JP7033937B2

JP7033937B2 - 測定装置及び測定方法

Info

Publication number: JP7033937B2
Application number: JP2018010241A
Authority: JP
Inventors: 弘明長井
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: JP2019128263A

Description

本発明は、測定装置及び測定方法に関する。

循環流動床（ＣＦＢ：Circulating Fluidized Bed）ボイラの火炉は、循環材の流動により内壁が摩耗及び減肉する。このため、このような火炉においては、作業員が定期的に肉厚を測定し、火炉が損傷しないよう検査を行っている。

従来、構造物の天井又は壁などを検査対象として、遠隔操作できる飛行体により検査対象の近傍まで検査機器を移動させ、この検査機器を用いて検査対象を検査することが提案されている（例えば特許文献１を参照）。また、特許文献１には、飛行体に回転可能なプロテクトフレームを設け、プロテクトフレームを天井面又は壁面に接触させかつ転がしながら、飛行体を天井面又は壁面に沿って移動させることが示されている。

特開２０１６－０２６９４６号公報

本発明者らは、飛行体に測定装置を搭載し、この測定装置で火炉の内壁の肉厚を測定することを検討した。しかしながら、肉厚の測定には火炉の内壁に測定装置の探触子を接触させる必要がある。一方、測定箇所を変える際には測定装置の探触子を内壁から離して飛行体を移動させる必要がある。このため、火炉の内壁の複数の測定箇所について、連続的に肉厚を測定する場合に、飛行体を用いた構成では、スムースで安定した測定が困難であると考えられた。

また、測定対象物に接触せずに測定を行う測定装置であったとしても、飛行体に測定装置を搭載した構成では、測定装置と測定対象物との距離を高精度で一定に保つことが難しく、これによりスムースで安定的な測定が難しいと考えられた。また、プロテクトフレームで飛行体と測定対象との間隔を一定に保った構成でも、飛行体の斜度を高い精度で一定に保つことが難しいため、スムースで安定的な測定が難しいと考えられた。

本発明は、複数箇所の測定を連続的に行う場合に、スムースにかつ安定的に測定を行うことのできる測定装置、ロボット及び測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る測定装置は、
複数のパイプにより構成される壁面を転がり可能な回転体と、
前記回転体の回転移動する部位に設けられ、前記回転体が転がる前記壁面の測定を行うセンサと、
前記壁面に沿って前記回転体及び前記センサを移動させる飛行体と、
を備え、
前記回転体の外周部には、前記パイプの外周面が嵌る凹部が、前記回転体の回転方向に延びるように設けられている構成とした。

本発明に係る測定方法は、
複数のパイプにより構成される壁面についての測定方向であって、
飛行体によって回転体を前記壁面に沿って移動させ、
前記回転体の外周部には、前記パイプの外周面が嵌る凹部が前記回転体の回転方向に延びるように設けられており、
回転移動する部位にセンサが設けられた前記回転体を前記壁面に転がし、前記センサによって前記壁面の測定を行う方法とした。

本発明によれば、複数箇所の測定を連続的に行う場合に、スムースにかつ安定的に測定できるという効果が得られる。

本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。測定対象物としての火炉の内壁を示す一部破断斜視図である。回転体の転がり面の第１変形例を示す断面図である。回転体の転がり面の第２変形例を示す断面図である。回転体の転がり面の第３変形例を示す断面図である。本発明の測定装置の実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明のロボットの実施形態を示す斜視図である。

本実施形態のロボット１は、遠隔操作可能な無人の飛行体（所謂ドローン）１１と、プロテクター機能を有する回転体２１と、回転体２１に設けられた複数のセンサ３１及び複数の液剤保持体３５とを備える。

飛行体１１は、中央の本体部１２と、ホバーリングを可能とする４組みのプロペラ１４と、飛行体１１がホバーリングした状態で水平方向の推進力を及ぼすことが可能な前進プロペラ１６とを備える。本体部１２は、遠隔操作信号を受信する受信機と、プロペラ１４と前進プロペラ１６とを制御する制御装置と、センサ３１のセンサ信号を入力して保持又は無線送信する測定信号処理部とを備える。４組みのプロペラ１４は、本体部１２に支持フレームを介して支持され、モータにより回転駆動される。前進プロペラ１６は、本体部１２に支持フレームを介して支持されモータにより回転駆動される。飛行体１１は、本発明に係る移動体の一例に相当する。前進プロペラ１６は、本発明に係る押付作用部の一例に相当する。

回転体２１は、所定の回転軸を中心に回転可能に支持されている。回転体２１は回転軸方向に見て円形の外周部を有し、外周部を任意の物体の面に接触させてこの面上を転がることができる。２つの回転体２１は、互いの回転軸が同軸上にあり、本体部１２及び４組みのプロペラ１４の一方の側と他方の側（４組みのプロペラ１４を水平に配置した場合に水平方向の一方とその逆方）とにそれぞれ配置される。回転体２１は、その回転軸に沿って見たときに、本体部１２及び４組みのプロペラ１４が内包される大きさを有する。

前進プロペラ１６は、４組みのプロペラ１４が水平に配置されたときに、２つの回転体２１にその回転軸と垂直でかつ水平な方向に推力を及ぼす向きに設けられている。すなわち、前進プロペラ１６の回転軸方向は、プロペラ１４の回転軸方向と回転体２１の回転軸方向とが成す平面に交差する。

複数のセンサ３１は、測定対象物に接触して測定対象物の肉厚を測定可能な超音波センサであり、回転体２１の外周部に設けられている。複数のセンサ３１は、回転体２１の外周部に等間隔に設けられていてもよい。複数のセンサ３１の信号線は、例えば回転体２１の内面又は内部、回転接続用コネクタ、及び、回転体２１の支持フレームを介して本体部１２に接続されている。

液剤保持体３５は、カプラント（接触媒質）を含んだスポンジなどであり、回転体２１の外周部に設けられ、測定対象物に接触することで測定対象物にカプラントを注ぐことができる。カプラントとはセンサ３１の探触子と測定対象物との間で超音波を伝播させやすくする液体である。

図２は、測定対象物の一例である火炉の内壁を示す一部破断斜視図である。

火炉の内壁８０は、鉛直方向に延びるパイプ８２と隣接する一対のパイプ８２の間を接続するフィン８４とを含む。火炉は例えば３０ｍ程度の高さを有するものがあり、作業員が内壁８０の各高さの肉厚を測定するには、足場を組んで測定箇所まで登る必要があるなど、煩雑な作業が必要となる。肉厚の測定は、主に内壁８０のパイプ８２の部分について行われ、内壁８０の肉厚の測定は、水平方向の各位置及び各高さで行うことが要求される。

＜ロボットを用いた測定方法＞
本実施形態のロボット１を用いて内壁８０の肉厚を測定するには、先ず、飛行体１１を内壁８０の近傍でホバーリングさせ、かつ、前進プロペラ１６を駆動して、２つの回転体２１の外周部を内壁８０のパイプ８２の部分に押し付ける。

そして、前進プロペラ１６の駆動を継続しつつ、ホバーリング作用を及ぼすプロペラ１４の駆動の強弱を変化させ、飛行体１１を内壁８０に沿って昇降させる。これにより、回転体２１はその外周部を内壁８０に接触させつつ内壁８０上を転がって昇降する。このとき、複数のセンサ３１が順々に内壁８０に接触し、同一のパイプ８２について所定間隔ごとに各高さの肉厚を測定する。

なお、回転体２１の回転量を検出するエンコーダを設け、エンコーダの出力（高さ位置の情報）と複数のセンサ３１の出力（肉厚の情報）とを対応づける処理を行うようにしてもよい。これにより、連続的に得られる肉厚の情報の各々がどの高さの情報であるのか識別することが可能となる。また、飛行体１１に、高度計、レーザ変位計、加速度センサを設け、測定時の高さ位置の情報及び水平方向の位置の情報と、肉厚の情報とを対応づける処理を行うようにしてもよい。これらにより、連続的に得られる肉厚の情報の各々が、内壁８０のどの位置のものであるのか識別することが可能となる。

このような昇降方向の測定処理を、飛行体１１の水平方向の位置を変えて繰り返し行うことで、内壁８０の水平方向の各位置、各高さについてパイプ８２の肉厚の情報を得ることができる。

以上のように、本実施形態のロボット１によれば、飛行体１１を測定対象物である火炉の内壁８０に沿って昇降させることで、回転体２１が内壁８０の面上を転がって昇降する。さらに、複数のセンサ３１が回転体２１の外周に設けられているので、回転体２１が測定対象物の面上を転がることで複数のセンサ３１が順次測定対象物に接触していく。そして、センサ３１が測定対象物に接触したときの測定信号を収集することで、内壁８０の鉛直方向の複数の箇所の肉厚の測定結果が得られる。したがって、内壁８０の複数の箇所で連続的に肉厚を測定する場合に、スムースにかつ安定的な測定を実現できる。

また、本実施形態のロボット１によれば、回転体２１の外周部を内壁８０に押し付ける前進プロペラ１６が設けられている。これにより、回転体２１を測定対象物の面上に安定的に転がすことができ、よりスムースにかつより安定的に測定対象物の測定を行うことができる。また、飛行体１１は、ホバーリング作用を及ぼす４組みのプロペラ１４に加えて、前進プロペラ１６を備えるので、回転体２１に所定の押付力を及ぼしたまま、飛行体１１を壁面に沿って昇降させる運転操作が容易になる。

＜変形例＞
続いて、回転体の転がり面の変形例について説明する。図３は、回転体の転がり面の第１変形例を示す断面図である。

第１変形例の回転体２１は、その外周部に、内壁８０のフィン８４の部分に嵌る転がり面Ｓ１を有する。さらに、第１変形例の回転体２１には、外周縁部の軸方向の両側に、探触方向を軸方向に向けた複数のセンサ３１が設けられている。なお、センサ３１は、回転体２１の軸方向の片方のみに設けられていてもよい。ここで、軸方向とは、回転体２１の回転軸方向を意味する。

このような構成によれば、飛行体１１を昇降する際に、回転体２１を内壁８０のフィン８４に沿わせて、回転体２１を転がすことができ、回転体２１の位置が安定する。さらに、回転体２１の縁部の側方にセンサ３１が設けられているので、センサ３１の探触方向がパイプ８２の方を向き、これによりパイプ８２の肉厚を測定することができる。

図４は、回転体の転がり面の第２変形例を示す断面図である。

第２変形例の回転体２１は、その外周部に、パイプ８２の外周面が嵌る凹部Ｓ２を有する。凹部Ｓ２は、回転体２１の外周部の一周に渡って、回転方向に延びるように設けられている。また、第２変形例の回転体２１には、凹部Ｓ２の内面の複数箇所にセンサ３１が設けられている。複数のセンサ３１は、回転体２１の周方向、及び、回転体２１の回転軸に沿った断面上における凹部Ｓ２の内面に沿った方向に、所定間隔を開けて配置されている。

このような構成によれば、飛行体１１を昇降する際に、回転体２１を内壁８０のパイプ８２に沿わせて、回転体２１を転がすことができ、回転体２１の位置が安定する。そして、回転体２１の凹部Ｓ２の内面に設けられたセンサ３１で、パイプ８２の肉厚を測定することができる。また、凹部Ｓ２の内面には、横方向（回転体２１の回転軸方向）に配置を異ならせて複数のセンサ３１が設けられているので、１本のパイプ８２について周方向に位置の異なる複数箇所の肉厚を測定することができる。

図５は、回転体の転がり面の第３変形例を示す断面図である。

第３変形例の回転体２１は、その外周部に、隣接する一対のパイプ８２の外周面が嵌る２列の凹部Ｓ４と、一対のパイプ８２の間のフィン８４の部分に嵌る凸部Ｓ３とが設けられている。２列の凹部Ｓ４とその間の凸部Ｓ３とは、回転体２１の外周部の一周に渡って、回転方向に延びるように設けられている。複数のセンサ３１は、回転体２１の周方向、及び、回転体の回転軸に沿った断面上における凹部Ｓ４の内面に沿った方向に、所定間隔を開けて配置されている。

このような構成によれば、飛行体１１を昇降する際に、回転体２１を内壁８０のパイプ８２及びフィン８４の部分に沿わせて、回転体２１を転がすことができ、回転体２１の位置が安定する。そして、回転体２１の凹部Ｓ４の内面に設けられたセンサ３１で、パイプ８２の肉厚を測定することができる。また、凹部Ｓ４の内面には横方向（回転体２１の回転軸方向）に配置を異ならせて複数のセンサ３１が設けられているので、１本のパイプ８２について周方向に位置の異なる複数箇所の肉厚を測定することができる。なお、回転体２１は、外周部に凹部Ｓ４を設けず凸部Ｓ３のみを有する構成としてもよい。

（実施形態２）
図６は、本発明の測定装置の実施形態を示す斜視図である。

本実施形態の測定装置５０は、人の手で回転体２１を測定対象物の面上に転がして、測定対象物の測定を行うことのできる装置である。測定装置５０は、回転体２１と、回転体２１の外周部に設けられた複数のセンサ３１及び複数の液剤保持体３５と、回転体２１を回転自在に支持するロッド５５と、回転体２１の中央に設けられた永久磁石５８とを備える。永久磁石５８は、本発明に係る押付作用部の一例に相当する。

回転体２１、複数のセンサ３１及び複数の液剤保持体３５は、上述したロボット１に含まれる構成と同様である。

ロッド５５は把持部５５ａを有し、作業員は把持部５５ａを持って回転体２１を測定対象物の面上に押し当てることができる。

永久磁石５８は、測定対象物が火炉の内壁８０のように強磁性体から構成される場合に、回転体２１の外周部を測定対象物に押し付ける力を回転体２１に作用させる。

本実施形態の測定装置５０によれば、回転体２１を測定対象物の面上を転がるように移動させることで、複数のセンサ３１が、順次、測定対象物に接触し、その箇所の測定を行っていく。したがって、測定対象物の複数の箇所についてスムースにかつ安定的に測定を行うことができる。

また、実施形態の測定装置５０によれば、永久磁石５８により、回転体２１の外周部を内壁８０に押し付ける作用が及ぼされるので、これにより回転体２１を測定対象物の面上に安定的に押し付けることができる。したがって、よりスムースにかつより安定的に測定対象物の測定を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、センサとして肉厚を測定する超音波センサを適用した例を説明した。しかし、本発明に係るセンサとしては、電気抵抗検知式厚さ計、渦電流検知式厚さ計、ＥＭＡＴ（Electromagnetic Acoustic Transducer）探触子など、様々なセンサを適用してもよい。また、上記実施形態では、測定対象物の肉厚を測定する例を示したが、本発明は、亀裂又は腐食などの欠陥測定に利用しても良いし、その他、種々の測定に利用しても良い。

また、上記実施形態のロボット１では、移動体として飛行体１１を例にとって説明したが、本発明に係るロボットの移動体は、例えばクローラによって走行する走行体であってもよい。クローラを壁に磁気吸着する構成とすることで、壁面に沿って昇降させる走行体を実現することもできる。また、上記実施形態のロボット１では、回転体２１がプロテクトフレームとして機能する例を示したが、回転体はプロテクトフレームとして機能しないような小さな径を有する構成であってもよい。また、小さな径の回転体を、移動体の例えば前方上下左右などの３箇所以上に設けてもよい。

また、上記実施形態では、回転体の周方向に複数のセンサを設けた例を示したが、例えば小さい径の回転体であれば、あるいは、長い間隔ごとに測定を行う場合には、回転体における周方向の１範囲のみにセンサが設けられていてもよい。また、上記実施形態では、センサとして測定対象物に接触して所定の測定を行う構成を示したが、測定対象物に接触せずに近接して測定を行う構成としてもよい。この場合、センサは回転体の外周部より所定長さ内方など、回転体の回転移動する部位に配置すればよい。

また、上記実施形態では、回転体として、車輪状の形態を示したが、回転体は、任意の物体上で様々な方向に転がり可能な球体としてもよいし、１つの回転軸を中心に回転する半球状の構成としてもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ロボット
１１飛行体
１２本体部
１４プロペラ
１６前進プロペラ
２１回転体
３１センサ
３５液剤保持体
Ｓ１転がり面
Ｓ２、Ｓ４凹部
Ｓ３凸部
５０測定装置
５５ロッド
５８永久磁石

Claims

複数のパイプにより構成される壁面を転がり可能な回転体と、
前記回転体の回転移動する部位に設けられ、前記回転体が転がる前記壁面の測定を行うセンサと、
前記壁面に沿って前記回転体及び前記センサを移動させる飛行体と、
を備え、
前記回転体の外周部には、前記パイプの外周面が嵌る凹部が、前記回転体の回転方向に延びるように設けられていることを特徴とする測定装置。
前記センサは、前記回転体の外周部に設けられ、前記回転体が転がる前記壁面に接触しながら測定を行う、
請求項１記載の測定装置。
前記センサは測定対象物の欠陥又は厚みを測定するように構成されている、
請求項１又は請求項２記載の測定装置。
前記回転体に前記回転体が転がる前記壁面へ押し付ける力を作用させる押付作用部を備える、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の測定装置。
前記飛行体は前記壁面に沿って昇降可能に構成されている、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の測定装置。
複数のパイプにより構成される壁面の測定方向であって、
飛行体によって回転体を前記壁面に沿って移動させ、
前記回転体の外周部には、前記パイプの外周面が嵌る凹部が前記回転体の回転方向に延びるように設けられており、
回転移動する部位にセンサが設けられた前記回転体を前記壁面に転がし、前記センサによって前記壁面の測定を行う測定方法。