に転動させる転動機構とを有し、
該タイヤ型超音波センサが管全周面の探傷を行うと共に、管軸方向の移動速度に応じて転動速度を調節することにより、管軸に対する探傷方向を自在に変更することが可能なことを特徴とする。

（２）前記タイヤ型超音波センサが複数であって、
前記タイヤ型超音波センサに内蔵された斜角型探触子が、それぞれ異なる角度になるように傾けて取り付けられて、複数の方向からの探傷を同時に行うことを特徴とする。

（３）前記タイヤ型超音波センサが、超音波振動子と、前記管に当接して管軸方向に回転するタイヤと、一方の端面が前記超音波振動子に当接して他方の端面が前記タイヤの内周に摺動する振動子前面材とを有し、
該振動子前面材の一方の端面が、前記管の半径方向に対して傾斜していることを特徴とする。

（４）前記台車が、前記タイヤ型超音波センサが設置される転動シリンダと、該転動シリンダを転動自在に支持する固定軸と、該固定軸の軸心を前記管軸に略一致させるガイド手段とを有し、前記転動機構が前記転動シリンダを前記固定軸を中心に転動することを特徴とする。

（５）前記タイヤがタイヤホルダに回転自在に保持され、該タイヤホルダが前記軸に旋回自在に設置され、前記タイヤの回転中心が前記タイヤホルダの旋回中心から前記管軸方向で偏位していることを特徴とする。

（６）前記ガイド手段が、ガイドローラと、一端が該ガイドローラに回転自在に設置されて他端が前記固定軸に傾動自在に設置された支承アームと、前記固定軸に摺動自在に配置された移動外筒と、一端が前記支承アームの略中央部に回動自在に設置されて他端が前記移動外筒に傾動自在に設置された開閉アームとによって構成された略人字状のリンク機構を有し、
前記移動外筒の移動による前記開閉アームの傾動に伴って、前記支承アームが傾動して前記ガイドローラが前記固定軸に対して半径方向に進退することを特徴とする。

（７）前記ガイド手段が、回転自在なガイドローラと、該ガイドローラを回転駆動するガイドローラ駆動手段とを有することを特徴とする。

さらに、本発明に係る管内検査装置は、以下のとおりである。
（８）前記管内検査台車の何れかである管内検査台車と、該管内検査台車に連結された第２センサ台車とを有し、
前記管内検査台車に搭載されたタイヤ型超音波センサが前記管の欠陥の有無を検出した際、前記第２センサ台車が該欠陥検出位置に到達したところで減速して低速で移動しながら、第２センサ台車に搭載された垂直超音波センサが管軸周りに転動して前記欠陥を検査することを特徴とする。

よって、本発明においては、管内検査台車の走行速度とタイヤ型超音波センサの転動速度との比を変更することによって、探傷方向を容易に変えることができる。また、１台のタイヤ型超音波センサによって、管全周面の探傷が可能になる。
また、複数の方向からの探傷を同時に行うことができるから、探傷精度が向上する。
さらに、高速で移動する管内検査装置において管に欠陥が有ることを検出し、該検出結果に基づいて、減速して低速で移動しながら第２センサ台車において欠陥の性状を測定するから、管内の検査に要するトータル時間が短縮する。

以下、実施形態１として管内検査台車を、実施形態２として管内検査装置を説明する。
［実施形態１］

（管内検査台車）
図１および図２は、本発明の実施形態１係る管内検査台車の構成を示す側面図および正面図である。図１、２において、管内検査台車１００は、タイヤ型超音波センサ（これについては別途説明する、以下、センサと称す）と、センサを支持するセンサ支持機構１１０と、センサ支持機構１１０が設置された固定軸１２０と、固定軸１２０の前後に設置された一対のガイド手段１３０ａ、１３０ｂと、転動機構１５０と、転動シリンダ１６０とを有している。

（センサ支持機構）
センサ１０はセンサ支持機構１１０に設置されている。センサ支持機構１１０は、センサ１０の第１中心軸１１を支持する断面略Ｕ字状のタイヤホルダ１１１と、タイヤホルダ１１１を固定軸１２０の半径方向（管２の半径方向に同じ）を中心にして旋回自在に支持する断面略Ｕ字状のホルダ基板１１２と、ホルダ基板１１２の上端部の外側に突出したホルダフランジ１１３と、一端がホルダフランジ１１３に設置されて他端が固定軸１２０に設置されたエアシリンダ１１４とを有している。

したがって、エアシリンダ１１４のシリンダロッド１１５は固定軸１２０の半径方向（管２の半径方向に同じ）に進退自在であるから、エアシリンダ１１４に供給する空気圧を調整することによって、センサ１０を内面２ａに押し当てる圧力を調整することができる。また、エアシリンダ１１４を後退させれば、センサ１０を内面２ａから離隔することができる。
また、第１中心軸１１の中心とタイヤホルダ１１１の旋回中心とを軸方向に偏位して（ずらして）おけば、管内検査台車１００がローリングした場合でも、キャスタ効果によって、センサ１０は内面２ａに倣って容易に移動することになる。

なお、図中、センサ支持機構１１０を管軸回りに６台均等に配置しているが、その台数はこれに限定するものではない。また、ホルダ基板１１２を廃止して、タイヤホルダ１１１をエアシリンダ１１４のシリンダロッド１１５に直接設置してもよい。さらに、エアシリンダ１１４に代えて、油圧シリンダ、電動シリンダ、あるいは、スプリングを用いたショックアブソーバを用いてもよい。

（ガイド手段）
ガイド手段１３０ａ、１３０ｂは同じものであるため、以下添え字「ａ」「ｂ」を省略して説明する。なお、図中、ガイド手段１３０ａの一部を断面にしている。
ガイド手段１３０は、ガイドローラ１３１と、ガイドローラ１３１を進退自在に支持するリンク機構１４０とを有している。
固定軸１２０には固定内筒１２１が設置され、固定内筒１２１の外周には摺動自在に移動外筒１４１が配置されている。移動外筒１４１には内部に圧縮空気を封入自在な空洞１４２（固定軸１２０の軸心と平行な筒状）が形成され、空洞１４２の内壁に気密的に摺動して空洞１４２を２室に分割する仕切フランジ１４３が固定内筒１２１に設置されている。
そして、図示しない圧縮空気供給手段（圧縮ポンプ、レギュレータ、切替バルブ等を有する）によって所定の圧力に設定された圧縮空気を、空洞１４２の一方の部屋に供給して、他方の部屋から圧縮空気を排出すれば、移動外筒１４１は移動することになる。また、これと反対に、圧縮空気を前記他方の部屋に供給して一方の部屋から排出すれば、移動外筒１４１は前記一方の部屋側に移動することになる。

リンク機構１４０は、固定軸１２０の端部に設置された固定フランジ１２２と、固定フランジ１２２に一端Ｐ（以下、固定支点Ｐと称す）が回動自在に軸支された支承アーム１４４と、一端Ｑが支承アーム１４４の中間部に回動自在に軸支された第１開閉アーム１４５とによって構成された略人字状である。そして、支承アーム１４４の他端Ｒにはガイドローラ１３１が回転自在に設置され、開閉アーム１４５の他端Ｓ（以下、移動支点Ｓと称す）は移動外筒１４１に回動自在に軸支されている。
したがって、空洞１４２の一方の部屋に圧縮空気が供給されて移動外筒１４１が移動し、固定支点Ｐと移動支点Ｓの距離が近づいたとき、支承アーム１４４と開閉アーム１４５とが交差する角度が小さくなって支承アーム１４４は起立するから、ガイドローラ１３１は固定軸１２０の軸心から放射方向の外側に張り出されることになる。反対に、空洞１４２の他方の部屋に圧縮空気を供給して移動外筒１４１が反対方向に移動して、固定支点Ｐと移動支点Ｓの距離が遠ざかったとき、支承アーム１４４と開閉アーム１４５とが交差する角度が大きくなって支承アーム１４４が倒伏するから、ガイドローラ１３１は固定軸１２０の軸心から放射方向の内側に引き戻されることになる。すなわち、傘の開閉機構に準じた機構である。

図１、２において、４台の同一リンク機構１４０が円周状に均等配置されているため、それぞれが同一の動作をするから、４台のガイドローラ１３１は固定軸１２０の軸心を中心にした同心円上に位置することになる。そして、圧縮空気が所定の圧力に設定されているから、ガイドローラ１３１は管２の内壁に当接するまで張り出して所定の力で該内壁に押し当てられることになる。
よって、固定軸１２０の前方および後方にはそれぞれガイド手段１３０ａ、１３０ｂが設置されているから、固定軸１２０の中心は管２の管軸に一致して平行、すなわち、芯出し（センタリング）されることになる。なお、リンク機構１４０の設置数は４台に限定するものではなく、３台以上であればよい。

（転動シリンダ）
転動シリンダ１６０は固定軸１２０に転動自在に支持され、その外周にセンサ支持機構１１０のエアシリンダ１１４が設置されている。また、転動シリンダ１６０と固定軸１２０との間には図示しないスリップリングが配置され、センサ１０が発した測定信号が固定軸１２０側に伝達されている。また、エアシリンダ１１４に供給される圧縮空気は、固定軸１２０に設けられている空気払い室と、該空気払い室に気密的に連結する空気受け室（転動シリンダ１６０の内周に設けられている）とを経由して供給されている（図示しない）。

（転動機構）
転動機構１５０は、転動モータ１５１と、転動モータ１５１の回転軸に固定された駆動歯車１５２と、転動シリンダ１６０に固定された従動歯車１６２（駆動歯車１５２に噛み合っている）とを有している。そして、転動モータ１５１は固定軸１２０に固定、または固定軸１２０の端部に設置された固定フランジ１２２に固定され、管内検査装置１の走行速度に対応した所定の回転速度で回転制御されている。
したがって、センサ１０は管内検査装置１の走行に伴って管２内を螺旋状に移動することになる。このとき、センサ１０はキャスタ機能を具備するセンサ支持機構１１０に支持されているから、タイヤ１３の進行方向に容易に追従して円滑な回転をする。なお、ホルダ基板１１２を撤去して、センサ１０をシリンダロッド１１５に設置してもよい。

（センサ）
図３は図１に示すセンサの実施例を説明する断面図であって、（ａ）は平面視、（ｂ）は正面視、（ｃ）は側面視である。
図３において、センサ１０はセンサであって（以下、センサと称す）、センサ１０は、中心軸１１と、中心軸１１に回転自在に設置されたタイヤ１３と、中心軸１１に設置された超音波振動子１５と中心軸１１に設置された振動子前面材１７とを有している。振動子前面材１７の中心軸１１に近い端面１６が超音波振動子１５に当接し且つ他方の端面１８がタイヤ１３の内周１２に摺動する。なお、タイヤ１３および振動子前面材１７は、通過する超音波の減衰がきわめて小さいブタジェンゴムからなり、シリコンオイルの如き超音波伝達物質の皮膜を介して相互に密着するように付勢されている。

したがって、センサ１０のタイヤ１３を管２の内面２に押し付けて移動すると、タイヤ１３は回転するから、該移動が円滑であって、当接部の局部摩耗を防止することができる。そして、回転しない超音波振動子１５から超音波ビームを発射すると、この超音波ビームは回転しない振動子前面材１７、超音波伝達物質の皮膜および回転するタイヤ１３を通って管２の板厚内を斜め方向に伝播し、さらに、その反射波はタイヤ１３、超音波伝達物質の皮膜および振動子前面材１７を通って超音波振動子１５によって受信されるから、これによって管の欠陥、特に、垂直探傷では検出することができない「割れ」を検出することが可能になる。

また、タイヤ１３の外周１４は断面円弧状に形成されているから、中心軸１１から最も離れた位置Ｂ（以下、当接点と称す）において管２に当接することになる。以下、説明のため、超音波振動子１５の中心を位置Ａ、中心軸１１の軸心の方向をＺ方向、中心軸１１のＺ方向の中央を位置Ｃ、位置Ｂと位置Ｃとを結ぶ線をＸ方向、Ｘ方向とＺ方向の両方に垂直な方向をＹ方向とする。
このとき、超音波振動子１５が発射する超音波ビームの方向は、位置Ａと当接点Ｂとを結ぶ線に同じであって、Ｘ−Ｙ面に対して平面視で走行傾斜角度βだけ傾斜し（図３の（ａ）参照）、Ｘ−Ｙ面に対して正面視で左右傾斜角度φだけ傾斜し（図３の（ｂ）参照）、Ｘ−Ｚ面に対して側面視で前後傾斜角度θだけ傾斜している（図３の（ｃ）参照）。

（超音波ビームの伝播）
図４は、図３に示すセンサによって発射された超音波ビームの伝播を示すものであって、（ａ）は断面図、（ｂ）はデータ収集範囲を示す断面図、（ｃ）は側面図である。 そして、超音波振動子１５は前記のように、走行傾斜角度β、左右傾斜角度φおよび前後傾斜角度θだけ傾斜して当接点Ｂに向けて超音波ビームを発するから、当接点Ｂにおいて超音波ビームは屈折して管厚に対して斜め方向に向かって伝播することになる。

図４の（ａ）において、超音波ビームは管の内面２ａおよび外面２ｂで反射しながら管２の肉厚内を図中左方向にジグザグに進行し、該進行に伴って進行方向の幅が拡がっている。このため、所定の距離だけ進行すると、ジグザグに進行する超音波ビームは、管２の内面２ａおよび外面２ｂに隙間なく照射されることになる。
したがって、超音波ビームの進行方向で内面２ａおよび外面２ｂに隙間なく照射されるようになるだけの距離、当接点Ｂから離れた範囲を「管厚データ収集範囲」としている（図４の（ｂ）参照）。
図４の（ｃ）において、たとえば、センサ１０が管軸方向に螺旋状に移動し、超音波ビームが管軸方向に出射される場合、超音波ビームは前記のように管２の管軸方向（図中、左方向）に向かってジグザグに進行すると同時に、管２の半径方向（図中、上下方向）にも幅が拡がっていく。

図５は、図１から４に示すセンサの移動方向および移動速度を説明する模式図である。
図５おいて、タイヤ１３は管軸に対して螺旋角度α１だけ斜めの方向に移動し、超音波振動子１５の超音波ビームの発射方向は、タイヤ１３の移動方向に対して走行傾斜角度βだけ傾斜し（図３の（ａ）参照）ているから、超音波ビームの発射方向は管軸に対して（α−β）だけ傾いている。なお、螺旋角度αと走行傾斜角度βとが等しい場合には、超音波ビームは管軸方向に発射されることになる。

ここで、センサ１０が管２の内面２ａを管軸方向に滑らないための条件を示す。転動シリンダ１６０の固定軸１２０周りの転動角速度がω１（ｒａｄ／秒）で、管内検査装置１の管軸の方向の走行速度がｖ１（ｍ／秒）のとき、センサ１０の移動方向は管軸に対して
tanα＝Ｒ・ω１／ｖ１
なる螺旋角度αだけ傾斜する。
したがって、センサ１０のタイヤ１３の方向を管軸に対して該螺旋角度αだけ傾斜して配置しておけば、タイヤ１３が管２の内面を軸方向に滑ることがない（このとき、タイヤ１３の中心軸１１の軸心は管２の管軸に対して（π／２−α）だけ傾斜している）。

なお、前記のように斜め方向に発射され超音波ビームについて、「データ収集範囲」の管軸方向の距離に相当する距離を管内検査台車１００が移動する間に、センサ１０が管軸周りを１回転以上回転すれば、１台のセンサ１０によって管２の全周面が走査されることになる。

図６は、本発明の実施の形態に係る管内検査装置におけるセンサのその他の配置形態を説明する部分展開図である。図６において、転動シリンダ１６０（図示しない）に円周方向で５基のセンサ１０が均等配置され、それぞれの走行傾斜角度βがβ１、β２、β３、β４、β５、螺旋角度がαである。
このとき、１つの欠陥に対して、同時に複数の探傷方向（超音波ビームの方向）から検査ができるから、欠陥の検出能力が向上する。
なお、図６では、５台のセンサ１０が設置された場合を示しているが、設置台数はこれに限定するものではない。また、周方向溶接部における溶け込み不良や割れ、面状の腐食欠陥、他工事における損傷跡等を示しているが、検出する欠陥はこれに限定するものではない。

［実施形態２］
（管内検査装置）
図７は、本発明の実施形態２に係る管内検査装置の構成を示す側面図である。図７において、管内検査装置１は、牽引台車３００と、タイヤ型超音波センサ台車１００と、第２センサ台車２００と、補助台車４００とが、相互に屈曲自在に連結されたものである。
タイヤ型超音波センサ台車１００には管２に欠陥が有るか否を検出するタイヤ型超音波センサ１０が搭載され、第２センサ台車２００には、タイヤ型超音波センサが検出した欠陥の性状を測定する第２センサ２０が搭載されている。牽引台車３００には、前方監視カメラ３０、走行車輪３１０を回転駆動する駆動手段や、タイヤ型超音波センサ１０の欠陥検出信号を受信して管内検査装置１の走行速度を制御する制御手段（図示しない）が搭載されている。また、補助台車４００には探傷器（図示しない）が搭載されている。
なお、タイヤ型超音波センサ台車１００は実施形態１における管内検査台車１００に同一であるため、説明を省略する。図中、複数台のタイヤ型超音波センサ１０が記載されちるが、該台数は１以上の何れであってもよい。

（第２センサ台車）
第２センサ台車は第２センサを装備したものであって、前記管内検査台車１００に装備されたセンサ１０を第２センサに置き換えたものに同じであるから、一部の説明を省略し、管内検査台車１００と同じ部分には下二桁にこれと同じ符号を付し、名称に第２を付して読み替えるものとする。

（第２センサ）
図８は図７に示す第２センサの実施例を説明するものであって、（ａ）は構成を示す正面視の断面図、（ｂ）は構成を示す側面視の断面図である。
図において、第２センサ２０はタイヤ型超音波センサであって、第２タイヤ型超音波センサ２０は、第２中心軸２１と、第２中心軸２１に回転自在に設置された第２タイヤ２３と、第２中心軸２１に設置された第２超音波振動子２５と、第２中心軸２１に設置された第２振動子前面材２７とを有している。第２振動子前面材２７の第２中心軸２１に近い端面２６が第２超音波振動子２５に当接し且つ他方の端面２８が第２タイヤ２３の内周２２に摺動する。

また、第２タイヤ２３の外周２４は断面円弧状に形成されているから、第２中心軸２１から最も離れた位置Ｆ（以下、当接点と称す）において管２に当接することになる。
そして、第２振動子前面材２７の端面２６は第２中心軸２１の軸心と当接点Ｆを結ぶ線に垂直である（第２中心軸２１の軸方向および管２の管軸方向に平行）。したがって、第２超音波振動子２５は当接点Ｆに向けて超音波ビームを発するから、当接点Ｆにおいて超音波ビームは垂直に管２に伝播され、管２の管厚方向、すなわち、管２の管軸中心（図中下方、管２の円周方向に同じ）に向かって伝播することになる。なお、第２タイヤ２３は当接時に弾性変形するから、実際の当接部は第２中心軸２１の軸方向および円周方向に所定の幅を有している。

そして、管２の内面２ａから入射した超音波ビームは外面２ｂにおいて反射され、第２タイヤ型超音波センサ２０に入射するものである。したがって、第２タイヤ型超音波センサ２０の第２タイヤ２３を管２の内面２ａに押し付けて移動すると、第２タイヤ２３は回転するから、該移動が円滑であって、当接部の局部摩耗を防止することができる。
なお、回転しない第２超音波振動子２５から垂直方向に超音波ビームを発射すると、この超音波ビームは回転しない第２振動子前面材２７、超音波伝達物質の皮膜および回転する第２タイヤ２３を通って管の板厚内を伝播し、さらに、その反射波は第２タイヤ２３、超音波伝達物質の皮膜および第２振動子前面材２７を通って第２超音波振動子２５によって受信されるから、これによって管の欠陥や板厚が検出される。

（第２センサの走査範囲）
図９は、本発明の実施の形態に係る管内検査装置における第２センサの走査範囲を説明する部分展開図である。
まず、第２タイヤ型超音波センサ２０が管２の内面２ａを管軸方向に滑らないための条件を示す。
図９において、転動シリンダ２４０に円周方向で均等配置された第２タイヤ型超音波センサ２０の数量がＮ基で、転動シリンダ２４０の第２固定軸２２０周りの第２転動角速度がω２（ｒａｄ／秒）で、管内検査装置２の管軸の方向の第２走行速度がｖ２（ｍ／秒）のとき、第２タイヤ型超音波センサ２０の移動方向は管軸に対して
tanα２＝Ｒ・ω２／ｖ２
なる第２螺旋角度α２だけ傾斜する。したがって、第２タイヤ型超音波センサ２０の第２タイヤ２３の方向を管軸に対して第２螺旋角度α２だけ傾斜して配置しておけば、第２タイヤ２３が管２の内面を軸方向に滑ることがない（このとき、第２タイヤ２３の第２中心軸２１の軸心は管２の管軸に対して（π／２−α２）だけ傾斜している）。

つぎに、第２タイヤ型超音波センサ２０が内面２ａの全域を走査（カバー）するための条件を示す。第２タイヤ型超音波センサ２０の検査視野は略線状であって、第２中心軸２１の軸心に平行で、長さがＬ（ｍ）と仮定する。第２タイヤ型超音波センサ２０のそれぞれについて検査視野をＦ１、Ｆ２、Ｆ３等で示し、進行方向手前側（図中、右側）を位置Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３等、進行方向側（図中、左側）を位置Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３等で示す。

第２タイヤ型超音波センサ２０が２・π／Ｎ回転して、たとえば、検査視野Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３等がそれぞれ新たな検査視野ＦＦ１（位置ＧＧ１とＢＢ１を結ぶ範囲）、ＦＦ２（位置ＧＧ２とＢＢ２を結ぶ範囲）、ＦＦ３（位置ＧＧ３とＢＢ３を結ぶ範囲、図示しない）等に移動したとき、検査視野Ｆ１は位置Ｇ１、Ｈ１、ＨＨ１、ＧＧ１により形成される範囲を走査したことになる。同様に検査視野Ｆ２、Ｆ３等は位置Ｇ２、Ｈ２、ＨＨ２、ＧＧ２により形成される範囲、位置Ｇ３、Ｈ３、ＨＨ３、ＧＧ３により形成される範囲等を走査したことになる。

このとき、これらの走査範囲の一部がそれぞれ接するか、若しくは重なる（図中、斜線に示す）ためには、上記式より、
ｖ２≦Ｌ・ω２・Ｎ／（２・π・Ｒ・cosα２）
であるから、第２転動角速度ω２および第２走行速度ｖ２が与えられた場合には、
Ｌ≧２・π・Ｒ／cosα２
なる大きさ以上の検査視野を有する必要がある。
なお、図９では、第２タイヤ型超音波センサ２０が２・π／Ｎだけ回転した場合について、前記重なり範囲を斜線で示しているため該斜線範囲が矩形になっている。しかしながら、第２タイヤ型超音波センサ２０は連続して多数回にわたって転動するものであるから、該重なり範囲（斜線範囲）は帯状に延長され、管２の内面２ａにおいては多状の螺旋を呈するものである。また、第２タイヤ型超音波センサ２０が１台のみ搭載された場合は上式において、Ｎ＝１とする。

（牽引台車）
牽引台車３００（図１参照）は図示しないエアシリンダによって走行タイヤ３１０を管２の内面２ａに押し付け、図示しない駆動モータによって走行タイヤ３１０を回転駆動することにより自走するものである。なお。駆動モータ用の電力は地上部からケーブル５００を経由して供給される。
また、管２の内面２ａを監視するための監視カメラ３０が搭載され、走行前方を監視している。したがって、走行前方に曲がり管部（ベンド）があることが発見された場合には、エアシリンダ１１４や第２エアシリンダ２１４を後退させ、タイヤ型超音波センサ１０、２０を退避（縮径）することにより通過を容易にすることができる。また、管２の内部にプラグや枝管の付け根が突出しているものが発見された場合も、同様にこれを回避する。
さらに、タイヤ型超音波センサ１０が欠陥を検出した場合に、該欠陥の検出信号を受信して、該欠陥の検出された範囲において走行速度を減速し、かつ、第２センサ台車２００に欠陥の性状を測定するための所定の信号を発する制御装置を、牽引台車３００に搭載してもよい。

（補助台車）
補助台車４００（図１参照）は第２センサ台車２００に連結され、管内検査台車１００を介して牽引台車３００によって牽引されるものであって、タイヤ型超音波センサ１０（斜角探傷）およびタイヤ型超音波センサ１０（垂直探傷）からの信号が入力される探傷器（アンプ）が搭載されている。
なお、該探傷器は、タイヤ型超音波センサ１０またはタイヤ型超音波センサ１０のそれぞれに連結された別個のものであっても、または、両者に共通のものであって、適宜（低速移動の間）切り換え自在なものであってもよい。

（管内検査方法）
以上より、管内検査装置１は、管内検査台車１００に設置されたタイヤ型超音波センサ１０を内面２ａに押し当てて螺旋状に移動しながら斜角探傷をするから、データ収集範囲が広いため、最少の設置台数でもって内面２ａの全周をカバーすることができ、しかも高速で走行しながら欠陥の有無、特に、「割れ」の有無を検査することが可能になる。
そして、タイヤ型超音波センサ１０が管２に欠陥が存在していることを検出したとき、当該欠陥が存在する範囲で、管内検査装置１は低速で移動し、螺旋状に移動する第２センサ２０を内面２ａに押し当てて垂直探傷をするから、欠陥の性状（特に、局部的な肉厚の減少）が測定されることになる。さらに、当該欠陥が存在する範囲を通過した後は、再度、管内検査装置１は高速で移動しながら、タイヤ型超音波センサ１０によって欠陥の有無を検査する。
したがって、欠陥の性状測定のためにだけ、管内検査装置１を低速で移動し、欠陥の有無を検出するためには、管内検査装置１を高速で移動することができるから、管内検査の能率が向上する。

なお、管内検査装置１は、管内検査台車１００および第２センサ台車２００が牽引台車３００に牽引されるものであるが、管内検査台車１００にガイドローラ駆動手段を設置して、ガイドローラ１３１を回転駆動して自走自在とすれば、牽引台車３００を撤去することができる。また、管内検査台車１００のガイドローラ１３１および第２センサ台車２００の第２ガイドローラ２３１の両方を回転駆動してもよい。
また、補助台車４００に搭載した各種機器を、管内検査台車１００または第２センサ台車２００の一方または両方に移設して、補助台車４００を廃止してもよい。

さらに、管内検査台車１００の転動シリンダ１６０にタイヤ型超音波センサ支持機構１１０と第２センサ支持機構２１０とを設置して、第２センサ台車２００を撤去してもよい。
このとき、まず、タイヤ型超音波センサ１０を管２の内面２ａに所定の螺旋角度でもって当接し、所定の転動角速度で転動シリンダ１６０を転動しながら高速で走行する。そして、タイヤ型超音波センサ１０が欠陥を検出した場合、第２センサ２０を管２の内面２ａに所定の第２螺旋角度でもって当接し、所定の第２転動角速度で転動シリンダ１６０を転動しながら低速で走行することになる。そして、タイヤ型超音波センサ１０が欠陥を検出した範囲を通過した後は、再度、高速で走行することになる。

さらに、タイヤ型超音波センサは１個の振動子前面材１７を、第２センサは１個の振動子前面材２７を有しているが、タイヤ型超音波センサが振動子前面材１７と振動子前面材２７を有してもよい。このとき、振動子前面材１７と振動子前面材２７とを有するセンサを管内検査台車１００に設置して第２センサ台車２００を撤去することができる。そして、振動子前面材１７に当接する超音波振動子１５（斜角探傷をしている）が欠陥を検出した場合、該センサの螺旋角度を変更し、管内検査台車１００は減速した低速で走行しながら、第２振動子前面材２７に当接する超音波振動子２５（垂直探傷をしている）が欠陥の性状を測定することになる。

以上のように本発明によれば、気体や液体等各種流体を輸送するパイプラインや、管をを有する各種構造物において、管内面の検査に広く利用することができる。

本発明の実施形態１係る管内検査装置の構成を示す側面図である。 本発明の実施形態１係る管内検査装置の構成を示す正面図である。 タイヤ型超音波センサの実施例を説明する断面図である。 超音波ビームの伝播およびデータ収集範囲を示す断面図である。 タイヤ型超音波センサの移動方向および移動速度を説明する模式図である。 タイヤ型超音波センサのその他の配置形態を説明する部分展開図である。 本発明の実施形態２に係る管内検査装置の構成を示す側面図である。 第２センサの実施例の構成を示す断面図である。 第２センサの走査範囲を説明する部分展開図である。 従来の管内検査装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１：管内検査装置、２：管、２ａ：内面、 ２ｂ：内面、２ｂ：外面、１０： タイヤ型超音波センサ、１１： 中心軸、１２：固定軸、１３：タイヤ、１５：超音波振動子、１７：振動子前面材、２０：第２センサ、３０：前方監視カメラ、１００：管内検査台車、１１０：センサ支持機構、１２０：固定軸、１３０：ガイド手段、１４０：リンク機構、１５０：転動機構、１６０：転動シリンダ、２００：第２センサ台車、３００：牽引台車、４００：補助台車、５００：ケーブル。

Claims (8)

1. 管内を移動する管内検査台車であって、タイヤの進行方向に対して所定の角度傾けて取り付けた斜角型探触子を内蔵したタイヤ型超音波センサと、該タイヤ型超音波センサを管壁に接触させるための支持機構と、該タイヤ型超音波センサを管軸を中心として転動速度を変更自在に転動させる転動機構とを有し、
   該タイヤ型超音波センサが管全周面の探傷を行うと共に、管軸方向の移動速度に応じて転動速度を調節することにより、管軸に対する探傷方向を自在に変更することが可能なことを特徴とする管内検査台車。
2. 前記タイヤ型超音波センサが複数であって、
   前記タイヤ型超音波センサに内蔵された斜角型探触子が、それぞれ異なる角度になるように傾けて取り付けられて、複数の方向からの探傷を同時に行うことを特徴とする請求項１記載の管内検査台車。
3. 前記タイヤ型超音波センサが、超音波振動子と、前記管に当接して管軸方向に回転するタイヤと、一方の端面が前記超音波振動子に当接して他方の端面が前記タイヤの内周に摺動する振動子前面材とを有し、
   該振動子前面材の一方の端面が、前記管の半径方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１または２記載の管内検査台車。
4. 前記台車が、前記タイヤ型超音波センサが設置される転動シリンダと、該転動シリンダを転動自在に支持する固定軸と、該固定軸の軸心を前記管軸に略一致させるガイド手段とを有し、前記転動機構が前記転動シリンダを前記固定軸を中心に転動することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の管内検査台車。
5. 前記タイヤがタイヤホルダに回転自在に保持され、該タイヤホルダが前記軸に旋回自在に設置され、前記タイヤの回転中心が前記タイヤホルダの旋回中心から前記管軸方向で偏位していることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の管内検査台車。
6. 前記ガイド手段が、ガイドローラと、一端が該ガイドローラに回転自在に設置されて他端が前記固定軸に傾動自在に設置された支承アームと、前記固定軸に摺動自在に配置された移動外筒と、一端が前記支承アームの略中央部に回動自在に設置されて他端が前記移動外筒に傾動自在に設置された開閉アームとによって構成された略人字状のリンク機構を有し、
   前記移動外筒の移動による前記開閉アームの傾動に伴って、前記支承アームが傾動して前記ガイドローラが前記固定軸に対して半径方向に進退することを特徴とする請求項４記載の管内検査台車。
7. 前記ガイド手段が、回転自在なガイドローラと、該ガイドローラを回転駆動するガイドローラ駆動手段とを有することを特徴とする請求項６記載の管内検査台車。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の管内検査台車と、該管内検査台車に連結された第２センサ台車とを有し、
   前記管内検査台車に搭載されたタイヤ型超音波センサが前記管の欠陥の有無を検出した際、前記第２センサ台車が該欠陥検出位置に到達したところで減速して低速で移動しながら、第２センサ台車に搭載された垂直超音波センサが管軸周りに転動して前記欠陥を検査することを特徴とする管内検査装置。

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