JP4954231B2 - 検査用台車 - Google Patents

Description

本発明は、配管等の曲率構造体の表面を走行しながら、その肉厚や表面欠陥を検査することができる検査用台車に関するものである。

磁性材料からなる金属製構造体に磁着してその上を自走し、その肉厚や表面欠陥を検査する装置は従来から知られている。特に検査対象物が配管等のように曲面を有する構造体（曲率構造体）である場合には、検査用台車がその表面から脱落しないように表面形状に倣って移動できることが望まれる。このため例えば特許文献１には、前後方向及び左右方向に揺動可能な一対の無限軌道と、これらを駆動するためのモータと、検査対象物である鋼管等に磁着するための永久磁石とを備えた台車を有する測定装置が開示されている。

また特許文献２には、検査機器が搭載された台車部と、その両側に配置されて前後方向及び左右方向に揺動可能な一対の車体部とを備えた検査機器用自走台車が開示されている。

特開２００４−１２５７５２号公報 特開２００７−１３０７１０号公報

これらの特許文献に示されるように、自走式の検査用台車は通常、金属製の構造体に磁着してその表面上を自走する構成を有するため、永久磁石または電磁石等の磁力を備えた部分が構造体の表面形状に倣って移動できることが要求される。この点、特許文献２に開示されている同調手段によれば、配管等の曲率構造体の長手方向の走行において安定した走行が可能であるという一定の効果があると考えられる。

しかしながら、特許文献２に開示されている台車構造では構造が複雑になるばかりか、重量の増大や、台車が大型化する虞がある。

そこで本発明は、台車の前後方向を向く軸まわりの揺動動作を固定し、台車の左右方向を向く軸まわりにのみ旋回可能に連結することにより、配管等の曲率構造体表面での姿勢変更を簡単な構造で可能とし、かつ小型化、軽量化を達成できる検査用台車を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、磁性材料からなる曲率構造体の検査対象物を検査するための検査部と、前記検査部を支持する支持部と、前記支持部の左右方向両側に設けられ、前記検査対象物に磁着して該検査対象物上を走行可能な一対の走行部と、前記一対の走行部の各々を前記支持部に対して、前記左右方向に延びる軸線回りに旋回可能に連結する連結部と、曲率構造体の検査対象物と検査部との距離を一定に保つ機構とを有し、さらに前記一対の走行部の各々は、前記検査対象物に磁着して該検査対象物上を走行可能なマグネット車輪と、該マグネット車輪に当接しながら該マグネット車輪と同方向に回転する回転駆動式のスクレーパとを有することを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の検査用台車において、前記支持部は、前記検査部と前記検査対象物との距離を調節するための調節機構をさらに有し、この調節機構は、前記支持部の底面において、前記検査部の左右方向及び前後方向にそれぞれ平行な辺を有する矩形の四隅にそれぞれ配置されて前記検査対象物の表面に当接するように構成された４つの当接部材と、前記支持部に対する前記４つの当接部材の垂直方向距離を調節する調節部材とを有し、前記４つの当接部材のうち少なくとも２つは、前記一対の走行部の各々が有するマグネット車輪と略一直線をなすように配置されたことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の検査用台車において、前記４つの当接部材のうち左右方向に対向する２つの当接部材の距離と、前後方向に対向する２つの当接部材との距離とを互いに等しくしたことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の検査用台車において、前記検査部と支持部との間に、ショックアブソーバを設けたことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載の検査用台車において、前記検査部はショックアブソーバを介して前記支持部に連結されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、構造が簡素化できるとともに軽量化できコンパクトな検査用台車を提供することができ、バッテリ等を駆動源とする場合には駆動可能時間の延長が可能となる。また、検査用台車が配管上で旋回する時には、車輪のエッジで配管表面と接触するため走行抵抗が小さくなりスムーズな旋回が可能となる。さらに、配管上の走行においてはエッジが配管表面の微細な凹凸と接触することで滑りを防止することができる。

また本発明では、検査対象物上を走行するマグネット車輪にスクレーパを設けることにより、マグネット車輪を清浄に保つことができる。特に、スクレーパをマグネット車輪と同方向に回転駆動する構成とすることにより、車輪表面の掻き取り効果を向上させることができる。

請求項２の発明のように、４つの当接部材のうち少なくとも２つを、マグネット車輪と略一直線をなすように配置することにより、検査用台車が検査対象物の突起等に乗り上げるときに検査用台車が受ける衝撃や振動の回数を低減することができる。

請求項３の発明のように、４つの当接部材のうち左右方向に対向する２つの当接部材の距離と、前後方向に対向する２つの当接部材の距離とを互いに等しくすることにより、検査用台車の向きが変化した場合でも検査対象物と検査部との距離を一定に保つことができる場合が多くなる。特に配管上では、検査用台車の向きが配管の長手方向から周方向に（或いはその逆に）変化した場合でも、配管と検査部との距離を一定に保つことができる。

請求項４の発明のように、検査部と支持部の間にショックアブソーバを設けることにより、検査用台車が受ける振動や衝撃が検査部に及ぶことを防止又は低減でき、高精度の検査を行うことができるようになる。特に、請求項７の発明のようにショックアブソーバを用いて検査部を支持部に連結することにより、検査部が受ける振動や衝撃をより効果的に防止又は低減することができる。

図１は本発明に係る検査用台車１０の外観斜視図であり、図２は検査用台車１０を図１とは反対側からみた斜視図である。検査用台車１０は、配管等の検査対象物（図示せず）の肉厚の変化及び分布や、表面の欠陥の有無等を測定するための検査部１２と、検査部１２を検査対象物から所定距離離隔させて支持する支持部１４と、支持部１４の左右方向両側に取り付けられて配管等の表面上を走行する構造（詳細は後述）を備えた一対の走行部１６、１８とを有する。検査部１２としては例えば、電磁誘導センサ、より好ましくは低周波電磁誘導センサが使用可能である。低周波電磁誘導センサは、金属製配管等の強磁性材料の肉厚や欠陥の有無等を非接触で検出することができる。

支持部１４は、全体として略矩形の枠形状を有し、その略中央に検査部１２を搭載できるようになっているが、検査部１２を支持できる構成であれば図示された形状に限られない。また各走行部１６、１８は、全体として略直方体形状の筐体を有し、内部に後述するモータや車輪を有するが、該モータや車輪を収容できる構成であれば図示された形状に限られない。

走行部１６は、支持部１４を構成するフレームの長手方向の略中央において、前後方向の軸線２３に垂直な左右方向に延びる軸線３３に沿いかつ走行部１６内を旋回可能に支持する走行部旋回軸３４に接続される。従って走行部１６は、旋回軸３４回りに旋回可能であり、故に走行部１６は、配管等の検査対象物である曲率構造体の表面上での旋回動作ができ、形状に応じて適宜姿勢を変えることができる。

なお走行部１８の支持部１４を構成するフレームに連結する走行部旋回軸４６については、走行部旋回軸３４と勝手違いの構造とすることができる。走行部１８は、支持部１４を構成するフレームの長手方向の略中央において、前後方向の軸線３５に垂直な左右方向に延びる軸線４５に沿いかつ走行部１８内を旋回可能に支持する走行部旋回軸４６に接続される。従って走行部１８は、旋回軸４６回りに旋回可能である。故に走行部１８は、配管等のような検査対象物の曲率構造体の表面上での旋回動作ができ、形状に応じて適宜姿勢を変えることができる。

次に外観斜視図１及び底面図３を用いて、走行部内の構造について説明する。走行部１６は、配管等の検査対象物の表面に磁着して該表面上を自走する複数（図示例では２つ）のマグネット車輪６０、６２と、マグネット車輪６０、６２を駆動するための駆動手段すなわちモータ６４とを有する。モータは車輪毎に設けられてもよいが、検査用台車全体のコンパクト化及び軽量化のために、図示例では１つのモータ６４で２つの車輪を駆動する。またモータ６４としてより小型のモータを使用できるようにするために、外観斜視図１に示すように、モータ６４の駆動軸６６を平ベルト７２等でプーリ７４に連結することにより、コンパクトな駆動伝達構造としている。プーリ７４は車輪駆動シャフト７６に連結されており、車輪駆動シャフト７６には２つのウォームギヤ７８、８０が取り付けられている。ウォームギヤ７８、８０はそれぞれ、車輪６０、６２の回転軸８２、８４にそれぞれ取り付けられたウォームホイール８６、８８と係合し、これによりモータ６４の作動により車輪６０、６２が回転できるようになっている。

図４は、マグネット車輪６０の構造を詳細に示す図である。マグネット車輪６０は、鉄等の磁性体から形成され略円板形状を有する２つの車輪部９０、９２と、両車輪部の間に挟まれる黄銅（Ｂｓ）等の非磁性体から形成された略円板形状の間挿材９４とを有する。車輪部９０、９２及び間挿材９４は同心配置され、また間挿材９４の直径は車輪部９０、９２の直径よりいくらか短い。またマグネット車輪６０の内部には、ネオジウム等の磁性材料から形成され略円環形状を有するマグネット９６が同心配置されており、これにより車輪部９０、９２はそれぞれＮ極及びＳ極（或いはその逆）として作用し、配管等の表面に磁着することができる。なおマグネット車輪６２もマグネット車輪６０と同様の構成でよいので、説明は省略する。

マグネット車輪６０、６２には、使用により汚れや異物が付着して円滑な走行の妨げになることがある。そこで図３に示すように、車輪６０、６２の車輪部９０、９２の裏面を清浄に保つためのスクレーパ９８を設けることが好ましい。スクレーパ９８は、車輪部表面の掻き取り効果をより高めるために、固定式ではなく回転駆動式とすることが好ましい。この場合の回転方向は、対応する車輪の回転方向と同じであること、すなわち図５に示すようにスクレーパ及び車輪部の当接部分における移動方向が互いに異なるようにすることが好ましい。しかし、スクレーパ及び車輪の周速度が異なっていれば、両者の回転方向が異なっていても一定の掻き取り効果は得られる。

図３は、スクレーパ９８の回転駆動手段について示している。走行部１６内において、上述の車輪駆動シャフト７６と平行に延びるスクレーパ駆動シャフト１０２が設けられ、シャフト７６に取り付けられた平歯車等のギヤ１０４及びシャフト１０２に取り付けられた平歯車等のギヤ１０６が互いに係合している。またスクレーパ駆動シャフト１０２にはウォームギヤ１０８が取り付けられている。ウォームギヤ１０８はスクレーパ９８の回転軸１１２に取り付けられたウォームホイール１１６と係合し、これによりモータ６４の作動によりスクレーパ９８が回転できるようになっている。なお車輪駆動シャフト７６及びスクレーパ駆動シャフト１０２の回転方向は異なるので、ウォームギヤ１０８の溝方向をウォームギヤ７８、８０の溝方向と逆にするか、或いはウォームホイールの取り付け方向を逆にすることにより、マグネット車輪とスクレーパの回転方向を同じにすることができる。

なお本実施形態では車輪の回転駆動とスクレーパの回転駆動とを1つのモータで行っているが、それぞれ別個の駆動手段としてもよい。但し装置全体の軽量化の観点からは、１つの駆動手段で車輪及びスクレーパの双方を駆動できる構成が好ましい。

車輪に対するスクレーパの当接部分すなわちエッジ部の形状は、車輪部の表面の掻き取り作用を有するものであればどのような形状でもよいが、検査用台車の前進時及び後退時の双方において掻き取り操作が行えるようになっていることが好ましい。例えば図５（a）及び（b）に示すように、径方向断面形状で示すスクレーパ９８は、その周方向に適当な角度間隔（好ましくは等間隔）で形成された４つの突部１２０を有し、各突部１２０の周方向両端に、スクレーパの軸方向に延びるエッジ部１２２、１２４が形成されている。検査用台車の前進時（図５（a））にはスクレーパのエッジ部１２２が車輸６０の表面の掻き取りを行い、逆に検査用台車の後退時（図５（b））にはスクレーパのエッジ部１２４が車輪６０の表面の掻き取りを行うようにすることができ、いずれの回転方向においてもエッジ部が掻き取りに好適な角度で車輪６０の表面に当接できるようになっている。なおもう一対の走行部のスクレーパについても同様の構成とすることができるので、説明は省略する。

上述のようにスクレーパと車輪とは同方向に回転するが、スクレーパによる掻き取りをより効率的に行うために、スクレーパの回転数の方が車輪の回転数より相当に高いことが好ましい。例えば図５に示すようなスクレーパを、車輪に対する回転数比１５：１で使用した場合は、スクレーパ１回転当たり４回の掻き取り操作が行なれるので、車輪１回転中に６０回の掻き取り操作を行うことができる。このようにスクレーパのエッジ部の個数や回転数比を適宜設定することにより、好適な回数の掻き取り操作を行うことができる。

一般的なスクレーパは回転せずに固定配置されるものが多いが、そのようなスクレーパではスクレーパ自体に掻き取った汚れ等が付着又は堆積し、短時間で掻き取り効果が低下する虞があり、故に頻繁に清掃を行う必要がある。しかし積極的に回転駆動するスクレーパの場合は、抜き取った汚れ等はスクレーパに付着せずに落下する可能性が高く、故にスクレーパの清掃頻度を大幅に低減することができる。なおスクレーパの材質としては、マグネット車輪の磁力の影響を受けない非磁性体であってある程度の耐摩耗性を有するものが使用可能であり、例えばステンレス鋼が好ましい。

本発明に係る検査用台車１０の支持部１４は、搭載された検査部１２と測定対象である配管等の曲率構造体表面との距離を調節するための調節機構を有することができる。ここで調節機構は、図１及び図３に示すような、図示しない検査対象物に当接するキャスタ、ボールローラ等の当接部材１５２、１５４、１５６及び１５８と、支持部１４に対する各キャスタの垂直方向距離すなわち高さを調節するボルト等の４つの調節部材（キャスタ１５２、１５６用の２つのみ示す）とを有する。なおキャスタの個数は適宜選択可能であるが、通常、検査部１２は底面視で略矩形形状を呈することが多いので、図示例のようにその支持部１４の底面において矩形の四隅に４つ設けられることが好ましい。またその場合、図３を概略図示した図６に示すように、対向する左右の車輪６０及び６０′の中心を結ぶ線上にキャスタ１５２、１５６が位置し、同様に対向する左右の車輸６２及び６２′の中心を結ぶ線上にキャスタ１５４、１５８が位置することが好ましい。このようにすると、車輪が検査対象物上の段差等に乗り上げると略同時にキャスタも段差に乗り上げることになるので、１つの段差を乗り越えるために複数回の振動や衝撃が生じることを避けることができる。

さらに、図６に示すように、キャスタの左右方向の間隔すなわちキャスタ１５２及び１５６（キャスタ１５４及び１５８）の間隔Ｓ１と、キャスタの前後方向の間隔すなわちキャスタ１５２及び１５４（キャスタ１５６及び１５８）の間隔Ｓ２とは、互いに等しい（すなわち４つのキャスタが正方形を呈する）ことが好ましい。このようにすると、検査用台車が配管の長手方向に走行している場合と、周方向に走行している場合とにおいて、検査部１２と配管表面の測定部位との間隔を等しくすることができ、検査精度の向上を図ることができる。

本発明に係る検査用台車によれば、配管等の曲率構造体の表面上をスムーズに旋回、走行することができる。しかし実際の検査対象物の裏面には溶接部や腐食等、様々な突起や凹みが存在していることが多く、故に検査用台車においては、そのような突起等に走行部が乗り上げたことに起因する振動が、走行部を介してセンサ等の検査部に及ぶことがある。またこれを防止するために、一部の従来の検査用台車ではスプリングを用いて走行部からの振動を緩和する構成が採用されているが、スプリングの微細な振動や、スプリング自体の固有振動と走行部から伝わる振動との共振等により、高精度の検査が困難となる場合がある。

そこで本発明に係る検査用台車は、図１〜図３に示すように、走行部からの振動や衝撃を吸収するためのダンパを有することができる。なおここでいうダンパとは、一般に振動や衝撃を吸収（減衰）するための装置を指し、粘性材料を利用した粘性ダンパ（オイルダンパ等のシリンダ型ダンパ）、ゲル等の粘弾性材料を利用した粘弾性ダンパ、ゴムやバネを利用した弾性ダンパ、鉛や低降伏点鋼を利用した弾塑性ダンパ（履歴ダンパ）、摩擦ダンパ、磁力ダンパ、電磁力ダンパ等を含む。以下に説明する実施形態ではその一例として、シリンダ型ダンパの一種であるショックアブソーバを利用している。

検査用台車１０は、支持部１４を構成する枠体の前後方向に対向する部材に一端が取り付けられ、他端が検査部１２の前後方向の部位に係合するブラケット１７０に取り付けられるショックアブソーバ１７２、１７４、１７６及び１７８を有する。各ショックアブソーバは内部にオイルや粘性流体を有し、急激な振動や衝撃に対しては大きな抵抗を生じるが、緩やかな力に対してはそれに応じて変位するように構成されている。支持部１４を構成する枠体と検査部１２のブラケットと係合されるショックアブソーバの最小必要ストロークは、検査用台車１０の車輪６０、６２と検査用台車１０の隙間と、検査対象表面に存在しうる溶接部や腐食等の凹凸の高さや深さを考慮したストロークを有するショックアブソーバ１７２、１７４、１７６、１７８を使うことが望ましい。またショックアブソーバの取り付け状態は、検査対象とする配管やフラットな面の検査時においてショックアブソーバのストロークに余裕があるように取り付けることが望ましい。

このようにショックアブソーバを取り付けることで、配管等の検査対象表面に溶接部や腐食等、様々な突起や凹みが存在していても、常に検査用台車１０をショックアブソーバのストロークにより検査用台車１０の下面に配置したキャスタ１５２及び１５６（キャスタ１５４及び１５８）を介して検査用台車１０を配管等の検査対象表面に押し付け状態で使うことができ、常に配管等の検査対象物と検査用台車１０の隙間を一定に保持することができる。また、このように支持部１４と検査部１２とをショックアブソーバで連結することにより、走行部１６、１８からの急激な又は高周波の振動等の影響が検査部１２に及ぶことを防止することができる。なお検査部１２は、上記ショックアブソーバ以外の手段によって支持部１４に固定されてもよいが、その場合検査部１２と支持部１４との間にゴム等の緩衝材を間挿させることが好ましい。

図示例ではダンパとしてショックアブソーバを用いているが、ショックアブソーバの代わりに或いはそれに加え、上述の他種のダンパを使用してもよい。但しダンパとして例えばゲルのような無負荷の状態で保形性を有さない材料を使用する場合は、ダンパと並列に設けられるスプリングを併用して、走行部と検査部との位置関係を維持するようにしてもよい。また上述のショックアブソーバ１７２、１７４、１７６、１７８をスプリングに代替することも可能である。

本発明の実施形態に係る検査用台車の外観斜視図である。 図１の検査用台車を別角度からみた外観斜視図である。 図１の検査用台車の底面図である。 マグネット車輪の構成例を示す図である。 （a）はマグネット車輪とスクレーパとの位置関係の概略図であり、（b）はマグネット車輪とスクレーパの回転方向が（a）とは逆の場合を示す図である。 車輪と調節機構との位置関係を模式的に示す図である。

１０ 検査用台車
１２ 検査部
１４ 支持部
１６、１８ 走行部
６０、６２ マグネット車輪
６４ モータ
９８、１００ スクレーパ
１２２、１２４ エッジ部
１５２、１５４、１５６、１５８ キャスタ
１６０、１６２ ボルト
１７２、１７４、１７６、１７８ ショックアブソーバ

Claims (5)

1. 磁性材料からなる曲率構造体の検査対象物を検査するための検査部と、
   前記検査部を支持する支持部と、
   前記支持部の左右方向両側に設けられ、前記検査対象物に磁着して該検査対象物上を走行可能な一対の走行部と、
   前記一対の走行部の各々を前記支持部に対して、前記左右方向に延びる軸線回りに旋回可能に連結する連結部と、
   曲率構造体の検査対象物と検査部との距離を一定に保つ機構とを有し、
   さらに前記一対の走行部の各々は、前記検査対象物に磁着して該検査対象物上を走行可能なマグネット車輪と、該マグネット車輪に当接しながら該マグネット車輪と同方向に回転する回転駆動式のスクレーパとを有することを特徴とする検査用台車。
2. 前記支持部は、前記検査部と前記検査対象物との距離を調節するための調節機構をさらに有し、この調節機構は、前記支持部の底面において、前記検査部の左右方向及び前後方向にそれぞれ平行な辺を有する矩形の四隅にそれぞれ配置されて前記検査対象物の表面に当接するように構成された４つの当接部材と、前記支持部に対する前記４つの当接部材の垂直方向距離を調節する調節部材とを有し、前記４つの当接部材のうち少なくとも２つは、前記一対の走行部の各々が有するマグネット車輪と略一直線をなすように配置されたことを特徴とする請求項１記載の検査用台車。
3. 前記４つの当接部材のうち左右方向に対向する２つの当接部材の距離と、前後方向に対向する２つの当接部材との距離とを互いに等しくしたことを特徴とする請求項２に記載の検査用台車。
4. 前記検査部と支持部との間に、ショックアブソーバを設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の検査用台車。
5. 前記検査部はショックアブソーバを介して前記支持部に連結されたことを特徴とする請求項４に記載の検査用台車。

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