JP7173076B2 - 打音検査装置及び打音検査方法 - Google Patents
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Description
従来、この種の高所にある鋼構造物の検査装置として、例えば特許文献1に示す浮上ロボットを用いた構造物検査装置が知られている。
特許文献1に示す構造物検査装置は、軽量フレームの周囲に高さを揃えて3つ以上設けられた垂直プロペラ、及び軽量フレームの上フレームに設けられた車輪機構を有する浮上ロボットと、構造物の検査手段とを有する浮上ロボットを用いた構造物検査装置である。
特許文献2に示すロボット装置は、構造物に対して自走するロボット装置の移動が想定されるエリアであって、構造物に関連するエリアの第1の空間情報が記録された空間情報記録部と、ロボット装置に搭載され、ロボット装置の移動に伴ってロボット装置の周辺エリアの第2の空間情報を取得する空間情報取得部と、空間情報取得部により取得した第2の空間情報を用いて空間情報記録部に記録された第1の空間情報を更新する空間情報更新部とを備え、空間情報記録部に記録された第1の空間情報を、ロボット装置の構造物に対する移動時に使用するものである。
特許文献3に示す磁石式建築・土木構造物点検装置は、車体ベースと、車体ベースに回転自在に設けられている車輪本体部と、構造物に吸着するために、車輪本体部の外周に設けられた磁石とを備えた磁気式吸着走行車を用いるようにしている。
即ち、特許文献1に示す構造物検査装置の場合、天井クレーンなどの高所にある鋼構造物の接合部におけるボルトやリベットの検査を行う際に、浮上ロボットが風などの外乱の影響により不安定になるため、細かく配置されるボルトやリベットをピンポイントで打音するのは非常に困難であった。
図1には、本発明の第1実施形態に係る打音検査装置の概略構成が示されており、打音検査装置1は、天井クレーンなどの鋼構造物Sに取り付けられた検査対象物としてのボルトBに対して鋼構造物Sを自走しながらボルトBの打音を検査するものである。図1においては、打音検査装置1は、鋼構造物Sの上面上を自走しながらボルトBの打音を検査する。
この打音検査装置1は、複数(本実施形態にあっては6個)の車輪3を備えた車体ベース2と、車体ベース2に設けられた自走制御手段10(図4及び図5参照)と、車体ベース2に設けられた検査対象物としてのボルトBの打音を検査する打音検査手段20(図4及び図5参照)とを備えている。
また、車輪3は、図2乃至図4に示すように、車体ベース2の左面板部2d及び右面板部2eのそれぞれの内側に沿って3個ずつ配置されている。
また、各車輪3の外周には、各車輪3が鋼構造物Sに対して吸着するための複数の永久磁石3aが周方向に等間隔で設置されている。
ここで、認識装置11は、図1及び図2に示すように、車体ベース2の前面板部2bの前面に設置された左右2台のカメラ11a,11bで構成される。これら2台のカメラ11a,11bは、検査対象となるボルトBを撮像し、そのボルトBの位置を3次元的に認識することができる。また、車体ベース2の前面板部2bの前面には、複数の照明装置12が設置されている。このため、検査環境が暗所の場合には、照明装置12によって検査対象となるボルトBを照明し、照度を確保する。各照明装置12は、フォトレジスタを用いて明るさをセンシングし、指定の明るさ以下で自動的に点灯するプログラムを備えていることが好ましい。また、認識装置11は、レーザーや超音波センサと組み合わせて衝突回避に用いても良いし、ライダー(Lidar: Light Detection Ranging)を用いても良い。
また、自走制御部14は、図5に示すように、認識装置11、IMU16及び加速度センサ17に接続され、認識装置11からのボルトB(検査対象物)の位置とIMU16及び加速度センサ17の加速度から算出される打音検査装置1の現在位置とに基づいて、ボルトBの位置と打音検査装置1の現在位置との偏差を演算する。そして、自走制御部14は、その演算された偏差が0となるような車輪3の速度指令等の制御信号を駆動制御部15に対して出力する。この際に、IMU16及び加速度センサ17で測定された加速度から算出される打音検査装置1の速度と、予め設定された打音検査装置1の目標速度との偏差が0となるような車輪3の速度指令等の制御信号を駆動制御部15に対して出力する。この自走制御部14は、前述の制御ボックス18内に設置された後に述べる搭載コンピュータ13が備えている。自走制御部14は、ボルトBの位置と打音検査装置1の現在位置との偏差が0になったときに、後述するハンマー装置制御部26に対しハンマー開始信号を出力する。
また、打音検査手段20は、図5のブロック図に示すように、ハンマー装置21、ハンマー装置制御部26、打音・振動計測装置27、健全度評価部28、及び検査データ記憶部29を備えている。
また、打音・振動計測装置27は、ハンマー装置21による検査対象となるボルトBに対する打音を測定するものであり、図2及び図4に示すように、車体ベース2の前面板部2bの上下方向及び左右方向の略中央部に設置される。打音・振動計測装置27は、検査対象となるボルトBの打音の周波数や音圧を測定する。
また、検査データ記憶部29は、打音・振動計測装置27及び健全度評価部28に接続され、打音・振動計測装置27からの測定データ及び健全度評価部28の判断結果を記憶する。検査データ記憶部29は、搭載コンピュータ13が備えている。なお、検査データ記憶部29に記憶されたデータは、無線または有線によってプリンター等の出力装置によって出力するようにしてもよい。
搭載コンピュータ13は、図5に示すように、前述の自走制御部14、駆動制御部15、ハンマー装置制御部26、健全度評価部28及び検査データ記憶部29を備えている。搭載コンピュータ13は、ROM,RAM,CPU等を備えて構成されたコンピュータシステムであり、ROM等に予め記憶された各種専用のプログラムを実行することにより、自走制御部14、駆動制御部15、ハンマー装置制御部26及び健全度評価部28の各機能をソフトウェア上で実現する。また、検査データ記憶部29は、ハードディスク等のメモリで構成される。
また、車体ベース2の天面板部2aには、図2及び図4に示すように、バッテリ9を内蔵したバッテリボックス9aが取り付けられている。バッテリ9は、車輪3用のモータ5、回転カム23用のモータ24、搭載コンピュータ13等の電源となる。
先ず、打音検査装置1は、検査対象物としての複数のボルトBが取り付けられている鋼構造物Sの上面上に配置される。このとき、打音検査装置1の各車輪3の外周には、各車輪3が鋼構造物Sに対して吸着するための複数の永久磁石3aが設置されているので、各車輪3は鋼構造物Sの上面に吸着される。
そして、認識装置11が検査対象となるボルトBを認識すると、自走制御部14によって制御されて打音検査装置1は鋼構造物Sの上面上を走行しその認識した検査対象となっているボルトBに向かう。この際に、打音検査装置1の各車輪3は、永久磁石3aの作用によって鋼構造物Sの上面に吸着されつつ走行するので、安定して走行し、検査対象となっているボルトBに対して確実に向かうことができる。
そして、打音検査装置1のハンマー装置21が当該ボルトBの位置にくると、ボルトBの位置と打音検査装置1の現在位置との偏差が0ということで、打音検査装置1は走行を停止し、自走制御部14はハンマー装置制御部26に対しハンマー開始信号を出力する。
そして、ハンマー装置制御部26は、モータ24の回転軸24aが所定回数だけ回転すると、モータ24の駆動を終了させ、打撃ピン22によるハンマリングが終了する。
この打撃ピン22によるハンマリングの際に、打音検査装置1の打音・振動計測装置27は検査対象となっているボルトBに対する打音の周波数や音圧を測定する。
そして、打音・振動計測装置27からの測定データ及び健全度評価部28の判断結果が検査データ記憶部29に出力され、検査データ記憶部29は、これら打音・振動計測装置27からの測定データ及び健全度評価部28の判断結果を記憶する。検査データ記憶部29に記憶されたデータは、検査データ記憶部29に無線または有線によってプリンター等の出力装置が接続されている場合には、その出力装置に出力される。
そして、検査対象物として検査すべきボルトBの全てについて前述の方法で打音検査を行う。
例えば、図8に示すように、複数のボルトBが鋼構造物S上に打音検査装置1の走行方向に沿って3列状に形成され、検査対象となっているボルトB(斜線が施された実線で示す)が真ん中の列に配置されていたとする。この場合、検査対象となっているボルトBが配置されている列の両隣りの列の当該検査では検査対象となっていない他の複数のボルトB(斜線が施されていない実線で示す)が、打音検査装置1(各車輪3)の走行の邪魔になる。この理由は、各車輪3の走行経路に前述の他のボルトBが配列されているからである。
そして、各車輪3は、車体ベース2に対してばね部材8により常時降下方向に付勢された状態で昇降可能に取り付けられているので、走行経路の邪魔となる当該検査では検査対象となっていない他のボルトBのみならず、各車輪3の走行の妨害となる他の構造物に対しても、各車輪3は走行中に乗り越えることができる。
そして、今回は検査をしなかった検査すべき他のボルトBの全てについて前述の方法で打音検査を行うことで、検査対象となるボルトBの全ての打音検査を行うことができる。
これにより、鋼構造物Sに取り付けられた検査対象物としてのボルトBの配置箇所に左右されずに当該検査対象物としてのボルトBの全ての打音検査を行うことができることになる。
なお、各車輪3は、永久磁石3aの作用によって鋼構造物Sに吸着されつつ走行するので、鋼構造物Sの上面のみならず、下面や側面、斜面等に検査対象物が取り付けられていても、打音検査装置1は、下面や側面、斜面等を安定して走行し、検査対象物の打音検査を行うことができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る打音検査装置について、図8を参照して説明する。図8(A)は自走式打音検査装置が鋼構造物の下面に設けられたボルトの打音検査をしている状態の一例の側面図、図8(B)は打音検査装置が鋼構造物の下面に設けられたボルトの打音検査をしている状態の一例の底面図である。図8において、図1乃至図7における部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図8に示す本発明の第2実施形態に係る打音検査装置1は、図1乃至図7に示す第1実施形態に係る打音検査装置1と基本構成は同様であるが、図1乃至図7に示す打音検査装置1が複数の車輪3を備えているのに対し、図8に示す打音検査装置1が複数の車輪3に代えて左右一対のクローラ30を備えている点で相違している。
ここで、履帯33は、弾性変形可能な部材、例えばゴム材によって形成され、その内部に空間35が形成されている。そして、その空間35は、磁性流体34で満たされている。
また、一対のローラ31,32のうちの前側のローラ31は、図示しない駆動モータによって駆動される駆動ローラであり、その外周には磁性流体34を磁化させる複数の永久磁石31aが周方向に所定間隔で取り付けられている。
また、打音検査装置1の打撃ピン22が検査対象となっているボルトB(図8(A),(B)において斜線を施す)の位置にまで走行する際に、当該検査では検査対象となっていない他のボルトB(図8(A),(B)において斜線が施されていない)が各クローラ30の走行経路に位置し各クローラ30の走行を妨害することがある。
この際に、各クローラ30の履帯33は、弾性変形可能に構成されているので、図8(A),(B)に示すように、打音検査装置1の走行途中で各クローラ30の履帯33が当該検査では検査対象となっていない他のボルトBを弾性変形しつつ乗り越える。
そして、各クローラ30の履帯33は、弾性変形可能に構成されているので、走行経路の邪魔となる当該検査では検査対象となっていない他のボルトBのみならず、各クローラ30の走行の妨害となる他の構造物に対しても、各クローラ30は走行中に乗り越えることができる。
これにより、鋼構造物Sに取り付けられた検査対象物としてのボルトBの配置箇所に左右されずに当該検査対象物としてのボルトBの全ての打音検査を行うことができることになる。
次に、本発明の第3実施形態に係る打音検査装置について、図9を参照して説明する。図9(A)は打音検査装置が鋼構造物の下面に設けられたボルトの打音検査をしている状態の一例の側面図、図9(B)は打音検査装置が鋼構造物の下面に設けられたボルトの打音検査をしている状態の一例の底面図である。図9において、図1乃至図7における部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図9に示す本発明の第3実施形態に係る打音検査装置1は、図1乃至図7に示す第1実施形態に係る打音検査装置1と基本構成は同様であるが、図1乃至図7に示す打音検査装置1が複数の車輪3を備えているのに対し、図9に示す打音検査装置1が複数の車輪3に代えて左右一対のクローラ40を備えている点で相違している。
ここで、履帯43は、弾性変形可能な部材、例えばゴム材によって形成され、その内部に空間45が形成されている。そして、その空間45は、複数の磁性球体44で満たされている。
また、一対のローラ41,42のうちの前側のローラ41は、図示しない駆動モータによって駆動される駆動ローラであり、その外周には複数の磁性球体44の各々を磁化させる複数の永久磁石41aが周方向に所定間隔で取り付けられている。
また、打音検査装置1の打撃ピン22が検査対象となっているボルトB(図9(A),(B)において斜線を施す)の位置にまで走行する際に、当該検査では検査対象となっていない他のボルトB(図9(A),(B)において斜線が施されていない)が各クローラ40の走行経路に位置し各クローラ40の走行を妨害することがある。
そして、今回は検査をしなかった検査すべき他のボルトBの全てについて打音検査を行うことで、検査対象となるボルトBの全ての打音検査を行うことができる。
これにより、鋼構造物Sに取り付けられた検査対象物としてのボルトBの配置箇所に左右されずに当該検査対象物としてのボルトBの全ての打音検査を行うことができることになる。
次に、本発明の第4実施形態に係る打音検査装置について、図10を参照して説明する。図10(A)は打音検査装置が鋼構造物の下面に設けられたボルトの打音検査をしている状態の一例の側面図、図9(B)は打音検査装置が鋼構造物の下面に設けられたボルトの打音検査をしている状態の一例の底面図である。図10において、図1乃至図7における部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図10に示す本発明の第4実施形態に係る打音検査装置1は、図1乃至図7に示す第1実施形態に係る打音検査装置1と基本構成は同様であるが、図1乃至図7に示す打音検査装置1が複数の車輪3を備えているのに対し、図10に示す打音検査装置1が複数の車輪3に代えて左右一対のクローラ40を備えている点で相違している。
ここで、履帯53は、弾性変形可能な部材、例えばゴム材によって形成され、その内部に空間55が形成されている。そして、その空間55は、磁性粉体54で満たされている。
また、一対のローラ51,52のうちの前側のローラ51は、図示しない駆動モータによって駆動される駆動ローラであり、その外周には磁性粉体54を磁化させる複数の永久磁石51aが周方向に所定間隔で取り付けられている。
また、自走式打音検査装置1の打撃ピン22が検査対象となっているボルトB(図10(A),(B)において斜線を施す)の位置にまで走行する際に、当該検査では検査対象となっていない他のボルトB(図10(A),(B)において斜線が施されていない)が各クローラ50の走行経路に位置し各クローラ50の走行を妨害することがある。
そして、今回は検査をしなかった検査すべき他のボルトBの全てについて打音検査を行うことで、検査対象となるボルトBの全ての打音検査を行うことができる。
これにより、鋼構造物Sに取り付けられた検査対象物としてのボルトBの配置箇所に左右されずに当該検査対象物としてのボルトBの全ての打音検査を行うことができることになる。
例えば、検査対象は、ボルトBに限らず、鋼構造物Sに取り付けられるリベット等の他の固定部材であってもよい。
また、打音検査装置1は、自走制御手段10により認識装置11で検査対象を認識してから自動で走行(自走)するように構成されているが、自走に限らず、無線又は有線によって人が遠隔操作によって走行させるようにしてもよい。
また、健全度評価部28は、打音検査装置1の搭載コンピュータ13が備えている構成としてあるが、打音検査装置1に搭載することなく、他のコンピュータに搭載し無線又は有線によって接続するようにしても良い。
また、打音検査装置1には、バッテリ9が搭載されているが、電源は場所から有線によって給電するようにしてもよい。
また、第2乃至第4実施形態に係る打音検査装置1において、ローラ31,41,51の外周には複数の永久磁石31a,41a,51aが周方向に所定間隔で設けられているが、永久磁石の設置形態はこれに限らず、各ローラ31,41,51の外周に1つの永久磁石31a,41a,51aのみを設置するようにしてもよい。
また、第2乃至第4実施形態に係る打音検査装置1において、永久磁石31a,41a,51aは駆動ローラである側のローラ31,41,51に設けられているが、従動ローラに設けられても良い。
2 車体ベース
2a 天面板部
2aa,2ab 貫通孔
2b 前面板部
2c 後面板部
2d 左面板部
2e 右面板部
3 車輪
3a 永久磁石
3b 車軸
4 動力伝達部
5 モータ
6 モータボックス
7 昇降ピン
8 ばね部材
9 バッテリ
9a バッテリボックス
10 自走制御手段
11 認識装置
11a,11b カメラ
12 照明装置
13 搭載コンピュータ
14 自走制御部
15 駆動制御部
16 IMU
17 加速度センサ
18 制御ボックス
20 打音検査手段
21 ハンマー装置
22 打撃ピン
22a ばね部材取付けフランジ
22b フランジ部
23 回転カム
23a カム部
24 モータ
24a 回転軸
24b 支持部材
25 ばね部材
26 ハンマー装置制御部
27 打音・振動計測装置
28 健全度評価部
29 検査データ記憶部
30 クローラ
31,32 ローラ
31a 永久磁石
33 履帯
34 磁性流体
35 空間
40 クローラ
41,42 ローラ
41a 永久磁石
43 履帯
44 磁性球体
45 空間
50 クローラ
51,52 ローラ
51a 永久磁石
53 履帯
54 磁性粉体
55 空間
B ボルト(検査対象物)
S 鋼構造物
Claims (2)
- 鋼構造物に取り付けられた検査対象物に対して前記鋼構造物を走行しながら前記検査対象物の打音を検査する打音検査装置であって、
車輪を備えた車体ベースと、該車体ベースに取り付けられ、前記検査対象物の打音を検査する打音検査手段とを備え、
前記車輪が、その外周に前記鋼構造物に吸着するための永久磁石を備えているとともに、前記車体ベースに対してばね部材により常時降下方向に付勢された状態で昇降可能に取り付けられていることを特徴とする打音検査装置。 - 請求項1に記載の打音検査装置を用いて鋼構造物に取り付けられた検査対象物の打音を検査することを特徴とする打音検査方法。
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小▲柳▼ 栄次((株)移動ロボット研究所)・野口 宏実((株)移動ロボット研究所)・宮重 正幸((株)移動ロボット研究所)・清水 里美((株)移動ロボット研究所)・小林 憲人((株)移動ロボット研究所)・永田 尚人((株)熊谷組)・北原 成郎((株)熊谷組)・西岡 吉弘((株)熊谷組)・久保 隆司((株)熊谷組)・大本 晋士郎((株)熊谷組)・渕上 隆也((株)熊谷組),クローラ型移動ロボットの橋梁維持管理への適用,第35回日本ロボット学会学術講演会 Proceedings of the 35th Annual Conference of the RSJ ,2017年09月11日,p.1-2 |
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