JP5674419B2 - 自走式探傷装置 - Google Patents

Description

この発明は自走式探傷装置に関し、被検査物としての鋼材よりなる被検査物、例えば、橋梁等における鋼床版の下面を磁力に保持されつつ自走しつつ、トラフリブとデッキとの溶接部の亀裂検査等の探傷作業を行うことができるものである。

橋脚等の高架構造の道路の路面は鋼床版上にアスファルト舗装を施して構成される。鋼床版は所定の肉厚の鋼板（デッキ）よりなり、デッキの下面に補強のため、路面幅方向に等間隔をおいて複数配置され、各々が路面縦方向に延びる断面Ｕ型の型鋼であるトラフリブを溶接して構成される。鋼床版は車両のタイヤ部分が通過する部位（１車線あたり５０ｃｍ程度の幅の部分２ヶ所）を中心に荷重を繰り返し受けており、供用年数の経過によりデッキとトラフリブの溶接部に疲労亀裂が発生し得る。溶接部の疲労検査として精度の高い方法としては鋼床版におけるタイヤ通過部位において超音波のエコーにより探傷を行うものが従来より知られている。そして、橋脚等の高架構造の道路におけるデッキとトラフリブとの溶接部のように高所に位置する溶接部の超音波による探傷としては磁力により鋼床版の下面に吸引保持させつつタイヤ型超音波探触子をデッキとトラフリブとの溶接線に沿って転動させることで、超音波により溶接部探傷を行う移動型探傷具が提案されている（特許文献１）。
特開２００８−２４９５１０号公報

特許文献１の技術においては、溶接線に沿った探傷具の移動は手動操作である。そのため、鋼床版の下方に足場を架設し、その上での作業を行うことになり、暗所で高所狭隘部での作業は作業者の大きな負担となっていた。また、タイヤ型超音波探触子は内部に超音波の送受信部を備え、被検査物との接触部であるタイヤを介して超音波の送受信を行い、エコー解析により探傷を行うものであった。特許文献１の構造では超音波の送受信部が被検査物の表面の状態による車体の傾斜の影響を直接的に受け、超音波の方向が変化する。これが、測定精度に悪影響を及ぼすことがあった。また、特許文献１の構造は超音波の伝動経路にタイヤのゴム部分が介在しており、直接接触ではないためゴムの物性が超音波信号の伝達に影響を及ぼし、これが測定精度に影響を及ぼす懸念もあった。

以上より、作業者の負担が軽く、小型軽量で自走式の遠隔操縦による検査装置がこれまで希求されてきた。本発明では超音波プローブを被探傷部に直接金属接触させ、かつこの接触状態を被検査面の状態に関らず維持するようにすることで従来技術の問題点の解決を図ろうとするものである。また、超音波プローブを被検査面に直接金属接触させかつ自走式とする場合、溶接ビードなど凸部が超音波プローブに干渉し、走破できず作業が非効率になる、若しくは回避するための装置が別途必要となり構造複雑化する問題点があった。

本発明では、超音波プローブとして被探傷部に直接接触させ、かつこの接触状態を被検査面の状態に関らず維持し得る遠隔操縦型の小型自走式検査装置とすることで、従来技術の問題点の解決を図るものである。

この発明の自走式探傷装置は鋼材よりなる被検査物の探傷をその下面側から超音波によって行うものであって、自走型の車体と、車体を被検査物の下面に磁力により吸着保持する手段と、被検査物の下面に接触移動するべく車体に取り付けられる接触体と、接触体の位置調節手段と、前記接触体に設けられ、被検査物の下面に接触移動することにより超音波による被検査物の探傷を行う超音波プローブと、接触体に設けられ、車体の自走に際して被検査物の下面に対する接触体及び超音波プローブの接触を維持するべく接触体を被検査物下面に向けて付勢する弾性手段とを具備してなる自走式探傷装置とを具備してなる。

前記弾性手段は車体の移動方向に離間した部位で独立に作用するように配置され、一対のスプリングより構成することができる。そして、接触体は被検査物の下面に摺動移動するスレッドから構成することができ、前記一対のスプリングはスレッドの夫々の端部に設けられる。また、スレッドは移動方向における前端に被検査物から離間方向に曲折した曲折部を有することができる。

この発明によれば、車体の移動の際に、接触体及びそれに取り付けられた超音波プローブは弾性下で被検査物に対する直接接触（金属接触）を維持することができ、かつ移動方向に依存することなく、この直接接触状態を維持することができるため、超音波による探傷を高精度にて実施することができる。また足場架設し、その上で作業者が超音波プローブを被検査面に直接接触させることで検査を行うといった作業員の負担が非常に大きい暗所で高所狭隘部での作業を回避しつつ、溶接ビード等の凸部が被検査面にあってもこれを乗り越えるようにすることができ、自走式の作業を高効率にて行うことができる。

図１は鋼床版の構造を模式的に示す斜視図である。 図２はこの発明に係る超音波探傷用自走ロボットの正面図であり、鋼床版をその下面から探傷中の状態を示す。 図３は図１の溶接部の拡大図である。 図４はこの発明に係る超音波探傷用自走ロボットの側面図（図２のIV方向矢視図）である（以下の図１０まで鋼床版の図示は省略）。 図５はこの発明に係る超音波探傷用自走ロボットの平面図（図２のＶ方向矢視図）である。 図６は車輪を下にして上から見たこの発明に係る超音波探傷用自走ロボットの斜視図であり、超音波探傷部の構造を示している。 図７は車輪を下にして上から見たこの発明に係る超音波探傷用自走ロボットの斜視図である。 図８は図２に示す鋼床版の下面からの探傷中における超音波探傷プローブの取付部を車体の下からみて示す斜視図である。 図９は超音波探傷プローブの取付部を図８の上からみて示す斜視図である。 図１０は超音波探傷プローブの取付部の平面図（図９のＸ方向矢視図）である。 図１１は超音波探傷プローブの取付部の側面図（図２のXI方向矢視図）である。

以下本発明を橋梁等における鋼床版（本発明の被検査物）におけるデッキとトラフリブとの溶接部の検査について使用する場合について説明する。図１は鋼床版の構造を略示するもので、鋼床版は周知のように鋼板を素材とし、道路中心に沿った主桁リブ８に沿って間隔をおいて横リブ９を、上面にデッキ１０（上面がアスファルト舗装される）を配し、デッキ１０の下面における横リブ９間に路面幅方向に間隔をおいて各々が断面Ｕ字状でかつ路面長手方向に延びるトラフリブ１２を複数配して構成される。図２に示すようにトラフリブ１２の開口端（図２の上端）はデッキ１０の下面に溶接され、その溶接部（ビード）をＷにて示し（図２の溶接部Ｗは図３に拡大して示される）、溶接部Ｗはトラフリブ１２の長さ方向（図２の紙面直交方向）に延びている。デッキ１０及びトラフリブ１２は長さ方向には有限の長さであり、長さ方向に隣接するデッキ１０及びトラフリブ１２は路幅方向の図示しない溶接部（ビード）によって溶接されている。

符号１４はこの自走式探傷装置としての自走ロボットを示しており、デッキ１０の下面を磁力により吸引保持されつつ溶接部Ｗの方向（図２の紙面直交方向）に自走することにより溶接部Ｗの超音波による探傷を行うように構成されている。自走ロボット１４の車体は様々なパーツから構成されているが、説明の便宜上全体を１６にて示す。ロボット１４の走行方向における車体１６の片側における左右にタイヤ付の駆動輪１８が設けられ、反対側の左右に従動輪１９が設けられ、車輪18, 19はデッキ１０と平行な車軸を備える。駆動輪１８と側と従動輪とはベルト２０によって連結されている。駆動輪１８を駆動するための電動機ユニットを簡明のため全体を２１にて示す。電動機ユニット２１には電動機及び電動機の出力軸を駆動輪１８に伝達するギヤ等が設けられる。電動機は溶接部Ｗに沿った前後いずれの方向においても移動できるよう逆転可能に構成されている。また、電動機は図示しない電源ケーブルによって外部バッテリに接続され、電動機の駆動制御回路も外部に設けられ、外部からの有線操作によってロボット１４の操作制御が可能となっている。外部バッテリ化は電池大型化による早期消耗対策であるが、場合によっては電池内蔵も可能である。

車体１６は走行方向に対して片側に張出部16-1（図６及び図７等参照）を備えており、張出部16-1にはガイド輪取付部16-2が設けられ、ガイド輪取付部16-2は鋼床版の検査時にはトラフリブ１２の斜面12-1と平行（図２の紙面直交方向）となる。図５に示すようにガイド輪取付部16-2はロボット前後方向に離間する一対のガイド輪２２を備えている。ガイド輪２２は鋼床版の検査時にトラフリブ１２の斜面12-1と平行な車軸を備えており（図２も参照）、ロボット１４がデッキ１０面を転動する際にガイド輪２２はトラフリブ１２の斜面12-1上を転動することにより、溶接部Ｗに沿ったロボット１４の移動（図２の紙面直交方向）を補助するようになっている。

図２のデッキ１０に面して、車体１６に永久磁石２４（本発明の吸着保持手段）が設けられる。永久磁石２４は図７には一層明確に示されている。ロボット１４の走行に支障がないように永久磁石２４はデッキ１０からは離間位置しているが、その磁界の向きは鉛直方向を指向するようにされ、強力な磁力によりロボット１４をデッキ１０に効率的に吸引保持することができる。図７に示すように永久磁石２４は車体１６の重心若しくはその近くに位置しているため、本体の向きが何らかの原因でトラフリブに沿った向きから外れた場合にも重心軸の回りで回転させ、直進方向し易くなっている。また、車体１６のガイド輪取付部16-2にもその両端に補助の永久磁石２６が設けられ、永久磁石２６はその磁力によりガイド輪２２をトラフリブ１２の斜面12-1に当接せしめる方向に吸引し、ガイド輪２２の案内により被検査部である溶接部Ｗに沿ったロボット１４の移動をよりスムースとする役目を担う。

この発明においては超音波による探傷を被検査面との接触を維持しつつ行い、ロボットの車体に対してアタッチメント式取付けられた超音波探傷部２８が具備される。超音波探傷部２８は超音波探傷プローブ３０と、接触体（本実施形態では後述のスレッド３４）と、弾性手段（本実施形態では後述のスプリング４０）とを備える。超音波探傷部２８は摺動本体２７を備え、摺動本体２７は図６に示すように車体１６の張出部16-1における摺動溝16-3に対して矢印ａのように車幅方向（デッキ面と平行でかつリブと直交する方向）摺動可能に収容され、超音波探傷部２８も同方向ａに往復摺動可能となっている。摺動本体２７にはラック２９の一端が取り付けられ、ラック２９の他端は車体の張出部16-1におけるアジャストブロック16-4内に導入されると共にアジャストブロック16-4内に直交方向に配置した図示しないピニオン（ラック２９とで本発明の位置調節手段を構成する）に螺合している。ピニオンの軸端は図６に３１にて示すようにアジャストブロック16-4の上部より外部に幾分突出され、ピニオンの軸端３１には六角棒スパナとの係合部３１Ａが設けられ、ピニオンを外部よりの工具操作により前後に回すことによりラック２９及びこれに連結された摺動本体２７は矢印ａ方向に直線往復移動し、車幅方向における超音波探傷部２８、延いては超音波探傷プローブ３０の被探傷部に対する最適位置調整が可能となり、また、接触体としての後述スレッド３４及び弾性手段としてのスプリング４０も一緒に動くためこれらの適正機能を損なうことがない。

超音波探傷プローブ３０はデッキ１０の下面との接触を維持しながら移動することにより超音波による探傷を行う。即ち、超音波探傷プローブ３０からは超音波が図２の一点鎖線Ｌ（図３の拡大図も参照）のように斜め方向に発射され、これに接触されるデッキ１０の内部を伝播し、溶接部Ｗから反射され、反射波はデッキ１０内部を戻り、これに接触する超音波探傷プローブ３０を介して受信され、受信波（エコー）の解析により溶接部Ｗの探傷を行うことが可能である。即ち、図３の拡大図において溶接部Ｗにおける亀裂をＣにて表し、亀裂Ｃはトラフリブ１２とデッキ１０との溶接ルート部ｐからデッキ１０内部に進行してゆく。そのため、超音波探傷プローブ３０からＬのように斜め方向に発射される超音波により亀裂Ｃの的確な探傷が可能となる。他方、超音波による探傷に際しては原理的に超音波探傷プローブ３０とデッキ１０との接触維持は必要であるが、現実的には、被検査物としてのデッキ１０は避けられない幾分の傾斜やアンジュレーションが存在しており、そのままでは、車体の傾斜の影響を直接受けるため、超音波探傷プローブ３０とデッキ１０との面接触の維持が精度の高い検査のため必要である。また、長手方向に隣接するデッキ間には路面幅方向全長に溶接部（多くは凸部となっている）があり、本発明のように自走ロボットの場合にはこれが障害物となり得るため、これを確実に乗り越え得るようする手段が必要である。そこで、本発明においては超音波探傷プローブ３０による探傷を行いつつデッキ面の微妙なアンジュレーションや傾斜に関らず超音波探傷プローブ３０と被検査物としてのデッキ１０との面接触を確保し、また、溶接ビードのような凸部の乗り越えを可能とする構成としている。即ち、図８は本発明の探傷ロボットにおける超音波探傷プローブ３０の部分を示しており、超音波探傷プローブ３０は矩形のブロック状をなしており、摺動本体２７の矩形開口部27-1に幾分の隙間（ガタ）をもって嵌挿（遊嵌）され、超音波探傷プローブ３０は車体１６に対しては多少は上下・左右に相対移動可能となっている。超音波探傷プローブ３０内には周知のように超音波発信部と受信部とを備え、端面３０での超音波送受信により被検査物の探傷を行うことができる。そして、超音波探傷プローブ３０へ制御信号や電源供給のためのケーブル３２も具備される。摺動本体２７と上下方向に間隔をおいて超音波探傷プローブ取付板３３が配置され、超音波探傷プローブ３０は摺動本体２７から離間側において超音波探傷プローブ取付板３３の矩形開口部３３´を挿通されており、超音波探傷プローブ取付板３３を挿通した端部で超音波探傷プローブは超音波探傷プローブを包囲しかつ移動方向の前後に橇状に延びるスレッド（sled）３４に固定されている。スレッド３４が本発明の接触体を構成する。

図９に示すようにスレッド３４は上面（被検査物との接触面）が超音波探傷プローブ３０の被検査面との接触面３０´と面一となっている（図１１も参照）。また、スレッド３４は超音波探傷プローブ３０の側面にかしめ等の適当な手段で固定化されている（スレッド３４と超音波探傷プローブ３０の一体構造も場合によっては可能である）。摺動本体２７に対する超音波探傷プローブ３０の前記遊嵌構造は超音波探傷プローブ３０及びこれに固定されたスレッド３４をデッキ面の幾分の傾斜やアンジュレーションに追従して超音波探傷プローブ３０及びスレッド３４の姿勢を変えデッキ面に対するこれらの面接触を維持させる。更に、スレッド３４は超音波探傷プローブ３０を挟んでロボット前後方向（溶接部Ｗの検査のためのロボットの移動方向（図１０の矢印ｆ））の前後にＵ形状部（橇状部）34-1を備え、ロボット移動方向前後のＵ形状部34-1はスキーのように先端がデッキ１０面から離間方向に幾分曲折されている。図１０に示すように、スレッド３４はロボット移動方向ｆの左右に前後のＵ形状部34-1を連結するリンク部34-2を一体に成形しており、このリンク部34-2は図８及び図９に示すようにピン３６によって超音波探傷プローブ取付板３３に取付られている。更に、図８に示すように摺動本体２７からは車体移動方向に離間して２本のスプリングガイド棒３８が直立し、各スプリングガイド棒３８の一端は摺動本体２７に取り付けられ、他端は超音波探傷プローブ取付板３３に遊嵌されている。

また、スプリングガイド棒３８にはスプリング４０（本発明の弾性手段）が嵌挿され、スプリング４０は一端は摺動本体２７に他端は超音波探傷プローブ取付板３３に掛装されており、超音波探傷プローブ取付板３３を摺動本体２７から離間方向に付勢し、換言すれば超音波探傷プローブ取付板３３に取り付けられたスレッド３４及び超音波探傷プローブ３０はスプリング４０により車体から離間方向に付勢を受けている。そして、図２に示す探傷時には、スプリング４０はその弾性に抗して幾分縮むことにより超音波探傷プローブ３０はデッキ１０の下面にばねの縮みに応じた圧力下で接触する。そして、図１１に示すようにスプリング４０は検査のためのロボット移動方向ｆ（図２の紙面直交方向に対応）に離間して２個設けられているため、デッキ面の幾分の傾斜やアンジュレーションがあっても前後の２個のスプリング４０の個別的な縮みによりこれに追随し、超音波探傷プローブ３０及びスレッド３４の姿勢を自動修正し、いずれの方向の移動であってもスレッド３４及び超音波探傷プローブ３０が移動方向の前後に適宜傾くことで姿勢が調整され、非検査麺の傾斜やアンジュレーションに関らず超音波探傷プローブ３０と検査面との面接触（金属接触）が維持され、ロボット移動時にスレッド３４が被測定面に対して円滑に滑ることによりスレッド３４に支持された超音波探傷プローブ３０の被測定面に対する接触を維持し、溶接部Ｗの高精度での探傷検査を実現することができる。そして、長手方向における隣接デッキ１０の接続部のようなロボット移送方向の凸状障害物（図１１の紙面では直交方向に位置している）に対しては、超音波探傷プローブ３０を支持するスレッド３４は移動方向（矢印ｆ）における両端にデッキ面から離間する方向にスキー先端様に曲折されたＵ形状部34-1を備えているため、いずれの方向の移動であっても自力で凸部を乗り越えることができ、自走ロボットによる作業を中断することなく継続することができる。

１０…デッキ
１２…トラフリブ
１４…自走ロボット
１６…車体
16-3…摺動溝
18, 19…車輪
24, 26…永久磁石
２７…摺動本体２７
２８…超音波探傷部
２９…ラック（ピニオンとで本発明の位置調節手段を構成）
３０…超音波探傷プローブ
３１…ピニオンの軸端
３３…超音波探傷プローブ取付板
３４…スレッド（本発明の接触体）
34-1…スレッドのＵ形状部（本発明の曲折部）
３８…スプリングガイド棒
４０…スプリング（本発明の弾性手段）
Ｗ…溶接部（ビード）

Claims (1)

1. 鋼材よりなる被検査物の下面側からの超音波による自走式探傷装置であって、自走型の車体と、車体を被検査物の下面に磁力により吸着保持する手段と、超音波探傷部とを具備して成り、前記超音波探傷部が、被検査物の平坦状の下面に接触移動するべく車体に取り付けられ、被検査物の下面に対し摺動移動するスレッドと、車幅方向へのスレッドの位置調節手段と、前記スレッドに設けられ、被検査物の下面に接触移動することにより超音波による被検査物の探傷を行う超音波プローブと、スレッドに設けられ、車体の自走に際して被検査物の下面に対するスレッド及び超音波プローブの接触を維持するべくスレッドを被検査物下面に向けて付勢する弾性手段とを具備し、前記超音波探傷部は、更に、外部からの工具の操作により車体に対し車幅方向に摺動自在に取り付けられた摺動本体を具備しており、前記摺動本体にスレッド及び超音波プローブ及び弾性手段が取り付けられていて、車幅方向における前記位置調整のための移動の際にスレッドと一体に超音波プローブ及び弾性手段が移動するようにされ、弾性手段は、車体の移動方向に離間した部位に配置され、摺動本体に対しスレッドを車体の移動方向に離間した部位において独立に被検査物下面に向けて付勢し、スレッドの夫々の端部に超音波プローブを挟んで設けられた一対のコイル状のスプリングより成り、スレッドは超音波プローブの被検査物対向面と面一に被検査物に沿って延びる平坦部と、移動方向における前端に被検査物から離間方向に曲折した曲折部とを有し、かつ超音波プローブは矩形断面形状をなし、被検査面の幾分の傾斜やアンジュレーションの存在に関わらず面接触を維持するように摺動本体の矩形開口部に幾分の隙間をもって嵌挿されている自走式探傷装置。

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