JP6973425B2 - 金属板用自走式検査装置及び検査方法 - Google Patents
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Description
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、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。
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12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ホストコンピュータ13とから構成される。
また、フィルタ18の形状は、筒状に限定されるものではなく、台車に装着された航法用受信機12が、IGPSの複数の航法用送信機11から射出された回転ファンビームをフィルタ18を介して受信できる形状にすればよい。
また、図2には、本発明の第2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が示されており、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′とを備えている。
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′からの反射光を航法用送信機12′は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。
ホストコンピュータ13は、図3に示すように、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。
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。
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、及び下段部31cに分かれている。
上段部31aには、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。そして、上段部31aの上面には、前述した筒状の偏光板18が航法用受信機12の周囲を囲繞するように設置されている。
また、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としての車輪駆動用モータ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、及びバッテリー38が設けられている。
駆動部50は、各車輪26を独立して駆動するもので車輪26毎に1つずつ設けられており、それぞれ、図9示すように、車輪用モータ27として、車輪車輪駆動用モータ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。
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。
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10の位置および姿勢情報の取得について説明する。図11は金属板10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12はその際のシステム構成を示す図である。
図11及び図12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。
まず、屋内位置測定システム200を構成するホストコンピュータ13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60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10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10の位置および姿勢を検出することができる。そして、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10の位置と姿勢をホストコンピュータ13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、第2実施形態に係る金属板用自走式検査装置300′の場合は、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。
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。
(1)図21における金属板10の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台車14は、そ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、台車14は減速を開始し、
(3)最終的に台車14の正面に設置された、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。
(5)台車14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)台車14を前進させ、図21における金属板10の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。
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23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。
さらにまた、いずれの実施形態に係る金属板用自走式検査装置300、300′においても、金属板10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。
例えば、屋内位置測定システム200は、IGPSに限らず、他の光線を利用して測距及び測位するシステムであってもよい。この場合、台車14に装着された航法用受信機が、このシステムの1つ以上の航法用送信機から射出された光線を、p成分を透過し、航法用受信機12で検出するs成分(s偏光)が環境光のビーム強度以下となるような透過率を有するフィルタを介して受信してこの光線を屋内位置測定システム信号として認識するものとする。
また、第1実施形態に係る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における航法用送信機11の数、および第2実施形態に係る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11′の数は1つ以上あればよい。
また、第2実施形態に係る金属板用自走式検査装置300′において、フィルタ18は、筒状に形成され、航法用送信機12′を囲繞するように台車14上に設置されているが、フィルタ18の形状及び設置位置は、これに限られない。
また、台車14に設置される車輪26は、4つに限らず、少なくとも2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 検査機器
16 現在位置演算用ソフトウェア
17 設定・評価ソフトウェア
18 フィルタ
21 搭載コンピュータ
22 エッジ検知用センサ
23 IOボード
24 走査用アクチュエータ
25 駆動制御部
26 車輪
27 車輪用モータ
27a 車輪駆動用モータ
27b 旋回用モータ
31 台車本体
31a 上段部
31b 中段部
31c 下段部
32 超音波探傷器
33 無線通信ユニット
34 水タンク
35 探傷ヘッド(検査用センサ)
36 探傷ヘッド支持機構
37 エッジ検知用センサコントローラ
38 バッテリー
39 垂直軸
40 垂直レール
41 取付部
42 水平レール
43 水平走査軸
50 駆動部
51 ピニオンギア
52 ステアリングターンテーブル
53 ラックギア
54 出力回転軸
55 第1交差軸ギア
56 第2交差軸ギア
57 軸部材
58 懸架構造
60 金属板位置および姿勢検出用治具
61 接触式プローブ
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 (14)
- 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・逆転可能な少なくとも2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受信する航法用受信機と、
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し、
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、p成分を透過し、航法用受信機で検出するs成分が環境光のビーム強度以下となるような透過率を有するフィルタを介して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認識するものであることを特徴とする金属板用自走式検査装置。 - 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・逆転可能な少なくとも2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受信する航法用受信機と、
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し、
前記屋内位置測定システムは光線を利用して測距及び測位するシステムであり、前記台車に装着された航法用受信機が、前記システムの1つ以上の航法用送信機から射出された光線を、p成分を透過し、航法用受信機で検出するs成分が環境光のビーム強度以下となるような透過率を有するフィルタを介して受信してこの光線を前記屋内位置測定システム信号として認識するものであることを特徴とする金属板用自走式検査装置。 - 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・逆転可能な少なくとも2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受信する航法用受信機と、
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し、
前記屋内位置測定システムは赤外線を利用して測距及び測位するシステムであり、前記台車に装着された航法用受信機が、前記システムの1つ以上の航法用送信機から射出された赤外線を、p成分を透過し、航法用受信機で検出するs成分が環境光のビーム強度以下となるような透過率を有するフィルタを介して受信してこの赤外線を前記屋内位置測定システム信号として認識するものであることを特徴とする金属板用自走式検査装置。 - 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・逆転可能な少なくとも2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送信及び受信する航法用送信機と、
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し、
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及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、前記航法用送信機から投光したレーザを、p成分を透過し、航法用送信機で検出するs成分が環境光のビーム強度以下となるような透過率を有するフィルタを介して1つ以上のリフレクタで反射させ、反射光を前記航法用送信機が前記フィルタを介して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金属板用自走式検査装置。 - 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乃至4のうちいずれか一項に記載の金属板用自走式検査装置。 - 前記駆動部は、4つの車輪の各々に対応して設けられ、前記4つの車輪の各々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4つの車輪の各々に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、前記4つの車輪の各々を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乃至5のうちいずれか一項に記載の金属板用自走式検査装置。
- 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乃至6のうちいずれか一項に記載の金属板用自走式検査装置。
- 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方法であって、
正転・逆転可能な少なくとも2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受信する航法用受信機と、前記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るものであり、
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、p成分を透過し、航法用受信機で検出するs成分が環境光のビーム強度以下となるような透過率を有するフィルタを介して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認識するものであることを特徴とする金属板用自走式検査方法。 - 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方法であって、
正転・逆転可能な少なくとも2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受信する航法用受信機と、前記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、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ものであり、
前記屋内位置測定システムは光線を利用して測距及び測位するシステムであり、前記台車に装着された航法用受信機が、前記システムの1つ以上の航法用送信機から射出された光線を、p成分を透過し、航法用受信機で検出するs成分が環境光のビーム強度以下となるような透過率を有するフィルタを介して受信してこの光線を前記屋内位置測定システム信号として認識するものであることを特徴とする金属板用自走式検査方法。 - 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方法であって、
正転・逆転可能な少なくとも2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受信する航法用受信機と、前記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、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ものであり、
前記屋内位置測定システムは赤外線を利用して測距及び測位するシステムであり、前記台車に装着された航法用受信機が、前記システムの1つ以上の航法用送信機から射出された赤外線を、p成分を透過し、航法用受信機で検出するs成分が環境光のビーム強度以下となるような透過率を有するフィルタを介して受信してこの赤外線を前記屋内位置測定システム信号として認識するものであることを特徴とする金属板用自走式検査方法。 - 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方法であって、
正転・逆転可能な少なくとも2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送信及び受信する航法用送信機と、前記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、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ものであり、
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及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、前記航法用送信機から投光したレーザを、p成分を透過し、航法用送信機で検出するs成分が環境光のビーム強度以下となるような透過率を有するフィルタを介して1つ以上のリフレクタで反射させ、反射光を前記航法用送信機が前記フィルタを介して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金属板用自走式検査方法。 - 前記検査用センサとして、検査対象である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8乃至11のうちいずれか一項に記載の金属板用自走式検査方法。 - 前記駆動部は、4つの車輪の各々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4つの車輪の各々に対し台車中心側にオフセットする軸まわりに、前記4つの車輪の各々を90°以上旋回駆動することを特徴とする請求項8乃至12のうちいずれか一項に記載の金属板用自走式検査方法。
- 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8乃至13のうちいずれか一項に記載の金属板用自走式検査方法。
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