JP5954241B2 - 金属板用自走式検査装置および検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、屋内位置測定システムを用いた金属板用自走式検査装置および検査方法に関する。

従来、鋼板等の金属板の品質を保証するために、鋼板等の傷や内部欠陥を、超音波探傷にて検査することが行われている。例えば、生産ラインの送りローラ上を搬送される鋼板等の金属板に、複数個並列に並べられた超音波探傷ヘッドを接触させて検査し、生産ラインから外れた鋼板等の金属板に超音波探傷を接触させて、人手により走査させて検査している。

超音波探傷ヘッドは探傷ケーブルで超音波探傷器と接続され、超音波探傷ヘッドで探索された出力が超音波探傷器に入力され、その出力がデータ処理装置に入力されて処理され、傷の有無が探査される。また、鋼板等の金属板の探傷面には、超音波の媒体としての水が散水される。したがって、この検査方法では、金属板の全面が水で濡れて滑り易い状態となり、検査員が段差がある金属板上を移動する際に転倒する危険性がある。

このような危険性を回避するために、自動探傷装置（自走式検査装置）が開発されている。最も単純なものは、金属板上を移動できる装置に探傷ヘッドを搭載したものがある。このような検査装置では被検査板の全面を走査するのに被検査板の周囲にリブ板等を取り付ける必要がある。

また、特許文献１に開示された自動探傷装置は、図２２に示すように、履帯台車８はキャタピラー状の履帯８ａで走行し、横方向に移動する際は、横方向移動車輪８ｂで走行する。履帯台車８の前後には金属板端縁検出センサ２ｂが設けられ、ガイドレールに金属板上の傷を検査する探触子２ａが設けられている。履帯台車８は金属板１の端縁に設けられたメジャーＡと金属板１の基準点Ｐに設けられた伸縮自在メジャーＢによって探査位置が算出できるようになされている。

また、自走する検査装置の位置を測定する手法としては、誘導線を走行経路に設置する方法、走行経路の床面や天井面をテレビカメラで撮影して、その映像を画像処理する方法、ジャイロセンサを搭載して、走行速度と角速度を高速に積算して、現在位置を算出する方法が広く知られている。

特開平５−１７２７９８号公報

特許文献１の探傷装置は、履帯台車８の走行方向に対して直交する方向に台車の幅以上を走査し得る探触子２ａが履帯台車８の前後に備えられている。履帯台車８には、位置測定のためのメジャーが常に接続されており、走行距離に合わせてメジャーを引出しながら位置計測を行わねばならない煩わしさがあり、メジャーの測定距離が長くなるにつれて相対的に位置測定分解能が劣化し、測定精度が著しく低下する欠点がある。さらに、特許文献１の技術は、金属板全面と探傷ピッチを変えて部分的に探傷を行うものであり、金属板の外周を探傷することはできない欠点がある。

また、特許文献１の探傷装置は、縦方向はキャタピラー状の履帯８ａで走行し、横方向に移動する際は、横方向移動車輪８ｂが降下し、必要な距離だけ探傷装置を横方向に移動させる。つまり、装置の縦方向及び横方向の進行方向は設置状態により決定され、それ以外の方向への進行方向の微調整は困難であるため、各種外乱に対して目標走行ルートに対する直進性を確保できない欠点があり、最悪の場合、所定の探傷範囲を逸脱する可能性がある。

また、その他の技術でも、以下のような問題がある。すなわち、誘導線を用いる位置検出方法では、被検査板が金属板である場合には、誘導線を設置することができない欠点がある。画像処理を用いる位置検出方法では、被検査対象の金属板の情報を被検査対象が変わる毎に金属板にマーキングを書き込み、検査作業が終了後にマーキングを消す作業を行わねばならないので、煩雑である。被検査板に上方に画像処理用マークを施して位置検出する方法では、通常このような製造工場では天井にクレーンが走行しており、画像処理用マークを使用できない場合が多い。ジャイロセンサを用いて位置を検出する場合は、角速度を積算して位置を算出しており、時間の経過とともに位置計算に誤差が生じる欠点がある。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、金属板のマーキングや画像処理用のマークを用いることなく、金属板上の台車の位置を簡便にかつ高精度で把握することができ、金属板の外周も検査することができ、目標走行ルートに対する直進性を確保することができる金属板用自走式検査装置および検査方法を提供することを課題とする。

（１）三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う屋内位置測定システムを用いて、金属板を検査する金属板用自走式検査装置であって、
正転・逆転可能な４つの車輪と、前記車輪を回転駆動するとともに、前記車輪を各々独立に、９０°以上旋回駆動する駆動部とを有し、金属板面を走行する台車と、
前記台車に装着され、前記屋内位置測定システムを構成し、屋内位置測定システム信号を発信または受信する航法用信号発信機もしくは航法用信号受信機と、
前記台車に設けられた、金属板の傷を検査する検査用センサと、
前記屋内位置測定システム信号を用いて認識した自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止、および前記各車輪の旋回を指示し、前記台車に、左右移動、斜め移動、前後移動、またはその場での旋回をさせ、前記台車を所定の目標位置に自律走行させる制御手段と
を具備することを特徴とする金属板用自走式検査装置。

（２）前記屋内位置測定システムはＩＧＰＳであり、前記台車に装着された航法用受信機が、前記ＩＧＰＳの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを受信してこの回転ファンビームを前記屋内位置測定システム信号としてのＩＧＰＳ信号として認識するものであることを特徴とする（１）に記載の金属板用自走式検査装置。

（３）前記屋内位置測定システムはレーザ三角測量技術を用いたものであり、前記台車に装着された航法用送信機がレーザを投光および受光する機能を有するレーザ三角測量として構成され、投光したレーザを１つ以上のリフレクタで反射させ、反射光を前記屋内位置測定システム信号として受光することを特徴とする（１）に記載の金属板用自走式検査装置。

（４）前記検査用センサは、検査対象である金属板と近接して走査する探触子を有し、前記探触子は前記台車が走行する金属板面に沿って、少なくとも１軸方向に移動可能に前記台車に取り付けられ、前記探触子を、前記台車を自律走行させる制御手段と連動し、または独立して、位置制御するアクチュエータをさらに具備することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の金属板用自走式検査装置。

（５）前記駆動部は、前記各車輪に対応して設けられ、前記各車輪を回転駆動する第一の駆動系と、前記台車が走行する金属板面と直行し、かつ前記各車輪に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、前記車輪を９０°以上旋回駆動することが可能な第二の駆動系とにより構成されることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の金属板用自走式検査装置。

（６）前記台車に設けられ、検査対象である金属板のエッジを検知するためのエッジ検知用センサをさらに具備することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の金属板用自走式検査装置。

（７）三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う屋内位置測定システムを用いた金属板用自走式検査方法であって、
正転・逆転可能な４つの車輪と、前記車輪を回転駆動するとともに、前記車輪を各々独立に、９０°以上旋回駆動する駆動部とを有する台車に、前記屋内位置測定システムを構成し、屋内位置測定システム信号を発信または受信する航法用信号発信機もしくは航法用信号受信機と、金属板の傷を検査する検査用センサとを装着し、
前記屋内位置測定システム信号を用いて認識した自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止、および前記各車輪の旋回を指示して、前記台車に、左右移動、斜め移動、前後移動、またはその場での旋回をさせ、前記台車を所定の目標位置に自律走行させて検査を行うことを特徴とする金属板用自走式検査方法。

（８）前記屋内位置測定システムはＩＧＰＳであり、前記台車に装着された航法用受信機が、前記ＩＧＰＳの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを受信してこの回転ファンビームを前記屋内位置測定システム信号としてのＩＧＰＳ信号として認識するものであることを特徴とする（７）に記載の金属板用自走式検査方法。

（９）前記屋内位置測定システムはレーザ三角測量技術を用いたものであり、前記台車に装着された航法用送信機がレーザを投光および受光する機能を有するレーザ三角測量として構成され、投光したレーザを１つ以上のリフレクタで反射させ、反射光を前記屋内位置測定システム信号として受光することを特徴とする（７）に記載の金属板用自走式検査方法。

（１０）前記検査用センサとして、金属板と近接して走査する探触子を有するものを用い、前記探触子を前記台車が走行する金属板面に沿って、少なくとも１軸方向に移動可能に前記台車に取り付け、前記探触子を、前記台車を自律走行させる制御手段と連動し、または独立して、アクチュエータにより位置制御することを特徴とする（７）〜（９）のいずれかに記載の金属板用自走式検査方法。

（１１）前記駆動部は、前記各車輪を回転駆動するとともに、前記台車が走行する金属板面と直行し、かつ前記各車輪に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、前記車輪を９０°以上旋回駆動することが可能であることを特徴とする（７）〜（１０）のいずれかに記載の金属板用自走式検査方法。

（１２）前記台車に検査対象である金属板のエッジを検知するためのエッジ検知用センサを設け、前記エッジ検知用センサにより金属板のエッジを検知しながら前記台車を金属板のエッジに沿って走行させることを特徴とする（７）〜（１１）のいずれかに記載の金属板用自走式検査方法。

本発明によれば、三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う屋内位置測定システムを構成し、屋内位置測定システム信号を発信または受信する航法用信号発信機もしくは航法用信号受信機を、金属板の傷を検査する検査用センサを備えた台車に設置し、屋内位置測定システム信号を用いて自己位置を認識するので、金属板のマーキングや画像処理用のマークを用いることなく、金属板上における台車の位置および角度を高精度で認識することができる。また、そのように認識した自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて車輪の正転・逆転・停止を指示して台車を所定の目標位置に自律走行させるので、金属板の外周も検査することができ、また、目標走行ルートに対する直進性を確保することができる。

本発明の第１の実施形態に係る屋内位置測定システムを用いた金属板用自走式検査装置を含む全体システムの概略構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る屋内位置測定システムを用いた金属板用自走式検査装置を含む全体システムの概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る屋内位置測定システムを用いた金属板用自走式検査装置を含む全体システムのブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置に用いられる台車を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置に用いられる台車を示すＡ−Ａ線による水平断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置に用いられる台車を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置に用いられる台車の駆動部を拡大して示す断面図である。 金属板用自走式検査装置の走行方向を決定するステアリングパターンを説明するための説明図である。 金属板の位置および姿勢情報を取得する手法を説明するための図である。 金属板の位置および姿勢情報を取得する際のシステム構成を示す図である。 金属板の位置および姿勢検出のためのフローチャートである。 金属板の位置および姿勢検出の作業フローにおける板端の測定点に基づいて設定する座標系を示す図である。 目標検査位置および検査経路の設定方法のフローチャートである。 ＪＩＳＧ０８０１圧力容器用鋼板の超音波探傷検査方法の７．６探傷箇所（走査箇所及び範囲）に規定される走査区分および探傷箇所を説明する図である。 探傷において得られる一次情報であるＡスコープ、Ａスコープと走査位置の情報と紐付けて被探傷材の垂直断面に関するマップ化表示を行ったＢスコープ、水平断面に関するマップ化表示を行ったＣスコープの概念図である。 金属板内部に存在するきず（欠陥）の例を示す図である。 図１６に示した金属板内部のきず（欠陥）の配置を金属板平面上でマップ化処理して表示した例を示す図である。 きず（欠陥）の深さ方向位置の情報を追加して、金属板内部のきず（欠陥）の配置を厚み方向にも把握した例を示す図である。 四周辺探傷時の台車の動きを説明するための説明図である。 金属板内部探傷時の台車の動きを説明するための説明図である。 金属板四周辺探傷および内部の検査を行った場合の検査位置および経路を示す図である。 従来の技術を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る屋内位置測定システムを用いた金属板用自走式検査装置を含む全体システムの概略構成を示す斜視図、図２は本発明の第２の実施形態に係る屋内位置測定システムを用いた金属板用自走式検査装置を含む全体システムの概略構成を示す斜視図、図３は本発明の第１の実施形態に係る屋内位置測定システムを用いた金属板用自走式検査装置を含む全体システムの概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置を用いる場合の全体システム１００は、屋内位置測定システム２００と、第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置３００とを有する。

屋内位置測定システム２００は、三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う屋内位置測定システムのうち、金属板用自走式検査装置３００側に航法用受信機を搭載する例として、ＩＧＰＳを用いている。具体的には、屋内位置測定システム２００は、複数の航法用送信機１１と、航法用受信機１２と、位置演算用ソフトウェアを含むホストコンピュータ１３とから構成される。

第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置３００は、金属板１０上を走行する台車１４と、台車１４に設けられた上記航法用受信機１２および検査用センサである探触子を備えた探傷ヘッド３５を含む検査機器１５と、台車１４を所定の目標位置に自立走行させるためのソフトウェアを含む上記ホストコンピュータ１３とから構成される。

一般に、衛星航法システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）は３つ以上のＧＰＳ人工衛星を用いてＧＰＳ受信機の位置に符合する３次元座標値（以下、「座標値」という）を認識及び決定する装置であり、このような概念を屋内に適用した屋内位置測定システムがＩＧＰＳ（Ｉｎｄｏｏｒ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）である。ＩＧＰＳについては、米国特許第６，５０１，５４３号明細書に詳細に記載されている。

屋内位置測定システム（ＩＧＰＳ）２００においては、各航法用送信機１１は、２つの回転ファンビーム（扇形ビーム）を射出する。回転ファンビームはレーザファンビームであってもよく、他の光放射手段であってもよい。航法用受信機１２は送信機から射出される回転ファンビームを受信して、多数の送信機からの相対的位置を把握できるようになっている。このとき、回転ファンビームは所定の角度でずれており、これを受信する受信機の座標値、すなわち、位置または高さを測定することができる。航法用受信機１２における受信情報はホストコンピュータ１３に無線伝送され、ホストコンピュータ１３により、三角測量の原理に従って、航法用受信機１２の位置を演算する。したがって、航法用受信機１２の位置をこのような手法で演算することにより、航法用受信機１２を搭載した走行中の台車１４の現在位置、姿勢情報をリアルタイムで得ることができる。

一方、図２に示すように、第２の実施形態に係る金属板用自走式検査装置を用いる場合の全体システム１００′は、屋内位置測定システム２００′と、第２の実施形態に係る金属板用自走式検査装置３００′とを有する。

屋内位置測定システム２００′は、ＩＧＰＳとは逆に、三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う屋内位置測定システムのうち、金属板用自走式検査装置３００′側に航法用送信機を搭載する例として、オフィスビル内を自律走行する清掃ロボットに搭載されたレーザ三角測量技術を用いている（例えば、http://robonable.typepad.jp/news/2009/11/25subaru.html参照）。具体的には、屋内位置測定システム２００′は、台車１４の上部に設置した航法用送信機１２′と、複数のリフレクタ１１′と、位置演算用ソフトウェアを含むホストコンピュータ１３とから構成される。

第２の実施形態に係る金属板用自走式検査装置３００′は、金属板１０上を走行する台車１４と、台車１４の上部に設けられた上記航法用送信機１２′と、検査用センサである探触子を備えた探傷ヘッド３５を含む検査機器１５と、台車１４を所定の目標位置に自立走行させるためのソフトウェアを含む上記ホストコンピュータ１３とから構成される。

本実施形態では航法用送信機１２′はレーザ三角測量として構成され、台車１４の自律走行は、レーザ三角測量である航法用送信機１２′と、例えば壁面に設置したリフレクタ１１′により行う。航法用送信機１２′を構成するレーザ三角測量は台車１４の上部に設けられ、レーザを投光および受光する機能を有する。そして、航法用送信機（レーザ三角測量）１２′から３６０°レーザＬを投光し、リフレクタ１１′からの反射光を屋内位置測定システム信号として受光し、反射光が戻ってくるまでの時間からそれまでの距離を、角度から各リフレクタ１１′の方向をそれぞれ認識し、事前に登録したリフレクタの座標位置と比較することで位置や方向を算出することが可能となる。

第１の実施形態の金属板用自走式検査装置３００と、第２の実施形態の金属板用自走式検査装置３００′とは、台車１４に航法用受信機１２が設けられているか、または航法用送信機１２′が設けられている違いだけであるので、以下の説明は、台車１４に航法用受信機１２を搭載した第１の実施形態に係る金属板用自走式検査装置３００を用い、屋内位置測定システム（ＩＧＰＳ）２００を用いた場合について説明する。

ホストコンピュータ１３は、図３に示すように、上述した航法用受信機１２の位置を演算するための現在位置演算用ソフトウェア１６と、目標検査位置、経路情報を設定し、また台車１４からの検査データ、検査位置情報を評価する設定・評価ソフトウェア１７とを有する。

図３に示すように、台車１４は、上述した屋内位置測定システム２００の一部である航法用受信機１２と、上述した探傷ヘッド３５を含む検査機器１５と、搭載コンピュータ２１と、金属板１０のエッジを検知するエッジ検知用センサ２２と、ＩＯボード２３と、走査用アクチュエータ２４と、コントローラおよびドライバを含む駆動制御部２５と、走行するための車輪２６と、車輪駆動用および旋回用の車輪用モータ２７とが本体に取り付けられた状態で構成されている。

台車１４は、目標ルートに沿って自律走行する機能と、金属板１０の検査を行う機能の２つの機能を有する。

前者の機能については、先に説明した屋内位置測定システム２００の一部である航法用受信機１２、搭載コンピュータ２１、駆動制御部２５、車輪２６、および車輪用モータ２７が担う。すなわち、前述のホストコンピュータ１３における演算結果である台車の現在位置、姿勢情報および目標検査位置に関する情報は、それぞれ無線通信により台車に搭載された搭載コンピュータ２１に無線伝送され、搭載コンピュータ２１において目標検査位置に対する現在位置の偏差を演算する。同偏差のうち台車本体の位置および姿勢に依存する偏差が０となるように、駆動制御部２５から車輪用モータ２７に制御信号を出力して、車輪２６の速度、ステアリング角度のフィードバック制御を行うことで目標走行ルートに沿った自律走行を行う。

後者の機能については、金属板１０と接触させて検査を行う探触子（検査用センサ）を備えた探傷ヘッド３５を含む検査機器１５、検査用センサである探触子を含む探傷ヘッド３５を水平方向に走査するための走査アクチュエータ２４、搭載コンピュータ２１、および駆動制御部２５が担う。すなわち、搭載コンピュータ２１においてホストコンピュータ１３からの目標検査位置と現在台車位置情報より、検査機器１５の構成要素である探触子を含む探傷ヘッド３５を走査する走査アクチュエータ２４の必要走査量を演算し、駆動制御部２５はその必要走査量分だけ走査アクチュエータ２４を走査させる。走査アクチュエータ２４の位置情報は搭載コンピュータ２１にフィードバックされ、台車現在位置情報と合わせて検査位置情報として演算される。検査機器１５における検査データは検査機器からＩＯボード２３を介して搭載コンピュータ２１に取り込み、検査位置情報と合わせて、ホストコンピュータ１３に無線送信する。このとき、走査アクチュエータ２４は、台車１４を自立走行させる制御と連動して探触子の位置制御をしてもよいし、台車１４の自立走行と独立して探触子の位置制御をしてもよい。

次に、本発明に係る金属板用自走式検査装置の主要部をなす台車１４の物理的な構成について説明する。図４は台車１４の側面図、図５はそのＡ−Ａ線による水平断面図、図６はその正面図である。また、図７はその駆動部を拡大して示す断面図である。

台車１４は、台車本体３１を有しており、台車本体３１は、上段部３１ａ、中段部３１ｂ、下段部３１ｃに分かれている。

上段部３１ａには、上述した航法用受信機１２、搭載コンピュータ２１、ＩＯボード２３の他、検査機器１５の一部をなす超音波探傷器３２および無線通信ユニット３３が設けられている。

中段部３１ｂには、水供給手段としての水タンク３４が設けられている。超音波探傷による金属板１０の検査を行う場合には、探触子と金属板１０との間は常時水で満たしておく必要があるため、水タンク３４から水供給用ホース（図示せず）を介して、探触子と金属板との間に常時水を供給する。なお、水タンクの容積には限界があるので、水源を外部に設けてホースで供給するようにしてもよい。

下段部３１ｃには、その周囲に設けられたエッジ検知用センサ２２、走行用の車輪２６、駆動制御部２５、車輪用モータ２７としての駆動用モータ２７ａおよび旋回用モータ２７ｂ、検査機器１５の一部をなす探傷ヘッド３５、エッジ検知用センサコントローラ３７、ならびにバッテリー３８が設けられている。

探傷ヘッド３５は、検査用センサである探触子を有しており、探傷ヘッド支持機構３６により支持されている。探傷ヘッド３５は、探傷ヘッド支持機構３６を介して垂直軸３９に取り付けられており、垂直軸３９は垂直レール４０に沿って垂直方向に移動可能となっている。また、垂直軸３９は取付部４１により水平レール４２に取り付けられており、水平レール４２は走査アクチュエータ２４（図４、５、６では図示せず）により水平走査軸４３に沿って走査される。

エッジ検知用センサ２２は、典型的には、渦流式センサにより構成されており、これにより、金属板１０上を台車１４が自律走行している際に板端を検知し、台車１４が金属板１０からはみ出して落下することを防止する。また、これと同時にエッジ検知用センサ２２は、四周辺探傷時の板端の探傷において、板端に沿って走行するためのセンサとして用いられる。例えば、図５に示すように、探傷ヘッド３５が設置されている側の辺については、２つのエッジ検知用センサ２２が探傷ヘッドと同一線上となるように設置されており、２つのエッジ検知用センサ２２が常に板端を検出するように台車１４の走行方向を制御することにより、板端に沿った検査が可能である。また、探傷ヘッド３５が設置されていない側の辺についても、同様に左右各２つのエッジ検知用センサ２２が配置されている。

車輪２６は、台車１４の底部に各々独立に９０°以上旋回可能に４つ設置されており、これらによる全方向制御が可能である。複数の車輪用モータのそれぞれの符合するモータエンコーダ（図示せず）を用いてモータの作動状態を検出した後、検出された信号を用いて通常のロボットの制御に用いられる全方向制御が行われるようになる。

駆動部５０は、各車輪を独立して駆動するもので車輪毎に４つ設けられており、それぞれ、図７示すように、車輪用モータ２７として、車輪駆動用モータ２７ａとステアリングのための旋回用モータ２７ｂとを有する。ステアリングのための旋回用モータ２７ｂの軸にはピニオンギア５１が取り付けられており、そのピニオンギア５１をステアリングターンテーブル５２の外円周縁のラックギア５３に噛合されている。

ステアリングターンテーブル５２の上部には車輪駆動用モータ２７ａのハウジング（図示せず）が装着されており、車輪駆動用モータ２７ａの減速ギアの出力回転軸５４がステアリングターンテーブル５２を通過して下方に延びている。出力回転軸５４の下端には、第１交差軸ギア５５が結合されている。第１交差軸ギア５５には第２交差軸ギア５６が噛合されており、第２交差軸ギア５６は車輪２６の軸部材５７に結合されている。軸部材５７は、ステアリングターンテーブル５２から下方に延びた懸架構造５８により回転可能に支持されている。

したがって、駆動用モータ２７ａにより各車輪２６が回転され、旋回用モータ２７ｂにより車輪２６がステアリングターンテーブル５２および懸架構造５８とともに旋回されるようになっている。車輪駆動用モータ２７ａは、車輪を正転・逆転させることができ、旋回用モータ２７ｂは、台車１４が走行する金属板面と直行し、かつ車輪２６に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに９０°以上旋回することができるようになっている。

次に、金属板用自走式検査装置の走行方向を決定するステアリングパターンを説明する。図８はそのステアリングパターンを説明するための説明図である。（ａ）は左右移動、（ｂ）は斜め移動、（ｃ）は前後移動、（ｄ）は超信地旋回のステアリング状態である。なお、超信地旋回とは、油圧ショベルや戦車など履帯（クローラー）を持つ車輌が左右のクローラーを同速度で互いに反対に回転させることによって、移動することなく車体の向きを変えることをいう。

次に、第１の実施形態に係る屋内位置測定システム（ＩＧＰＳ）を用いた金属板用自走式検査装置３００における検査動作について説明する。
最初に、目標検査位置および検査経路の設定の前過程における、金属板の位置および姿勢情報の取得について説明する。図９は金属板の位置および姿勢情報を取得する手法を説明するための図、図１０はその際のシステム構成を示す図である。

これらの図に示すように、ここでは屋内位置測定システム２００の航法用受信機１２を取り付けた金属板位置および姿勢検出用治具６０の接触式プローブ６１を、測定ターゲットである金属板１０の隅位置にあてがってその位置測定を行う。その際の接点座標を高精度に測定するため、航法用受信機１２と接触式プローブ６１の幾何学的位置関係は通常±５０マイクロメートル以内の高い精度で決定している。屋内位置測定システム２００において、航法用受信機１２の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および姿勢（θx,θy,θz）の情報が得られるため、航法用受信機１２と接触式プローブ６１との位置関係が決まっていれば、航法用受信機１２の位置情報を接触プローブ位置での位置情報に換算する演算を行うことができる。

図１１は金属板の位置および姿勢検出のためのフローチャート、図１２は金属板の位置および姿勢検出の作業フローにおける板端の測定点に基づいて設定する座標系を示す図である。まず、屋内位置測定システムを構成するホストコンピュータにおける操作画面において、金属板の端縁位置検出モードを選択する（工程１）。続いて金属板位置及び姿勢検出用冶具を用いて、原点の板端隅（コーナ）として、測定点Ａ位置を測定する（工程２）。続いて、測定点Ａと圧延方向に隣り合う板隅（コーナ）として、板端測定点Ｂ位置を測定する（工程３）。続いて測定点Ａと対角板隅（コーナ）として、板端測定点Ｃ位置を測定する（工程４）。このようにして金属板の４隅（コーナ）のうち、少なくとも３隅（コーナ）において端縁位置を検出した上で、同３点を隅（コーナ）に含む矩形形状を演算することにより、金属板の位置および姿勢を検出することができることから、上記測定点Ａ（原点）、Ｂ、Ｃの測定位置座標データを３隅（コーナ）に含む矩形形状を仮定した場合の金属板の位置と姿勢をホストコンピュータにて演算し、測定点Ａを原点とし、測定点ＡからＢへのベクトル方向をＸ方向、それと直行する方向をＹ方向とする座標系を設定する（工程５）。なお、本座標系は以降、金属板座標系と称する。

なお、金属板は必ずしも矩形状ではないため、そのような場合を想定し、金属板の４隅を線上で結ぶ４角形状として、金属板の位置および姿勢を検出するようにしてもよい。

なお、第２の実施形態の場合には、屋内位置測定システム２００′のレーザ三角測量で構成される航法用送信機１２′を取り付けた金属板位置および姿勢検出用治具に上記の接触式プローブ６１設け、それを測定ターゲットである金属板１０の隅位置にあてがってその位置測定を行えばよい。

次に、目標検査位置および検査経路の設定方法について説明する。図１３は目標検査位置および検査経路の設定方法のフローチャートである。上述したように金属板座標系を設定した後、ホストコンピュータにおける設定・評価ソフトウェア１７において、金属板の目標検査位置設定モードを選択し（工程６）、工業規格、顧客との契約に基づき金属板の検査パターンを選択する（工程７）。引き続き、ソフトウェア上において、金属板四周辺の探傷については、探傷箇所、ピッチ、回数を指定し（工程８）、鋼板内部の探傷については、探傷箇所、探触子の走査方向、ピッチを指定する（工程９）。同指定と金属板の位置および姿勢情報に基づきソフトウェアは金属板座標系において目標検査位置および検査経路を決定する（工程１０）。

検査パターンの例として、図１４に、ＪＩＳＧ０８０１圧力容器用鋼板の超音波探傷検査方法の７．６探傷箇所（走査箇所及び範囲）に規定される走査区分および探傷箇所を説明する図を示す。同規格においては、探傷箇所としては、金属板の四周辺および鋼板内部の探傷が指定されており、四周辺については探傷ピッチ、鋼板内部については探傷ピッチおよび走査方向に関して指定がある。このような金属板の検査に関しては、ＪＩＳに限らず、海外規格含め様々な規格が存在する上、最終的には顧客との契約に基づく検査を実施する必要があるため、上記検査パターンの選択においては、必要に応じて事前に検査パターンを設定するためのソフトウェアを準備しておくことで顧客の要求に応じた柔軟な対応が可能となる。

図１５は、探傷において得られる一次情報であるＡスコープ、Ａスコープと走査位置の情報と紐付けて被探傷材の垂直断面に関するマップ化表示を行ったＢスコープ、水平断面に関するマップ化表示を行ったＣスコープの概念図である。Ａスコープは、探傷における一次情報として得られるものであり、エコーピーク高さより「きずの程度」、超音波伝搬時間より「きずの深さ方向位置」の情報を抽出可能である。

ＪＩＳＧ０８０１圧力容器用鋼板の超音波探傷検査方法における「９．きずの分類及び評価」には、エコーピーク高さに基づく「きずの程度」の判定方法を規定しているが、「きずの深さ方向位置」の表示に関しては規定が無いのが現状である。しかし、Ａスコープの超音波伝搬時間より「きずの深さ方向位置」の情報を抽出可能である。品質保証、顧客の要求に応じた柔軟な対応のためには「きずの深さ方向位置」も含め、製品である鋼板内の３次元なきずの分布を把握しておく必要がある。

探触子を目標検査位置および検査経路に走査させる際に、探触子の現在位置を同定しながら検査し、金属板平面上での検査位置情報と関連付けられた探傷情報を得ることにより、欠陥の位置を正確に把握することができる。例えば、金属板内部に、図１６に示すようなきず（欠陥）が存在する場合に検査位置情報と関連付けられた探傷情報に基づき、図１７に示すように、金属板の内部のきず（欠陥）の配置を、金属板平面上でマップ化処理し、表示することにより、きず（欠陥）の平面的な配置を可視化することができ、欠陥の把握を容易に行うことができる。また、「金属板平面上」での検査位置情報と関連付けられた探傷情報に、超音波伝搬時間に基づく「きずの深さ方向位置」の情報を追加することにより、図１８に示すように、金属板内部のきず（欠陥）の配置を厚み方向にも把握することができ、金属板平板内で３次元的にマップ化処理し、表示することが可能となる。具体的には、図１５に示すように、Ａスコープと走査位置の情報と紐付けて被探傷材の垂直断面に関するマップ化表示を行ったＢスコープ、水平断面に関するマップ化表示を行ったＣスコープを得ることができる。

上述した航法用受信機と接触式プローブからなる金属板位置および姿勢検出用冶具による金属板の位置および姿勢情報の取得においては、金属板形状は矩形形状を前提としているため、金属板に曲がりがある場合等は上記方法による金属板の板端認識位置と実際の板端位置に差異が生じ、矩形形状を前提として決定した目標検査位置及び検査経路に基づいて走行した場合には、台車が金属板から落下する可能性がある。したがって、前述のように、四周探傷時には目標検査位置および検査経路に加え、装置周囲に設置されたエッジ検知用センサで補正しながら走行する。

図１９は四周辺探傷時の自走式検査装置（台車）の動きを説明するための説明図である。（１）図１９下側の板端を検査する際には探傷ヘッド３５と同一線上となるように台車１４の側面に設置された、２つのエッジ検知用センサ２２が常に板端を検出するように装置の走行方向を制御して走行する。（２）目標検査位置および検査経路に基づき、走行方向の先にある板端位置が近づいてくると、装置は減速を開始し、（３）最終的に装置正面に設置された、２つのエッジ検知用センサ２２が金属板１０のエッジを検出した時点で一旦停止する。（４）続いて探傷ヘッド３５を水平方向に走査するためのアクチュエータ（図示せず）により、探傷ヘッド３５が板端位置に到るまで移動される。（５）装置は停止した状態で旋回用モータ（図示せず）を駆動し、車輪２６をそれまでの進行方向と直行する向きとなるようにステアリングする。（６）装置を前進させ、図１９左側の板端の検査を行う。以下、所定の四周探傷が完了するまで繰り返す。

図２０は金属板内部探傷時の自走式検査装置（台車）の動きを説明するための説明図である。金属板１０の内部は板端に依存せず、前述の目標検査位置および検査経路に基づいて検査を行う。目標検査位置経路に応じ、目標台車位置および探触子（探傷ヘッド３５）を走査するアクチュエータ（図示せず）の目標走査量を決定し、車輪２６の駆動、ステアリングに関する制御および探触子走査用アクチュエータを走査する。

図２１は金属板四周辺探傷および内部の検査を行った場合の検査位置および経路を示す図である。ここでは、最初に、（ａ）に示すように、四周探傷を板端および板端から７５ｍｍ内側の２周実施した後、（ｂ）〜（ｅ）に示すように、隣り合う走査線からの距離を５０ｍｍピッチで圧延方向に検査を行ったケースを示している。

以上のように、第１の実施形態によれば、空間に設置された屋内位置測定システム（ＩＧＰＳ）の１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを受信してこの回転ファンビームをＩＧＰＳ信号として認識する航法用受信機を、金属板の傷を検査する検査用センサを備えた台車に設置し、ＩＧＰＳ信号を用いて自己位置を認識し、第２の実施形態によれば、金属板の傷を検査する検査用センサを備えた台車に航法用送信機を設置し、そこからレーザ三角測量で３６０°レーザを投光し、リフレクタからの反射光を受信することで自己位置を認識する。これにより、金属板のマーキングや画像処理用のマークを用いることなく、金属板上における台車の位置および角度を高精度で認識することができる。また、そのように認識した自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて車輪の正転・逆転・停止を指示して台車を所定の目標位置に自律走行させるので、金属板の外周も検査することができ、また、目標走行ルートに対する直進性を確保することができる。

また、いずれの実施形態においても、予め測定した金属板の位置および姿勢情報に基づき、金属板と近接して走査する探触子の走査パターン、ならびに所定パターンに対応した検査位置および経路を決定し、その走査経路を達成するように、探触子の台車に対する位置を決定するアクチュエータおよび台車位置の目標位置を決定することができるので、種々な走査パターンに対応できる。特に台車位置については目標位置と航法用受信機に基づく現在位置との偏差が探傷上の許容量以下となるように制御することができるので、どのような走査パターンであっても高精度で対応することができる。

さらに、金属板面を走行する台車が、正転・逆転可能な４つの車輪を有し、駆動部が、各車輪に対応して設けられ、各車輪を回転駆動させる駆動用モータと、台車が走行する金属板面と直行し、かつ車輪に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、車輪を９０°以上旋回させることが可能な旋回用モータとにより構成されることよって、一般的な前進後進に加え、台車正面の向きを保持した状態での斜め移動、左右移動が可能、更にその場での旋回動作が可能となり、目標位置に対する現在位置の偏差を生じさせる各種外乱に対して、台車のきめ細かい位置調整が可能であり、目標走行経路に対する直進性を極めて高いものとすることができる。

さらにまた、金属板面を走行する台車に、検査対象である金属板のエッジを検知するためのエッジ検知用センサを設けたので、台車が金属板からはみ出して落下することが防止され、かつ金属板のエッジの検査の際に、金属板のエッジに沿った検査が可能となる。

さらにまた、金属板の製品検査規格に則って金属板表面の傷や内部欠陥を自動的に探傷することが可能であり、検査員が探傷ヘッドを操作して金属板表面の傷を探査する必要がなくなり、水を散水した金属板上での転倒事故等から解放される利点がある。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、台車に車輪を４つ設けた例について示したが、車輪の数は４つに限らず、２つ以上であればよい。また、第１の実施形態の金属板用自走式検査装置３００が適用される屋内位置測定システム２００における航法用受信機の数、および第２の実施形態の金属板用自走式検査装置３００′が適用される屋内位置測定システム２００′におけるリフレクタの数は１つ以上あればよい。

１１ 航法用送信機
１１′ リフレクタ
１２ 航法用受信機
１２′ 航法用送信機（レーザ三角測量）
１３ ホストコンピュータ
１４ 台車
１５ 検査用機器
２１ 搭載コンピュータ
２２ エッジ検知用センサ
２４ 走査アクチュエータ
２６ 車輪
２７ 車輪用モータ
２７ａ 駆動用モータ
２７ｂ 旋回用モータ
３５ 探傷ヘッド（検査用センサ）
１００、１００′ 全体システム
２００、２００′ 屋内位置測定システム
３００、３００′ 金属板用自走式検査装置

Claims (12)

1. 三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う屋内位置測定システムを用いて、金属板を検査する金属板用自走式検査装置であって、
   正転・逆転可能な４つの車輪と、前記車輪を回転駆動するとともに、前記車輪を各々独立に、９０°以上旋回駆動する駆動部とを有し、金属板面を走行する台車と、
   前記台車に装着され、前記屋内位置測定システムを構成し、屋内位置測定システム信号を発信または受信する航法用信号発信機もしくは航法用信号受信機と、
   前記台車に設けられた、金属板の傷を検査する検査用センサと、
   前記屋内位置測定システム信号を用いて認識した自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止、および前記各車輪の旋回を指示し、前記台車に、左右移動、斜め移動、前後移動、またはその場での旋回をさせ、前記台車を所定の目標位置に自律走行させる制御手段と
   を具備することを特徴とする金属板用自走式検査装置。
2. 前記屋内位置測定システムはＩＧＰＳであり、前記台車に装着された航法用受信機が、前記ＩＧＰＳの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを受信してこの回転ファンビームを前記屋内位置測定システム信号としてのＩＧＰＳ信号として認識するものであることを特徴とする請求項１に記載の金属板用自走式検査装置。
3. 前記屋内位置測定システムはレーザ三角測量技術を用いたものであり、前記台車に装着された航法用送信機がレーザを投光および受光する機能を有するレーザ三角測量として構成され、投光したレーザを１つ以上のリフレクタで反射させ、反射光を前記屋内位置測定システム信号として受光することを特徴とする請求項１に記載の金属板用自走式検査装置。
4. 前記検査用センサは、検査対象である金属板と近接して走査する探触子を有し、前記探触子は前記台車が走行する金属板面に沿って、少なくとも１軸方向に移動可能に前記台車に取り付けられ、
   前記探触子を、前記台車を自律走行させる制御手段と連動し、または独立して、位置制御するアクチュエータをさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属板用自走式検査装置。
5. 前記駆動部は、前記各車輪に対応して設けられ、前記各車輪を回転駆動する第一の駆動系と、前記台車が走行する金属板面と直行し、かつ前記各車輪に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、前記車輪を９０°以上旋回駆動することが可能な第二の駆動系とにより構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属板用自走式検査装置。
6. 前記台車に設けられ、検査対象である金属板のエッジを検知するためのエッジ検知用センサをさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の金属板用自走式検査装置。
7. 三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う屋内位置測定システムを用いた金属板用自走式検査方法であって、
   正転・逆転可能な４つの車輪と、前記車輪を回転駆動するとともに、前記車輪を各々独立に、９０°以上旋回駆動する駆動部とを有する台車に、前記屋内位置測定システムを構成し、屋内位置測定システム信号を発信または受信する航法用信号発信機もしくは航法用信号受信機と、金属板の傷を検査する検査用センサとを装着し、
   前記屋内位置測定システム信号を用いて認識した自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて前記駆動部に前記車輪の正転・逆転・停止、および前記各車輪の旋回を指示して、前記台車に、左右移動、斜め移動、前後移動、またはその場での旋回をさせ、前記台車を所定の目標位置に自律走行させて検査を行うことを特徴とする金属板用自走式検査方法。
8. 前記屋内位置測定システムはＩＧＰＳであり、前記台車に装着された航法用受信機が、前記ＩＧＰＳの１つ以上の航法用送信機から射出された回転ファンビームを受信してこの回転ファンビームを前記屋内位置測定システム信号としてのＩＧＰＳ信号として認識するものであることを特徴とする請求項７に記載の金属板用自走式検査方法。
9. 前記屋内位置測定システムはレーザ三角測量技術を用いたものであり、前記台車に装着された航法用送信機がレーザを投光および受光する機能を有するレーザ三角測量として構成され、投光したレーザを１つ以上のリフレクタで反射させ、反射光を前記屋内位置測定システム信号として受光することを特徴とする請求項７に記載の金属板用自走式検査方法。
10. 前記検査用センサとして、金属板と近接して走査する探触子を有するものを用い、前記探触子を前記台車が走行する金属板面に沿って、少なくとも１軸方向に移動可能に前記台車に取り付け、前記探触子を、前記台車を自律走行させる制御手段と連動し、または独立して、アクチュエータにより位置制御することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の金属板用自走式検査方法。
11. 前記駆動部は、前記各車輪を回転駆動するとともに、前記台車が走行する金属板面と直行し、かつ前記各車輪に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、前記車輪を９０°以上旋回駆動することが可能であることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の金属板用自走式検査方法。
12. 前記台車に検査対象である金属板のエッジを検知するためのエッジ検知用センサを設け、前記エッジ検知用センサにより金属板のエッジを検知しながら前記台車を金属板のエッジに沿って走行させることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の金属板用自走式検査方法。
    

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